Чтобы увеличить обороты двухтактного двигателя

Чтобы увеличить обороты двухтактного двигателя

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ МОЩНОСТИ ДИЗЕЛЕЙ

Развитие конструкций дизелей совершается в направлении повышения мощности, экономичности в расходовании топлива и по вышения долговечности.

В практике требуемую мощность стремятся получить, под бирая двигатель из числа существующих конструкций, и только отсутствие двигателей потребной мощности приводит к необходимости создания двига телей новых конструкций.

При проектировании транспортного двигателя основной задачей является создание конструкции с минимальными габаритными размерами, долговечного и надежно работающего в эксплуатации, развивающего высокую эффективную мощность с достаточно хорошей экономичностью. Индикаторная мощность связана с расходом воздуха в двигателе и количеством тепла, внесенным в двигатель. Количество воздуха, поступающего в двигатель в кг/час, может быть выражено так:

где V_h — рабочий объем цилиндра двигателя в м 3 ;

γ _в —удельный вес воздуха перед цилиндром в кг/м 3

τ — число тактов двигателя.

Количество тепла, внесенного в двигатель в течение часа, равно

Эффективная мощность соответственно определится выражением

Повышение эффективной мощности за счет увеличения числа цилиндров или увеличения их диаметра неизбежно приводит к увеличению веса и габарит ных размеров двигателя. Таким путем целесообразнее стремиться к повышению литровой мощности двигателя и только при крайней необходимости следует увеличивать его литраж.

Литровая мощность определяется как отношение эффективной мощности- двигателя к его литражу, т. е.

Из приведенного уравнения следует, что литровая мощность прямо пропорциональна:

1) весовому количеству воздуха, равному G_в = (0,120/ τ )* η _в*n* γ _в , поступающему в рабочий объем V_h, равный 1 л.

степени совершенства процесса, оцениваемой отношением η _i/а- индикаторного к. п. д. к коэффициенту избытка воздуха;

отношению H_u/L — теплотворной способности топлива к теоретически необходимому количеству воздуха для сгорания 1 кг топлива. Это отношение для всех жидких топлив практически одинаково (в среднем 2900 — 3000 Дж/кг);

4) механическому к. п. д. ( η _m).

Количество воздуха, заполняющего рабочий объем, может быть увеличено за счет числа оборотов двигателя (n), коэффициента наполнения ( η _в) весовой плотности воздуха, поступающего в цилиндр ( γ _в ), и числа тактов ( τ ), или раздельно каждым из этих факторов или сочетанием отдельных факторов. Вне зависимости от того, какой метод будет принят для повышения литровой мощности двигателя, необходимо учитывать взаимосвязь между факторами, входящими в уравнение, и их влияние на литровую мощность и долговечность машины.

ВЛИЯНИЕ ЧИСЛА ОБОРОТОВ

Увеличение числа оборотов является весьма выгодным мероприятием для повышения литровой мощности. В действительных условиях работы при неизменном проходном сечении клапанов впуска и атмосферном давлении на, впуске литровая мощность становятся максимальной при тех оборотах, которые соответствуют максимальному значению произведения ( η _i/а)* η _в* η _m*n с повышением оборотов произведение коэффициента наполнения на механический к. п. д. уменьшается в большей степени, чем увеличивается число оборотов. Заметим, что коэффициент наполнения может получить некоторое приращение в результате подбора наивыгоднейших фаз газораспределения и уменьшения гидравлических сопротивлений системы впуска, но оказать значительного влияния на увеличение мощности не может.

Механический к. п. д. находится в непосредственной зависимости от числа оборотов. С увеличением числа оборотов η _m снижается.

Повышение литровой мощности может быть получено, если при заданном увеличении числа оборотов от n₁ до n₂ сохранить тот же коэффициент наполнения который был до форсирования двигателя.

Условием для сохранения равенства коэффициента наполнения является относительное постоянство расхода воздуха в единицу времени через систему впуска, т. е. сохранение наивыгоднейших условий наполнения как для n₁, так и для n₂.

Однако форсировка двигателя по оборотам сопряжена с вопросом долговечности машины, поскольку увеличение числа оборотов приводит к возрастанию сил инерции и скоростей деталей движения, в первую очередь скорости поршня. В результате повышается нагрузка на единицу несущей поверхности подшипников, что может привести к нарушению нормального режима работы последних. Повышаются напряжения в шатуне, шатунных болтах, коленчатом валу и других деталях. Повышаются механические потери на трение, а следовательно, увеличиваются износы цилиндра, поршня, коренных и шатунных подшипников и шеек коленчатого вала.

Таким образом, прежде чем окончательно выбрать число оборотов двигателя, следует проверить надежность подшипников вала и запасы прочности других деталей.

