Американские двигатели: зачем при не всегда высокой мощности такой большой объем

Американские двигатели: зачем при не всегда высокой мощности такой большой объем?

Вопрос:

Зачем выбирать мотор большого объема и почему на американских авто устанавливается большой объем двигателя при не всегда впечатляющей мощности?

Ведь некоторые японские/европейские авто выжимают 300 л.с. из 2 или 3 литров двигателя, а не из 5 литров (как американские) и они же при одинаковом его объеме с американскими авто выдают больше мощности в л.с., например, Мерседес объемом в 5 литров выдает 330 л/с, а Джип Гранд Чероки при том же объеме выдает всего-навсего 220.

Откинув эмоции и не переходя на личности, попробую рассказать, что такое американский двигатель вообще и он же большого объема в частности.

Дело в том, что люди, которые пытаются сравнивают классические американские двигатели с европейскими или японскими по мощности — являются абсолютными невеждами в автомобильной области вообще, и в области двигателестроения в частности.

Классический большеобъемный американский мотор и европейские/японские малолитражные моторы имеют кардинальные отличия.

Но обо всем по порядку.

Когда то давно, в 50-70 годах, американцы были беззаботными и веселыми ребятами, которые с удовольствием ездили на больших, и на тот момент очень совершенных автомобилях.

В то время надпись Made in USA на автомобиле означала престиж и качество. Да и по другому быть не могло, ибо уже тогда американцы делали отличных машин едва ли не больше, чем во всем остальном мире вместе взятом.

Японский автопром тогда ходил под стол пешком и ходил туда в таком положении где-то до середины 80-х годов.

В европе тогда автопром тоже не блистал яркостью и разнообразием.

Кстати, такой любимый нынешнеми ценителями MB SL Gullwing, имел в подвеске не шаровые опоры, а шкворни, в то время как в америке в это же время даже на семейные седаны ставились шаровые опоры. Это так, для сведения, чтобы был ясен уровень Америки и Европы с Японией на тот момент.

Тогда, каждому американцу было ясно как день, что хороший автомобиль — это большой американский автомобиль. Чем больше и просторнее — тем лучше. И для обеспечения неплохой динамики почти 3-х тонным машинкам нужен был мощный двигатель.

И американцы, не долго думая, рассудили просто. Чем больше объем — тем больше мощность. Отсюда и пошли 4, 5, 7 и 8 литровые двигатели. Тогда, в то время они без особого напряга выдавали 300-400 лошадей и могли разгонять 3-х тонного 6-ти метрового сверкающего хромом красавца до сотни секунд за 9-10. Машинка при этом могла кушать 30-40 литров бензина, однако, такой расход в то время никого особенно не пугал, ибо бензина было много, он был дешевый а доходы даже простых американцев росли вместе с подъемом экономики Америки.

В Европе же, от банальной послевоенной бедности и природной прижимистости европейцев такие мощные двигатели никак не могли появится, и европа пошла своим путем. Они начали делать маленькие двигатели и ставить их в свои плешивые маленькие автомобильчики типа Ситроен 2CV. А уж потом, по мере развития технологий стали доводить эти маленькие моторчики и поднимать их мощность с целью научить свои евродрандулеты ездить быстрее.

Но пришел топливный кризис 70-х и американцы задумались о том, что не все в этом мире так просто. К тому же в штатах, вовсю набирались сил т.н. зеленые, борющиеся за чистый воздух и прочие высокие материи. Их крайне раздражали прожорливые и достаточно неэкологичные моторы большого объема, и в результате под лозунгом борьбы за экологию и экономию бензина, произошло ключевое событие:

АМЕРИКАНСКИЕ ДВИГАТЕЛИ УРЕЗАЛИ ПО МОЩНОСТИ ОСТАВИВ ПРИ ЭТОМ ИХ ОБЪЕМ

И в результате к примеру Бьюик Ривера 74 года выпуска с двигателем объемом 7.5 литров имел мощность 245 лошадей при степени сжатия 8.5:1. Хотя снять с этого двигателя все 400 лошадей можно было бы путем нескольких простых операций. Но нельзя. Зеленые не разрешали.

