Эффективность работы двигателя автомобиля.
Основные показатели, характеризующие работу двигателя - крутящий момент, мощность, экономичность и токсичность отработавших газов. Как правило, по этим показателям оценивают эффективность работы двигателя.
Экoнoмичнoсть хaрaктеризуется рaсхoдoм тoпливa, зaтрaчивaемoгo нa пoлучение единицы мoщнoсти. Тoксичнoсть oпределяется кoличествoм вредных для oкружaющей среды и челoвекa веществ, выбрaсывaемых в aтмoсферу с oтрaбoтaвшими гaзaми.
Помимо конструктивных параметров, эти показатели зависят от особенностей и настроек систем питания и зажигания, степени износа деталей и пр. Давление в конце такта сжатия (компрессия) является показателем технического состояния (изношенности) цилиндро-поршневой группы и клапанов.
Крутящий момент на коленчатом валу двигателя определяет силу тяги на колесах: чем он больше, тем лучше динамика разгона автомобиля. Равен произведению силы на плечо и измеряется в Н·м (Ньютон на метр), ранее в кгс.м (килограмм-сила на метр).
Крутящий момент увеличивается с ростом:
- рабочего объема. Поэтому двигатели, которым необходим значительный крутящий момент, обладают большим объемом.
- давления горящих газов в цилиндрах, которое ограничено детонацией (взрывное горение бензо-воздушной смеси, сопровождаемое характерным звонким звуком, ошибочно называется "стуком поршневых пальцев") или ростом нагрузок в дизелях.
Максимальный крутящий момент двигатель развивает при определенных оборотах, они вместе с его величиной указываются в технической документации.
Мощность двигателя — величина, показывающая, какую работу он совершает в единицу времени, измеряется в кВт (ранее в лошадиных силах). Одна лошадиная сила (л.с.) приблизительно равняется 0,74 кВт. Мощность равна произведению крутящего момента на угловую скорость коленвала (число оборотов в минуту, умноженное на определенный коэффициент).
Двигатели большей мощности производители получают увеличением:
- Рабочего объема, что, в свою очередь, приводит к росту габаритов двигателя и ограничению допустимых максимальных оборотов из-за значительных сил инерции увеличившихся деталей;
- Оборотов коленчатого вала, число которых ограничено инерционными силами и увеличением износа деталей. Высокооборотный двигатель одинаковой мощности (при прочих равных условиях — конструкции двигателя, технологии изготовления, применяемых материалах и т.д.) с низкооборотным обладает меньшим сроком службы, так как в среднем для одного и того же пробега его коленчатый вал будет совершать больше оборотов;
- Давления в цилиндре путем повышения степени сжатия либо наддувом воздуха посредством турбо или механических нагнетателей. Для применения наддува степень сжатия вынужденно уменьшают для предотвращения детонации (у бензиновых двигателей) и снижения жесткости работы (повышенные нагрузки в цилиндро-поршневой группе дизеля, сопровождаемые чрезмерным шумом) (у дизелей). Наддув позволяет, например, сохранить мощность при меньшем рабочем объеме.
Номинальная мощность — гарантируемая производителем мощность при полной подаче топлива на определенных оборотах. Именно она, а не максимальная мощность, указывается в технической документации на двигатель.
Удельный расход топлива — это количество топлива, расходуемого двигателем на 1 кВт развиваемой мощности за один час. Является показателем совершенства конструкции двигателя: чем расход ниже, тем более эффективно используется энергия сгорающего в цилиндрах топлива.
При одних и тех же конструктивных параметрах у разных двигателей такие показатели, как мощность, крутящий момент и удельный расход топлива, могут отличаться. Это связано с такими особенностями, как количество клапанов на цилиндр, фазы газораспределения и т. п. Поэтому для оценки работы двигателя на разных оборотах используют характеристики — зависимость его показателей от режимов работы. Характеристики определяются опытным путем на специальных стендах, так как теоретически они рассчитываются лишь приблизительно.
Как правило, в технической документации к автомобилю приводятся внешние скоростные характеристики двигателя, определяющие зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от числа оборотов коленвала при полной подаче топлива. Они дают представление о максимальных показателях двигателя.