Если задано значительно форсировать двигатель по оборотам, целесообразно не только изменить размеры вала с расчетом обеспечения надежности работы подшипников, но изменить в сторону уменьшения ход поршня с целью снижения работы трения и обеспечения износоустойчивости всей машины. Значительная форсировка двигателя по оборотам для данной размерности двигателя требует применения более качественных материалов для основных деталей и более трудоемкой технологии производства их. Несмотря на указанные трудности, следует неуклонно вести работы в направлении повышения числа оборотов двигателя, так как параметр оборотности является одним из выгодных факторов повышения литровой мощности. Что же касается индикаторного к. п. д, то по экспериментам на двигателе при постоянном коэффициенте избытка воздуха с увеличением числа оборотов до определенного предела он изменяется мало и его допустимо считать постоянным.

Зная литраж двигателя V_h, легко перейти от литровой мощности к общей. Если двигатель форсировать по оборотам и составу смеси, то эффективная мощность равна

ВЛИЯНИЕ ПЛОТНОСТИ ВОЗДУХА

Другим мероприятием форсирования двигателя является наддув. Наполнение рабочего объема воздухом в данном случае совершается принудительно. Заряд имеет большую плотность, чем при нормальном наполнении с атмосферным давлением на впуске. Агрегаты, осуществляющие наддув, называются нагнетателями

Рассмотрим вначале влияние наддува на мощность, а затем на индикаторный процесс в связи с экономичностью машины. Как было выявлено, литровая мощность пропорциональна количеству поступающего воздуха, которое при n = const зависит от плотности последнего и коэффициента наполнения.

Эффективность применения наддува для дизелей может быть выявлена из сравнения литровых мощностей двух по размерности одинаковых двигателей, из которых один работает без наддува, а второй -с наддувом.

Для определения среднего давления трения четырех- и шестицилиндровых дизелей с размерностью диаметра цилиндра D = 90—120 мм:

1) с неразделенными камерами

р_т = 0,95 + 0,112 с_т кг/см 2

2) с разделенными камерами

р_т = 1,22 + 0,158 с_т кгсм 2

Для дизелей с диаметром цилиндра, большим чем 125 мм, и числом цилиндров, большим шести:

1) для четырехтактных с неразделенными камерами

р_т = 0,3 + 0,12 с_т кгсм 2

При наддуве дизеля целесообразна продувка камеры сгорания воздухом, которая осуществляется в начале хода наполнения благодаря фазам перекрытия клапанов впуска и выпуска. В случае продувки камеры сгорания уменьшается количество

остаточных газов в цилиндре двигателя, охлаждаются стенки камеры сгорания, днище поршня, клапаны, а следовательно, уменьшается подогрев поступающего воздуха и тем самым увеличивается весовой заряд его в цилиндре. Охлаждение воздухом поршня и клапанов создает более благоприятные условия их работы

ВЛИЯНИЕ ЧИСЛА ТАКТОВ

При оценке влияния числа тактов на литровую мощность следует сравнить два двигателя — четырехтактный и двухтактный одинаковой размерности и оборотности. Для общности рассматриваемого вопроса примем, что оба двигателя имеют агрегаты наддува, работающие при равных давлениях р_к, следовательно, можно допустить, что весовая плотность воздуха перед цилиндрами одинакова.

Если оба двигателя характеризуются одинаковыми камерами сгорания, одинаковыми законами подачи топлива, то при одинаковых значениях коэффициента избытка воздуха можно получить одинаковые значения индикаторного к. п. д.;

Что же касается отношения механических к. п. д., то в первом приближении его можно определить через отношение удельных эффективных расходов топлива двигателей, работающих с одинаковым наддувом и приблизительно равными коэффициентами избытка воздуха.

Удельный эффективный расход топлива четырехтактного двигателя с наддувом 1,55 кг/см 2 при а = 1,5равен 195 г/л. с.-ч, соответственно двухтактного, двигателя — 215 г/л. с.-ч. Таким образом, ориентировочно отношение механических к. п. д. равняется 0,91. Тогда

Как следует из уравнения, литровая мощность двухтактного двигателя получается на 50% большей, чем у четырехтактного двигателя.

Таким путем для повышения литровой и общей мощности двигателя выгодно:

увеличение числа оборотов,

применение двухтактного цикла.

Руководящим соображением при форсировке двигателя за счет повышения числа оборотов и степени наддува является допустимый условиями эксплуатации удельный эффективный расход топлива, зависящий от механического к. п. д. двигателя.

В зависимости от назначения машины выбираются те или иные параметры форсировки. Так, например, повышение мощности бензиновых авто двигателей за последние время совершалось главным образом за счет увеличения числа оборотов.

Следует отметить, что эффективное сочетание трех главнейших факторов форсировки двигателя требует внимательного подхода к выбору размерности, позволяющей обеспечить долговечность машины, складывающуюся в первую очередь из надежной работы поршня, а также кривошипно-шатунного механизма.