Как примерно гласит американская пословица — «Если тебе попался лимон, не расстраивайся — сделай из него лимонад» так и в урезании мощности двигателей вскоре нашли своеобразный плюс.

Во-первых, большие двигатели с низкой мощностью обладали гигантским крутящим моментом на низких оборотах, и как следствие во первых, автомобиль обладал хорошей динамикой разгона на любых скоростях.

Во-вторых, из-за того, что двигатель был низкооборотистым (максимум 4000-4500 об/мин), автомобиль обладал НИЗКИМ УРОВНЕМ ШУМА двигателя при движении с постоянной скоростью. Ну а так как хорошая машина для американцев — это комфортная машина, то такое положение вещей очень даже всех устроило.

И с тех пор, американцы поступили мудро, сохранив традицию оснащать свои автомобили большеобъемными, низкооборотистыми моментными двигателями. Именно поэтому двигатель, например Джип Гранд Чероки при объеме в 5.2 литра имеет мощность «лишь» 220 лошадей, но зато при этом обладает далеко недетским крутящим моментом в 406 Nm уже при 2800 оборотах, что делает его очень серьезным противником на светофорных гонках даже для 740 БМВ.

А все дело в том, что БМВ обладая большей мощностью при меньшем объеме, имеет пик крутящего момента выше чем двигатель гранда. И так в любом европейском или японском двигателе.

ЧЕМ ВЫШЕ МОЩНОСТЬ ПРИ МЕНЬШЕМ ОБЪЕМЕ, ТЕМ БЫСТРЕЕ ДОЛЖЕН ВРАЩАТЬСЯ ДВИГАТЕЛЬ

На практике это означает, что для того чтобы какой-нибудь узкоглазый автомобиль с 2 литровым 200 лошадным двигателем разгонялся так как Гранд, двигатель этого узкоглазого должен визжать как электродрель где-нибудь на 8000 оборотов, в то время как гранд будет разгонятся точно так же, а то и быстрее расслабленно бурча на 3000 оборотах.

Это немного утрированно, но смысл именно такой.

Итак, законспектируем и запомним:

• На разгонную динамику автомобиля влияет не максимальная мощность двигателя, а его крутящий момент, измеряемый в Ньютон-метрах. Чем ниже по оборотам двигателя находится пик крутящего момента, тем быстрее машина будет разгонятся с низкого старта. Именно в этом сильны американские большеобъемные двигатели.
• Максимальная мощность двигателя влияет на максимальную скорость автомобиля, а не на динамику его разгона.
• Классический большеобъемный американский двигатель отличается от европейского и японского прежде всего тем, что обладает низкой литровой мощностью но при этом большим крутящим моментом на низких оборотах (2500-3000), низкой степенью сжатия и, как следствие, БОЛЬШОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТЬЮ.
• Для особо непонятливых — еще проще: Американский двигатель крутится медленно, а разгоняет машину офигенно быстро. В этом его ОСНОВНОЕ отличие от европейских и японских малообъемных агрегатов.

Промышленные двигатели

Лучше. При любой нагрузке.

Cummins эффективно решает задачу разработки и производства экологически чистых двигателей, обладающих необходимой мощностью, долговечностью и надежностью. При разработке двигателей используется программное обеспечение, которое позволяет инженерам по адаптации изменять настройки двигателя в соответствии с требованиями к коэффициентам нагрузки, температуре и вспомогательным компонентам двигателя. В результате достигается более высокая производительность, снижаются простои, обеспечиваются более длительные интервалы между циклами технического обслуживания, что приводит к снижению эксплуатационных расходов.