Показатели двигателя (упрощенно) изменяются по следующим причинам. С увеличением числа оборотов коленвала растет крутящий момент благодаря тому, что в цилиндры поступает больше топлива. Примерно на средних оборотах он достигает своего максимума, а затем начинает снижаться. Это происходит из-за того, что с увеличением скорости вращения коленвала начинают играть существенную роль инерционные силы, силы трения, аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, ухудшающее наполнение цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси, и т. п.
Быстрый рост крутящего момента двигателя указывает на хорошую динамику разгона автомобиля благодаря интенсивному увеличению силы тяги на колесах. Чем дольше величина момента находится в районе своего максимума и не снижается, тем лучше. Такой двигатель более приспособлен к изменению дорожных условий и реже придется переключать передачи.
Мощность растет вместе с крутящим моментом и даже, когда он начинает снижаться, продолжает увеличиваться благодаря повышению оборотов. После достижения максимума мощность начинает снижаться по той же причине, по которой уменьшается крутящий момент. Обороты несколько выше максимальной мощности ограничивают регулирующими устройствами, так как в этом режиме значительная часть топлива расходуется не на совершение полезной работы, а на преодоление сил инерции и трения в двигателе. Максимальная мощность определяет максимальную скорость автомобиля. В этом режиме автомобиль не разгоняется и двигатель работает только на преодоление сил сопротивления движению — сопротивления воздуха, сопротивления качению и т. п.
Величина удельного расхода топлива также меняется в зависимости от оборотов коленвала. Удельный расход топлива должен находиться как можно дольше вблизи минимума; это указывает на хорошую экономичность двигателя. Минимальный удельный расход, как правило, достигается чуть ниже средних оборотов, на которых в основном и эксплуатируется автомобиль при движении в городе.
Итак, подведем итоги… На практике более важны выходные характеристики работы двигателя:
- Мощность. Она измеряется в лошадиных силах (л.с. — традиционная единица измерения) или киловаттах (кВт). Именно она определяет скорость и время разгона автомобиля.
- Крутящий момент. Т.е. создаваемое двигателем максимальное тяговое усилие. Измеряется в Ньютон-метрах (Н·м). Косвенно влияет на скорость и разгон и прямо — на «эластичность» двигателя, т. е. способность ускоряться на низких оборотах.
- Максимально допустимое число оборотов коленчатого вала в минуту (об/мин). Показывает, сколько оборотов коленвала в минуту сможет выдержать двигатель без потери в ресурсной прочности. Чем больше число оборотов, тем более резкий и динамичный характер имеет автомобиль.
Однако не менее важны расходные характеристики:
- Расход топлива. Обычно измеряется в литрах на 100 километров. Расход в городском, загородном и смешанном вариантах различен.
- Тип топлива. Марка потребляемого бензина, дизельного топлива, газа. В современных автомобилях возможно использование любых марок, но при снижении октанового числа падают ресурсная прочность и мощность, а при повышении сверх нормы — повышается мощность, но снижается ресурс. Также при повышении октанового числа увеличивается теплоотдача, что может привести к раннему перегреву. Пример марок топлива: А-76, А-92, АИ-98, А-95Евро, ДТ, ДТ Евро, ДТ Супер.
- Расход масла. Измеряется в литрах, но на 1000 км. Максимальный показатель — 1л/1000км для исправной машины.
- Марка потребляемого масла. Обычно обозначется ххWхх. Первое число - густота масла, второе — его вязкость. Например — 0W40 и 5W40 - синтетические масла, 10W40 — полусинтетическое масло, 15W40 и 20W40 - минеральные масла. Более густые и вязкие масла улучшают прочность и надежность двигателя, менее густые — улучшают динамические выходные характеристики.
Внимание! Масла типа 70W90 или 95W100 являются трансмиссионными и ни в коем случае не могут быть использованы в двигателе - это гарантированно приведет к неисправности двигателя!
- Ресурсная прочность, т. е. как часто двигателю необходимо техническое обслуживание. Обычно в пределах 5 000—30 000 км пробега. Предельный пробег позволяет примерно определить полный срок службы, после гарантийного пробега прекращаются гарантийные обязательства.
Это основные потребительские характеристики.