ИНДИКАТОРНЫЙ К. П. Д., УДЕЛЬНЫЙ ИНДИКАТОРНЫЙ И УДЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТИВНЫЙ РАСХОДЫ ТОПЛИВА

Двигатели, различающиеся как по размерности рабочего объема, так и по способу смесеобразования, при прочих равных условиях имеют разную величину индикаторного к. п. д. Для двигателя заданной размерности и способа смесеобразования индикаторный к. п. д. может меняться только при изменении скорости сгорания, т. е. скорости превращения топлива в конечные продукты сгорания по времени, полноты сгорания и тепловых потерь в стенки. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на приведенные выше параметры процесса рассмотрено ранее. Мы рассмотрим только влияние на индикаторный к. п. д. давления наддува p_k и температуры T_k.

Величина индикаторного к. п. д., как известно, определяется по формуле:

На индикаторный к. п. д. величина наддува p_k и температура Т_к влияния не оказывают.

Индикаторный к. п. д. определяется величиной коэффициента избытка воздуха, не зависимо от того, получено ли его значение путем увеличения давления наддува p_k , или снижением температуры Т_к или изменением подачи топлива в цилиндр двигателя.

Удельный индикаторный расход определяется через индикаторный к. п. д., поэтому он также зависит от коэффициента избытка воздуха и не зависит от p_k и Т_к.

Что же касается удельного эффективного расхода, то при заданном значении давления наддува p_k и заданном коэффициенте избытка воздуха он зависит от механического к. п. д, двигателя.

ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОВОГО ПРОЦЕССА ТРАНСПОРТНОГО ДИЗЕЛЯ, РАБОТАЮЩЕГО С НАДДУВОМ

Характеристика двигателя должна удовлетворять динамическим требованиям, которые определяются не только необходимой максимальной мощностью, развиваемой двигателем, но и выгодным изменением крутящего момента по оборотам, как по внешней характеристике, так и на частичных нагрузках.

Изменение числа оборотов двигателя с изменением внешнего сопротивления зависит от коэффициента приспособляемости двигателя. Коэффициентом приспособляемости принято называть отношение максимального крутящего момента к моменту при номинальной мощности. Для дизелей транспортного типа коэффициент приспособляемости колеблется в пределах от 1,1 до 1,25. Чем круче подъем крутящего момента с понижением числа оборотов, тем больше коэффициент приспособляемости, тем устойчивее режим работы двигателя. Обычно приспособляемость транспортного дизеля на частичных нагрузках убавляется регулятором, а по внешней характеристике — корректором. Роль регулятора — корректора, сводится к тому, чтобы, воздействуя на подачу топлива, получать такие значения коэффициента избытка воздуха по оборотам, которые обеспечивают высокий коэффициент приспособляемости двигателя.

Если число оборотов изменится в сторону уменьшения, то коэффициент избытка воздуха увеличится благодаря соответствующим изменениям подачи воздуха и топлива.

Наоборот, если число оборотов изменится в сторону увеличения, то двигатель будет работать на обогащенных смесях с дымным выпуском, так как подача воздуха остается почти постоянной, а подача топлива увеличивается. Общее изменение коэффициента избытка воздуха по оборотам показывает низкую приспособляемость двигателя.

При наполнении двигателя без наддува характер изменения начальных параметров процесса будет иным, влияние а значительно больше, чем при наддуве. Чтобы получить при наддуве P_im>P_ie необходимо увеличить степень повышения давления до λ ‘, т. е. фактически максимальное давление сгорания для оборотов максимального крутящего момента.

Увеличение давления конца сгорания, а равно и степень повышения давления достигается увеличением угла опережения впрыска θ ‘, подбираемого опытным путем. Дизель с наддувом должен работать не только с переменным коэффициентом избытка воздуха по оборотам, но и с переменным углом опережения впрыска топлива. Определив среднее индикаторное давление P_i`, среднее давление трения р_т и среднее давление, затрачиваемое на нагнетатель, далее по балансу мощностей можно окончательно вычислить развиваемую двигателем эффективную мощность по формуле

Механический к. п. д. соответственно определяется по выражению

После этого следует проверить экономичность двигателя, т. е. найти удельный эффективный расход топлива.

Чтобы увеличить обороты двухтактного двигателя

Любой двигатель внутреннего сгорания действует по принципу преобразования тепловой энергии сгоревшего топлива в кинетическую энергию (вращение коленчатого вала).

Для начала нужно понять, что такое мощность двигателя. Выражаясь языком науки, мощность — это работа, проделанная за единицу времени. Чем больше работы проделано, тем выше мощность. Другими словами, физический термин «работа» в данном случае это сгорание топлива. Чем больше топлива сгорело в единицу времени, тем больше мощность двигателя. Задачу по увеличению объема сгоревшего топлива можно решать двумя путями — увеличить количество подаваемой смеси за каждый такт работы мотора или увеличить обороты двигателя. Разумеется, наилучшие результаты дает совместное использование двух способов. Рассмотрим применение обоих на конкретных примерах.