Широкий диапазон мощностей двигателей Cummins (60-4200 л.с.) подходит для различной техники: от небольших погрузчиков до карьерных самосвалов. В поездах, тракторах, комбайнах, строительной технике и на буровых – всюду используются наши промышленные двигатели. Промышленные двигатели малой и средней мощности, (60- 500 л.с.): модели двигателей Cummins B3,3, QSB 4,5, QSB6,7, QSC, LTAA, QSL, QSM, QSX15 – устанавливаются на технику Hyundai, Wirtgen, Doosan, Atlas Copco, Komatsu, TEREX, JLG, Liu Gong, ПТЗ, Промтрактор, Ростсельмаш, а также бренды многих других международных и российских производителей.

Продукция Cummins широко используется в горнодобывающей промышленности — начиная от карьерных самосвалов и экскаваторов и заканчивая загрузочными транспортерами и буровыми станками, в открытых карьерах и под землей, в любой части света. Тысячи операторов горного оборудования опираются на компанию Cummins, стремясь к более высокой производительности, эффективности и износостойкости с сохранением самой низкой себестоимости одной тонны в отрасли.

Промышленные двигатели высокой мощности (500 – 3500 л.с.): двигатели KTA19, QSK19, QSK15, QST 30, KTA38, QSK45, KTA 50, QSK60, QSK78 – выбор производителей тяжелых карьерных самосвалов и крупной строительной техники. Среди основных брендов, использующих двигатели Cummins на российском рынке – БЕЛАЗ, Komatsu, Liebherr, Hitachi, Промтрактор. Двигатель Cummins KTA50 – легенда горнодобывающей промышленности по надежности и неприхотливости в эксплуатации.

Обладая 80-летним опытом в горнодобывающей промышленности, компания Cummins обеспечивает ваш успех — сегодня, завтра и всегда.

Глобальная сервисная поддержка делает нас надежным и проверенным партнером, на которого вы можете рассчитывать ежедневно, начиная с момента установки и заканчивая капитальным ремонтом.

На сегодняшний день компания производит двигатели в соответствии с экологическими стандартами Tier I -Tier IV, что позволяет выбрать двигатель с электронным или механическим управлением, который удовлетворяет местным требованиям по токсичности выхлопов. Cummins всегда находится на передовой технических инноваций и предлагает новейшие решения для достижения высочайших эксплуатационных и экологических стандартов.

Стандарты Tier 4 – последнее достижение мирового двигателестроения в области промышленного применения. Это новая ступень инженерной и конструкторской мысли в совершенствовании показателей экологичности и экономии топлива.

Стандарты Tier 4 достигаются Сummins за счет применения: • Топливной системы Common Rail • Системы электронного управления Quantum • Охлаждаемой циркуляции отработавших газов (Cooled EGR) • Турбокомпрессора с изменяемой геометрией (VGT) • Сажевого фильтра с каталитическим нейтрализатором (DPF) • Прямоточного воздушного фильтра (Direct flow air filter) • Картерного фильтра (Crankcase filter).

Компания постоянно обновляет свой модельный ряд. Так, в 2013 г. Cummins представила рынку обновленную линейку двигателей с расширенным диапазоном — от самого компактного QSF2.8, мощностью 37 кВт (49 л.с.), до самого мощного QSK95, мощностью до 3130 кВт (4200 л.с.). Cummins расширил продуктовый ряд в секторе как малоразмерных, так и высокомощных промышленных двигателей, и выпускает теперь самую широкую линейку, отвечающую экологическим требованиям стандартов от Tier 2 до Tier 4 Final.

Как узнать мощность электродвигателя

Актуальность вопроса

Прежде чем рассматривать вопрос о том, как же определить мощность электродвигателя, следует разобраться, чем обуславливается актуальность подобного вопроса.

Прежде всего, следует понимать, что это наиболее весомая и значимая техническая характеристика электродвигателя. Ведь обладая известным значением мощности, открывается возможность:

• Подбирать подходящие по номиналам тепловые реле и автомат;
• Определять пропускную способность и сечение электрических кабелей;
• Эксплуатировать двигатель в оптимальных условиях с максимальной производительностью;
• Возможность избегания перегрузок.