ТЮНИГ СКУТЕРА. УВЕЛИЧЕНИЕ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ

Начинать тюнинг скутерного двигателя лучше всего с восстановления его проектной мощности. Производители всегда настраивают мотор с оглядкой на экологические нормы и в погоне за лучшей экономичностью. Даже простая перенастройка карбюратора может дать заметный прирост мощности. Основные способы «удушения» мотора — это «дыхательный» и «мозговой». В первом случае системы впуска и выпуска просто не дают двигателю получать максимальное количество топливовоздушной смеси, из-за чего он не может развивать мощность, на которую способен. «Лечится» такой недуг заменой воздушного фильтра на аналог с большей пропускной способностью, перенастройкой карбюратора, заменой выхлопной системы на более производительную или доработкой штатной. Теперь двигатель получает столько топливовоздушной смеси, сколько может «засосать», и быстро освобождается от отработавших газов через трубу, не создающую препятствий для их выхода. В общем, происходит «раздуш-ка» мотора и он начинает «дышать полной грудью».

Чтобы победить «мозговую» ущербность двигателя, придется искать в продаже или заказывать перенастроенный ЭБУ — электронный блок управления двигателем. Штатные ЭБУ «душат» мотор не только ограничителем максимальных оборотов (то есть, не давая мотору сжигать максимальное количество топ-ливовоздушной смеси в единицу времени), но часто и измененным углом опережения зажигания, что, несомненно, способствует снижению расхода топлива и содержанию токсичных веществ в выхлопных газах, но, к сожалению, в ущерб мощности мотора.

На инженерном языке это называется форсировка двигателя. Если на первом этапе мы просто вернули двигателю его законные, расчетные лошадиные силы, которые «украдены» на заводе, то теперь мы начинаем работу по увеличению «поголовья лошадей» живущего в моторе. Надо помнить, что ресурс двигателя и трансмиссии обратно пропорционален мощности. То есть, чем больше «лошадок» мы загоним в двигатель, тем короче будет его жизнь.

Часто скутеры, «затюненные» под гонки, имеют в двигателе более 20 лошадиных сил, но при этом, с ресурсом, что называется, на 1 — 2 гонки, то есть километров на 150-200.

Стоит отметить, что сегодня в России гораздо большей популярностью пользуются двухтактные двигатели, и мы рассмотрим подробно работу именно с этим типом двигателя, хотя основные принципы форсировки применимы и для четырехтактных моторов.

ТЮНИГ СКУТЕРА. КАРБЮРАТОР И СИСТЕМА ВПУСКА

Разумеется, карбюратор, рассчитанный на 50 см3, не справляется со своими обязанностями с увеличенным почти вдвое объемом цилиндра. Поэтому следующий этап форсировки — это доработка системы питания.

Двигаясь по более простому и дешевому пути, можно просто заменить «потроха» карбюратора на джет-кит. В него обычно входят жиклеры, распылитель главной дозирующей системы и дозирующая игла. Однако немаловажным параметром любого карбюратора является диаметр диффузора. Даже если установить в карбюратор, рассчитанный на 50 см3, джет-кит для 124 «кубиков», ничего, кроме залитой свечи и паровозного расхода топлива мы не получим. При увеличении объема двигателя более чем на 40%, обычно меняют весь карбюратор целиком. Тюнинговые карбюраторы имеют больший диаметр диффузора и проходные сечения жиклеров. С такой «кухней» двигатель не будет «голодать». Разумеется, с увеличившимся расходом топлива придется смириться. Мощность требует жертв.

Часто вместе с заменой или модернизацией карбюратора заменяют и лепестковый клапан на впуске, а иногда его заменяют даже вместе с корпусом, так называемым «домиком». Тюнинговые лепестковые клапаны изготавливают из карбона или других синтетических материалов. Они отличаются от стандартных повышенной жесткостью, и, следовательно, долговечностью. Кроме того, при увеличении кубатуры двигателя необходимо увеличить и проходное сечение окон клапана, иначе все попытки увеличить объем поступающей топли-вовоздушной смеси провалятся. Возросший объем смеси не сможет протиснуться в «игольное ушко» стандартного клапана, так что часто необходима замена всего «домика» на более производительный.

ТЮНИГ СКУТЕРА. ВОЗДУШНЫЙ ФИЛЬТР

С заменой карбюратора необходимо обязательно заменить и воздушный фильтр. Увеличившееся количество подаваемого в двигатель топлива нуждается и в увеличении количества воздуха, чтобы смесь не переобогащалась. Лучше всего для этой цели подойдет спортивный фильтр нулевого сопротивления («нулевик»), или как его еще почему-то называют, полнопоточный фильтр. Нулевики изготавливают из металлической сетки или пористых синтетических материалов. Такие фильтры, как правило, стоят в несколько раз дороже штатного, но потратиться на него придется всего раз, поскольку все они относятся к категории многоразовых. Достаточно раз за 400-600 километров промыть его в бензине и пропитать специальным маслом.

Единственный недостаток таких фильтров состоит в том, что эффективность очистки воздуха у них гораздо ниже, чем, например, у поролоновых, и уж тем более, бумажных фильтров, что, несомненно, усиливает износ ЦПГ. Но ради повышения мощности двигателя многие идут на такие жертвы.

ТЮНИГ СКУТЕРА. СИСТЕМА ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

Следующий этап, необходимый для нормальной работы двигателя — замена выхлопной системы. Штатная труба, в погоне за чистотой выхлопа и спокойствии сна мирных граждан и так приду-шивала мотор, даже когда в нем было всего 50 положенных «кубиков», что уж говорить о вдвое большем объеме!

И тут никак не обойтись без покупки «саксофона» — спортивной выхлопной системы. Прозвали ее так вовсе не за звук, а за характерный изгиб. Саксофон состоит из выпускного коллектора, резонатора и собственно, глушителя. Основной и самой главной частью такой трубы является именно резонатор, который представляет собой несколько конусов, сваренных между собой в строго определенной последовательности. Это вроде бы простое, на первый взгляд, устройство позволяет поднять мощность мотора, крутящий момент и сократить расход топлива. В любом двигателе, особенно двухтактном, важную роль играют резонансные процессы, проходящие во впускном и выпускном трактах. Правильно подобранный «саксофон» не только поднимет мощность двигателя на 10-15% по сравнению со штатной трубой, но и позволит увеличить максимальные обороты двигателя, что также влияет на пиковые значения кривой мощности в сторону увеличения.

Стоит также заметить, что спортивная труба — это плод очень точных инженерных расчетов, так что пытаться «улучшить» ее не стоит. Будет только хуже.

ТЮНИГ СКУТЕРА. ЭБУ

Теперь, когда мы увеличили объем двигателя, подготовили для него соответствующую систему питания и выпуска, осталось разобраться с системой зажигания. Часто на скутеры, особенно недорогих моделей, устанавливают систему зажигания с фиксированным углом опережения зажигания (УОЗ), мало того, производитель устанавливает УОЗ, при котором максимально снижается расход топлива, и понижается токсичность выхлопа, разумеется, в ущерб мощности. Может быть экологам и экономным домохозяйкам это и во благо, но в тюнинге есть только одна цель — максимальная мощность. Выбор тюнинговых электронных блоков управления (ЭБУ) или попросту «мозгов», достаточно велик, и именно этот узел будет во многом определять характер двигателя. Модели ЭБУ подешевле, как правило, имеют настройку под определенные режимы работы двигателя, причем, чаще всего, для повышения пиковых значений мощности, «мозги» настраивают именно на высокие обороты. С одной стороны, это, конечно, хорошо. Пиковые значения мощности «подрастают», правда, практически во всех случаях, если поднимаются «верха», то «низы» и «середина» тухнут. То есть скутер будет хорошо ехать и разгоняться только по достижению мотором высоких оборотов, а пока мотор не раскрутился, динамика будет откровенно вялой. Такая характеристика кривой мощности хороша на гоночном треке, но никак не в городе, так что, прежде чем купить такой «мозг», стоит подумать, ведь в городе часто приходится работать в режимах «низов» и « середины», с постоянными светофорами, пробками и прочими трудностями. Разумеется, можно найти и «мозги» с прошивками зажигания, настроенными на низкие и средние обороты.

Модели ЭБУ подороже предлагают не только прошивки с изменяемым УОЗ, но позволяют изменять и записанные в себе программы. Для этого чаще всего нужен компьютер, специальный интерфейсный кабель и программное обеспечение. Удобства такой системы очевидны — можно экспериментальным путем найти наиболее подходящую под конкретный скутер и конкретного ездока программу, однако, без надлежащего навыка не стоит пытаться заниматься «перепрошивкой мозгов» самостоятельно. Скорее всего, ничего путного не выйдет.

Своего рода компромиссом можно считать ЭБУ с предустановленными на заводе несколькими программами зажигания. На корпусе блока встроено несколько клавиш, позволяющих переключаться с одной программы на другую прямо на ходу. Несомненно, это удобно, хотя и не дает таких результатов, как компьютерная прошивка блока с более тщательным подбором программы из многих. Но для городской езды такая система может быть вполне удобной — днем, покоряя пробки, можно переключить «мозг» на работу на низких оборотах, и получить сочную тягу практически с холостых, а вечером, наоборот, переключиться на приоритет высоких оборотов, и как следует пульнуть по пустынным улицам.

В любом случае, рекомендуется браться за этап «электронного» тюнинга вместе с опытным мастером, или вообще обратиться в профессиональный сервис, занимающийся тюнингом.