Следует отметить, что ни КПД, ни частота вращения, а также иные параметры не отличаются такой важностью, как показатель мощности. Поэтому для тех ситуаций, когда данные были утеряны, а технический паспорт не сохранен в надежном месте, ниже в этой статье приводятся некоторые способы определения мощности. Каждый из них подходит под любой конкретный случай, но одинаково результативен и даёт возможность максимально эффективно и безопасно эксплуатировать устройство.

Определение по счётчику

Наиболее простым и доступным способом является вычисление необходимых значений по показаниям счётчика электричества.

Для выполнения подобного расчёта понадобится осуществить следующий ряд действий:

• Необходимо предварительно отсоединить от конкретного прибора учёта все прочие электрические устройства и осветительные элементы;
• Убедиться в том, что счётчик не крутится;
• Далее подключается электродвигатель;
• Теперь двигатель запускается под нагрузкой на период в пять-семь минут;

Современные модели счётчиков выдают показатели нагрузки в киловаттах, а соответственно полученное значение и является искомым.

В случае, если используется индукционный счётчик, то следует помнить о том, что он ведет учёт в размерности кВт/ч.

Для индукционного счётчика потребуется:

• Предварительно записать показания до момента включения мотора;
• После чего, мотор включается ровно на десять минут, причём рекомендуется использовать точный хронометр, например секундомер;
• Далее снимаются новые показания с прибора учёта;
• Путём вычитания определяется разница, которая в дальнейшем умножается на число шесть и будет в размерности кВт предоставлять искомое значение.

В случае маломощных двигателей для более высокой точности измерения рекомендуется произвести подсчёт оборотов диска. При этом, следует учитывать, что при увеличении длительности замера пропорционально увеличивается и точность.

Время измерения всегда должно быть кратно полной минуте.

За шестьдесят секунд диск совершил десять оборотов, причём на счётчике указано, что 1200 оборотов равняется одному кВт/ч. Теперь десять оборотов умножаются на шестьдесят минут и получается значение в шестьсот оборотов за час. Далее число 1200 делится на шестьсот и получается пятьсот Ватт или же 0,5 кВт.

Вычисление по таблицам

Расчёт необходимых данных по таблице также является одним из способов решения рассматриваемого вопроса.

Для осуществления расчёта понадобится заполучить целый ряд данных:

• Диаметр вала;
• Частота вращения вала;
• Число полюсов;
• Диаметр фланца, в случае фланцевого двигателя;
• Высота до центра вала;
• Длина мотора без учёта выступающей части вала;
• Расстояние до оси.

Крайне важно, правильно измерить детали и получить чистый результат без погрешностей, так как любые отклонения могут повлечь неприятные последствия.

Имея такие данные, можно определить к какой серии устройств относится конкретный мотор. Исходя из этой информации, можно отыскать технические характеристики, в том числе и мощность. При этом допустимо использовать не только интернет, но также специализированные каталоги и сортаменты.

Примечательно то, что в глобальной сети имеется возможность отыскать параметры даже наиболее старых моделей моторов, что весьма сподручно.

Вычисление по габаритам

Подобный способ вычисления искомой величины подразумевает выполнение таких действий:

1. Измерение диаметра сердечника по внутренней части в статоре.
2. Измерение длины с учётом отверстий вентиляции.
3. Вычисление частоты сети, в которой работает электродвигатель.
4. Определение синхронной частоты валового вращения.
5. Выяснить показатель полюсного деления: диаметр сердечника умножается на синхронную частоту вращения вала, а итог умножается на число 3,14 и делится на показатель частоты сети, умноженный на число сто двадцать.

Касательно пункта №5 можно вывести такую формулу:

(3.14*D*n/(120*f))

D – диаметр сердечника;

n – синхронная частота вращения вала;

f – показатель частоты сети.

Замер числа оборотов за одну минуту

Применение данного способа определения мощности электродвигателя связано с визуальным определением числа обмоток статора. Дополнительно потребуется задействование специализированных приборов: миллиамперметр или тестер. Они пригодятся для распознавания количества полюсов.