Итак, теперь,когда мы «накачали мышцы» скутера, неплохо было бы привести в соответствие его «кости» и прочие элементы конструкции.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Мощность — двухтактный двигатель

Мощность двухтактного двигателя по сравнению с четырехтактным двигателем при одинаковом рабочем объеме увеличивается не в 2 раза, а примерно в 1 6 — 1 7 раза вследствие повышенного теплового режима и худшей экономичности. [1]

Мощность двухтактного двигателя при одинаковых числах оборотов коленчатого вала в 1 мин. Однако в действительности двойного увеличения мощности у двухтактного двигателя достигнуть невозможно. [2]

Теоретически мощность двухтактного двигателя при прочих равных условиях должна быть в два раза больше мощности четырехтактного двигателя, так как за одно и то же число оборотов будет выполнено в два раза большее количество рабочих ходов. Практически она бывает больше на 70 — 75 % ввиду потери части рабочего хода на высоту выхлопных и продувочных окон. [3]

В действительности мощность двухтактного двигателя увеличивается в 1 5 — 1 7 раза вследствие потери части рабочего объема цилиндра на продувочные и выпускные окна, ухудшения процесса очистки и наполнения, а также дополнительных затрат мощности на привод продувочного насоса. В двухтактном двигателе температурный уровень деталей цилиндро-поршневой группы выше, что ограничивает возможности форсирования двигателя. При внешнем смесеобразовании в результате продувки цилиндра горючей смесью она частично выбрасывается через выпускные окна, что значительно снижает экономичность двигателя. [5]

Чтобы увеличить мощность двухтактного двигателя , в крупных машинах устраивают особый продувочный насос большего объема, чем объем продуваемых цилиндров, что увеличивает количество воздуха, остающегося в рабочих цилиндрах, и уменьшает количество остаточных газов, а также позволяет осуществлять наддув. В двигателях Зульцера объем продувочного насоса делается для этого в 1 8 раза больше объема рабочих цилиндров. [6]

Для определения мощности двухтактного двигателя полученную величину работы за один ход поршня следует умножить на число оборотов в минуту п и разделить а 60 ( сек. [8]

При одинаковых размерах цилиндра и одинаковом числе оборотов мощность двухтактных двигателей примерно на 70 — 80 % превышает мощность четырехтактных. [10]

Анализируя двухтактный цикл, необходимо отметить, что теоретически мощность двухтактного двигателя должна быть в 2 раза больше мощности четырехтактного двигателя ( при одинаковом литраже и числе оборотов сравниваемых двигателей), так как за 2 оборота коленчатого вала у первого совершается два рабочих такта, а у второго — лишь один. [11]

Сравнение двух — и четырехтактного двигателей показывает, что при всех прочих одинаковых условиях мощность двухтактного двигателя больше мощности четырехтактного не в 2, а примерно в 1 5 — 1 7 раза вследствие потери части хода поршня на газообмен, ухудшение очистки и наполнения и затрат мощности на привод компрессора. [12]

Сравнение рабочих циклов четырех — и двухтактных двигателей показывает, что при одинаковых размерах цилиндра и частотах вращения мощность двухтактного двигателя значительно больше. [14]

Неразлучная парочка – мощность и крутящий момент

Как-то давно интересовался разницей мощности и крутящего момента и что важнее для разгона, а что для максимальной скорости и вот снова наткнулся на эту хорошую и подробную(на мой взгляд) статейку из журнала Автоцентр

Что интересует людей, изучающих технические характеристики того или иного автомобиля? В первую очередь мощность, затем расход топлива и максимальная скорость. О крутящем моменте вспоминают редко. А зря.

Тяговые возможности моторов еще с момента рождения самоходных колясок принято оценивать по мощности, которая выражается в лошадиных силах. Из-за отсутствия в те далекие времена методики расчета и определения мощности до 1906/1907 годов эта характеристика двигателя имела не вполне четкое обозначение – она показывала приблизительную мощность – «от» и «до», например, от 15 до 20 л.с.

С 1907 года этот неточный показатель мощности разделили на два значения, например, 6/22 л.с. В первую цифру заложили значение налоговой ставки, а во вторую – мощность. Введенная налоговая лошадиная сила соответствовала определенному значению рабочего объема двигателя: 261,8 куб. см для четырехтактных моторов и 174,5 куб. см – для двухтактных. Появление такого способа установления налоговых ставок было обусловлено зависимостью рабочего объема двигателя от количества вырабатываемой им энергии и потребления топлива. Обозначать мощность в киловаттах (кВт), согласно международной системе измерений СИ, начали значительно позже.

На самом деле «мощность» отражает тяговые возможности двигателя лишь косвенно. С этим согласятся те, кто ездил на автомобилях-одноклассниках с двигателями приблизительно равной мощности и объема. Они наверняка заметили, что одни автомобили достаточно резвы начиная с низких оборотов, другие любят только высокие обороты, а на малых ведут себя достаточно вяло.

Много вопросов возникает у тех, кто после легковушки с 110-120-сильным бензиновым мотором пересел за руль такой же машины, но с дизельным двигателем мощностью всего 70-80 л.с. По динамике разгона, не используя спортивный режим (высокие обороты), на первый взгляд маломощный «дизель» с легкостью обойдет своего бензинового брата. В чем же здесь дело?