Выполнение этих условий даёт возможность избежать разборки мотора.

Далее измерительный прибор необходимо подключить к одной из обмоток. При этом следует обеспечить равномерное и постепенное вращение вала. Отклонение стрелки будет указывать на количество полюсов.

Следует учитывать, что частота вращения вала при подобном способе определения мощности окажется немного меньше полученного результата.

Формула вычисления постоянного полюсного значения

Предварительным этапом к применению рассматриваемой формулы является выполнение таких действий:

• Определение числа полюсов, для чего частота тока умножается на число шестьдесят и делится на частоту валового вращения;
• Полученное значение умножается в два раза, после чего выявляется необходимый показатель путем использования таблицы по определению зависимости константы от числа полюсов;
• Рассчитанная постоянная величина умножается на квадрат диаметра сердечника, а ещё длину вала и частоту его вращения, после чего результат умножается по формуле приведенной ниже.

Вышеупомянутая формула может приобретать следующую запись:

10^ (-6)(P=С*В 2* l*n*10^(-6))

P – постоянное полюсное значение;

C – рассчитанная постоянная величина;

D – диаметр сердечника;

n – частота вращения вала.

Полученное значение будет иметь размерность в кВт.

Определение потребляемого тока

В некоторых ситуациях актуальным является вопрос определения объёма потребляемого тока. В ситуациях, когда вычисление объёма потребляемого тока имеет большее значение можно поступать несколькими способами. Основополагающим моментом является определение количества фаз.

В случае, если сеть однофазная, то показатель мощности следует разделить на значение напряжения. Для трёхфазных двигателей механизм подсчёта упрощается, поскольку необходимо только удвоить значение мощности, а затем полученному числу присвоить размерность в Амперах.

Поднимет легко

Сухие строчки официального сообщения, а на самом деле для нашей страны — это настоящая сенсация, сулящая серьезный технологический прорыв. В силу ряда причин мы серьезно отстали от мирового уровня в разработке и выпуске именно авиадвигателей большой мощности. И теперь пытаемся наверстать упущенное. Четыре года назад начались работы над двигателем ПД-35. Одна из сложнейших задач, которую пришлось решать его создателям, это проектирование вентилятора, диаметр которого превышает три метра.

Поясним, вентилятором двухконтурных двигателей называют многолопастный компрессор, который находится перед воздухозаборником газотурбинной установки, создающей основную тягу. Вентилятор позволяет значительно увеличить тягу и мощность двигателя, в какой-то мере способствует его дополнительному охлаждению, так как часть воздушного потока обтекает камеру сгорания с внешней стороны. Такие вентиляторы отличаются большим диаметром и внушительными габаритами.

И главная задача конструкторов — сохранить массу огромного мотора в приемлемых величинах.

Решается эта задача только в случае изготовления лопаток вентилятора из легких композитных материалов. На Западе вентиляторы для всех двигателей широкофюзеляжных и дальнемагистральных самолетов делают из композитов. Осваивали там эту технологию около двадцати лет, затратив в общей сложности несколько сот миллиардов долларов, евро и фунтов стерлингов. И это было оправданно. Лишь применение композитов в вентиляторах больших газотурбинных двигателей позволяет уменьшить массу мотора сразу на несколько сот килограммов. Сегодня секретом разработок и строительства пластиковых моторов владеют три страны — Великобритания, США и Франция. Мы можем стать четвертыми.

Вентилятор газовой турбины довольно уязвим от внешних воздействий. В него в первую очередь попадает весь аэродромный мусор, случается, влетают птицы. Хрупкий пластик может разрушиться, что, в свою очередь, способно привести к остановке двигателя и даже к его пожару. Разработчики ПД-35, по их словам, нашли способ защиты композитных лопаток от таких опасностей.

Летные испытания уже полноразмерного демонстратора ПД-35 по графику должны начаться в 2025 году. Разработчики рассчитывают, что именно ПД-35 выберут для установки на перспективный российско-китайский самолет CR929.