Вся эта неразбериха вызвана тем, что в каждом случае такая величина как сила тяги (FT, Н), приложенная к ведущим колесам, будет разной. Объяснение этому легко найти из формулы: FT=Мкр•i•h/r, где Мкр-крутящий момент двигателя, i-передаточное число трансмиссии, h – КПД трансмиссии (при продольном расположении двигателя h=0,88-0,92, при поперечном – h=0,91-0,95), r – радиус качения колеса. Из формулы видно, что чем больше крутящий момент двигателя и передаточное число, и чем меньше потери в трансмиссии (т.е. чем выше ее КПД) и радиус ведущих колес, тем больше сила тяги. Радиус колес, передаточное число и КПД трансмиссии у автомобилей-одноклассников очень схожи, поэтому на силу тяги они влияют не в такой степени как крутящий момент двигателя.

Если в формулу подставить реальные цифры, то сила тяги на каждом ведущем колесе, например, автомобиля Volkswagen Golf IV с 75-сильным мотором, развивающим крутящий момент 128 Н•м, будет равна 441 Н или 45 кГ•с. Правда, эти значения действительны, когда частота вращения коленчатого вала двигателя (3300 об/мин) соответствует максимальному крутящему моменту.

Что такое крутящий момент

Разобраться, что такое крутящий момент, можно на простом примере. Возьмем палку и один ее конец зажмем в тисках. Если надавить на другой конец палки, на нее начнет воздействовать крутящий момент (Мкр). Он равен силе, приложенной к рычагу, умноженной на длину плеча силы. В цифрах это выглядит так: если на рычаг длиной один метр подвесить 10-килограммовый груз, появится крутящий момент величиной 10 кг•м. В общепринятой системе измерения СИ этот показатель (умножается на значение ускорения свободного падения – 9,81 м/с2) будет равен 98,1 Н•м. Из этого следует, что получить больший крутящий момент можно двумя путями – увеличив длину рычага или вес груза.

В двигателе внутреннего сгорания нет палок и грузов, а вместо них имеется кривошипно-шатунный механизм с поршнями. Крутящий момент здесь получают благодаря сгоранию горючей смеси, которая при этом расширяется и толкает поршень вниз. Поршень в свою очередь через шатун давит на «колено» коленчатого вала. Хотя в описании характеристик двигателей длину плеча не указывают, об этом позволяет судить величина хода поршня (удвоенное значение радиуса кривошипа).

Примерный расчет крутящего момента двигателя выглядит так. Когда поршень толкает шатун с усилием 200 кг на плечо 5 см возникает крутящий момент 10 кГ•с, или 98,1 Н•м. Чтобы этот показатель стал больше, радиус кривошипа следует увеличить или сделать так, чтобы поршень давил на шатунную шейку с большей силой. Увеличивать радиус кривошипа до бесконечности нельзя, так как размер двигателя тоже придется увеличивать в ширину и в высоту. Возрастают и силы инерции, требующие упрочения конструкции или уменьшения максимальных оборотов. Появляются при этом и другие негативные факторы. В такой ситуации у конструкторов двигателей остался только один выход – увеличить силу, с которой поршень приводит в движение коленчатый вал. Для этого топливно-воздушную смесь в камере сгорания необходимо сжечь более качественно и большее количество. Достигают этого путем увеличения рабочего объема, диаметра цилиндров и их количества, а также улучшения степени наполнения цилиндров топливно-воздушной смесью, оптимизации процесса сгорания, повышения степени сжатия. Подтверждает это и расчетная формула крутящего момента: Мкр=VH •pe / 0,12566 (для четырехтактного двигателя), где VH – рабочий объем двигателя (л), pe – среднее эффективное давление в камере сгорания (бар).

Получить на коленчатом валу двигателя максимальный крутящий момент удается не на всех оборотах. У разных двигателей пик максимального крутящего момента достигается на различных режимах – у одних он больше на малых оборотах (в диапазоне 1800-3000 об/мин), у других – на более высоких (в диапазоне 3000-4500 об/мин). Объясняется это тем, что в зависимости от конструкции впускного тракта и фаз газораспределения эффективное наполнение цилиндров топливно-воздушной смесью происходит только при определенных оборотах.

Кто сильнейший?

Большим крутящим моментом обладают многоцилиндровые двигатели, моторы с турбо- и механическим наддувом. А чемпионами по величине крутящего момента являются «дизели». Многие из них обеспечивают автомобилю высокую динамику уже при 800-1000 об/мин. Если же стать обладателем «дизеля», нет возможности, то подбирать машину лучше с двигателем, у которого максимальный крутящий момент развивается при более низких оборотах. Такой автомобиль легче разгонять. В противном случае двигатель придется «насиловать» высокими оборотами, при которых и расход топлива выше и детали изнашиваются более интенсивно.

Те, кто следит за тенденциями развития автомобилестроения, могли заметить, что создатели двигателей стремятся «выровнять» кривую крутящего момента, т.е. сделать его практически одинаковым во всем диапазоне оборотов. Делается это для того, чтобы исключить провалы на режимах, когда величина крутящего момента еще или уже не позволяет передать на колеса большую силу тяги.

Один из таких моторов – 2,7-литровый V-образный шестицилиндровый турбированный двигатель Audi. Этот 250-сильный двигатель развивает огромный крутящий момент 350 Н•м в широком диапазоне оборотов – от 1800 до 4500. Другой подобный, хотя и менее мощный двигатель предлагает концерн Volkswagen. Его 1,8-литровый 180-сильный турбированный мотор развивает крутящий момент 228 Н•м в диапазоне оборотов от 2000 до 5000. Ездить на машинах с такими двигателями сплошное удовольствие – независимо от оборотов при нажатии на педаль «газа» автомобиль одинаково динамичен (приемист) и не только позволяет любителям спортивной езды полностью реализовать свои желания, но и при спокойной езде способствует уверенным обгонам, перестроениям и движению при полной загрузке.

Повышение и «выравнивание» крутящего момента в современных двигателях обеспечивают различными путями: устанавливают по три, четыре и даже пять клапанов на цилиндр, механизмы изменений фаз газораспределения, впускные тракты делают с изменяемой длиной, крыльчатки турбин делают керамическими и регулируемыми с изменяемым углом наклона лопаток и т.д. Вся эта модернизация направлена на совершенствование процессов наполнения цилиндров свежим зарядом. Наибольшего результата в этом деле добились инженеры SAAB. В свой пока еще экспериментальный двигатель SAAB Variable Compression объемом всего 1,6 л они умудрились заложить мощность, равную 225 л.с. и крутящий момент 305 Н•м. Добиться столь высоких показателей шведским моторостроителям удалось благодаря возможности изменения объема камеры сгорания и соответственно степени сжатия (от 14:1 до 8:1) в зависимости от режимов работы двигателя. Получению этих характеристик способствует и система наддува воздуха под высоким давлением – 2,8 атм., четыре клапана на цилиндр и система промежуточного охлаждения воздуха (Intercooler) (см. «Автоцентр» №14 ‘2000).

А как же обстоит дело с таким популярным показателем как мощность? Здесь ситуация складывается следующим образом. Наверное, многие замечали, что рядом с указываемой в характеристике мощностью всегда стоит значение оборотов коленчатого вала, при которых двигатель развивает эту мощность. Как правило, эти обороты приближены к максимальным. Во всех других режимах двигатель выдает только некоторую часть указанной мощности.

Почему так происходит, хорошо видно из формулы для вычисления мощности двигателя (кВт) – N=Mкрn/9549, где Mкр – средний крутящий момент двигателя (Н.м), n – обороты коленчатого вала двигателя (об/мин). Из формулы следует, что на значение мощности влияют величины крутящего момента и обороты двигателя. Но так как численные значения оборотов двигателя в десятки раз превышают величину крутящего момента (например, 3000 об/мин и 120 Н.м), то и на изменение мощности они будут влиять в большей степени. Это еще одно доказательство того, что силу мотора мощность отражает косвенно.

Вышесказанное подтверждается следующим примером. Когда мы едем по трассе с постоянной скоростью, приложенная к ведущим колесам автомобиля сила тяги расходуется на преодоление всевозможных сил сопротивления движению (аэродинамическую, качению колес и т.д.) и трение в различных механизмах. Но когда возникает потребность резко ускориться для обгона, сделать это удается не всегда, так как появляется необходимость преодолевать появившиеся силы инерции. В этом случае говорят, что у двигателя не хватает мощности. Но мощность здесь ни при чем, так как со всеми силами сопротивления движению борется сила тяги, зависящая от величины крутящего момента двигателя. Чтобы увеличить силу тяги, необходим запас крутящего момента. Величина этого запаса и влияет на то, как быстро сможет ускориться автомобиль.

Для получения более резкого ускорения можно, конечно, и переключиться на пониженную передачу, когда передаточное число трансмиссии станет большим и сила тяги на колесах увеличится. Однако при этом есть опасность «перекрутить» двигатель, да и дальнейшего ускорения мы можем не получить, так как режим работы двигателя может быть приближен к экстремальному. Аналогичная ситуация складывается и на подъемах, когда запас крутящего момента одних двигателей позволяет продолжить движение, а у других его отсутствие требует перехода на пониженную передачу.

Вывод отсюда напрашивается следующий: какой бы мощностью ни обладал двигатель, а способность разгонять автомобиль и «вытаскивать» его на подъем полностью возложена на крутящий момент. Возникает вполне справедливый вопрос: что же означает мощность? Это универсальный показатель, в который заложили целый ряд характеристик автомобильного двигателя – энергоемкость, потребление топлива, тяговая способность и т.д.