С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00
Главная » Разное » Рабочий объем цилиндра

Рабочий объем цилиндра


Расчет объема цилиндра двигателя: советы, объяснения, формулы

Как известно, объем двигателя автомобиля представляет собой сумму объемов всех его цилиндров. Однако формула, позволяющая рассчитать объем цилиндра, публикуется в различных вариантах, что порой сбивает с толку, особенно неопытных водителей. И все же, независимо от применяемого варианта, принцип расчета во всех случаях остается одним и тем же.

Сколько тепловоздушной смеси способен пропустить за один раз цилиндр двигателя? Сразу стоит отметить, что чем больше, тем выше будет крутящий момент, а также мощность мотора. Что значит «за один раз»? Четырехтактный мотор совершает полный цикл за 2 оборота коленчатого вала, то есть происходят впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Так что 2 оборота или 4 такта считаются за один раз.  

 

Расчет объема цилиндра

Объем одного цилиндра двигателя равняется произведению площади основания на высоту. Эта формула известна всем еще со школы.

Измеряется данная величина в кубических метрах или сантиметрах либо в литрах. 1000 см3 равняется 1 литру. При указании объема мотора в литрах нужно проводить округление до одной цифры после запятой. К примеру, если объем двигателя составляет 1486 см3, то при переводе в литры его нужно обозначать как 1,5 литра; если объем равен 2526 см3, то его следует записать как 2,5 литра. Литраж цилиндров силовых агрегатов автомобилей отличается.

Понятие рабочего объема цилиндра

Рабочий объем цилиндра представляет собой объем между крайними позициями движения поршня. Он наполняется горючей тепловоздушной смесью во время ее впускания при движении поршня из верхней крайней позиции в нижнюю. Подходя к верхней мертвой позиции, поршень оставляет свободный объем – камеру сгорания, или сжатия. Чтобы рассчитать объем цилиндра полностью, нужно суммировать объем камер и рабочий объем.

Уровень сжатия – это величина, которая определяется как частное полного деления в одном цилиндре и объема камеры сгорания. Этот параметр определяет степень сжатия горючей смеси в цилиндре. От нее зависит мощность двигателя, ведь чем выше уровень сжатия, тем сильнее сгорающая смесь давит на поршень.

Повышение уровня сжатия – дело выгодное, поскольку в этом случае порция топлива может сделать больше полезной работы. Однако если уровень сжатия увеличить чрезмерно, рабочая смесь может самовоспламеняться или сгорать слишком быстро, а топливо детонирует. В результате быстрого сгорания рабочей смеси силовой агрегат работает неустойчиво.

Детонацию можно определить по резким постукиваниям, уменьшению мощности двигателя и густому черному дыму из выхлопной трубы. Проектировщики автомобилей постоянно ищут способы устранения детонации топлива при повышении степени сжатия. Уровень сжатия определяет необходимость использовать конкретный сорт топлива.

На увеличение мощности мотора влияет увеличение количества оборотов коленчатого вала за одну минуту. Но и здесь есть свои препятствия. Это нехватка времени для попадания горючей смеси внутрь цилиндра, сложность удаления отработанных газов, а также чрезмерное ускорение работы частей и механизмов, ведущее к их быстрому износу.

Для преодоления этих препятствий конструкторы увеличивают количество оборотов коленчатого вала. Для многоцилиндровых силовых агрегатов производят расчет объема цилиндра, после чего эти объемы суммируют, получая литраж мотора. Повышение мощности двигателя является следствием увеличения его литража. А параметр этот определяется классом транспортного средства.

Непостоянный рабочий объем

Обеспечение непостоянного рабочего объема цилиндра является насущной задачей. Для достижения такого эффекта применяется технология автоматической остановки части цилиндров при неполной нагрузке двигателя. Такая система уже используется в некоторых моделях пикапов и внедорожников, экономия топлива при этом составляет в среднем около 20%.

Есть и специальные двигатели, в которых применяется механическая трансформация рабочего хода поршня. Однако они пока еще находятся на стадии разработки. Стоит отметить, что двигатели внутреннего сгорания с непостоянным рабочим объемом цилиндров используются в качестве лабораторного оборудования, позволяя устанавливать «моторным способом» октановое число бензина.

Онлайн-калкулятор

Определение объема цилиндра онлайн калькулятором – метод, пользующийся популярностью у автомобилистов. Для расчета можно воспользоваться и обычным математическим калькулятором, который позволяет определить объем цилиндра по имеющимся параметрам.

Рассчитать объем цилиндра можно через:

  •  радиус основания и высоту, при этом высота равняется ходу поршня;

  •  площадь основания и высоту.

Но есть и более сложные калькуляторы, обладающие расширенным набором функций. Они позволяют рассчитывать не только объем мотора, но и степень сжатия. Для вычислений необходимы значения следующих параметров:

  • длину шатуна;

  • ход поршня;

  • недоход поршня;

  • диаметр цилиндра;

  • объем поршневой камеры;

  • толщину и диаметр прокладки;

  • объем камеры в ГБЦ;

  • количество цилиндров.

Перед тем, как посчитать объем цилиндра или всего двигателя либо вычислить уровень сжатия, следует уточнить и записать все вышеперечисленные параметры. У новичков с этим могут возникнуть сложности, поэтому придется проявить настойчивость.

Двигатель

1 Общее устройство и рабочий цикл

1.1 Основные понятия

На современных колесных и гусеничных машинах установлены поршневые двигатели внутреннего сгорания. В основу действия таких двигателей положено свойство газов расширяться при нагревании.

Двигатель – это машина, преобразующая какой-либо вид энергии в энергию, расходуемую на механическую работу. Двигатели классифицируют по следующим основным признакам:

- по способу воспламенения горючей смеси – воспламенением от сжатия (дизели) и принудительным от электрической искры (карбюраторные);

- по способу смесеобразования (с внешним – карбюраторные и газовые; с внутренним – дизели);

- по способу осуществления рабочего цикла – четырехтактные и двухтактные;

- по виду применяемого топлива (бензиновые, газовые и дизели);

- по числу цилиндров – одно- и многоцилиндровые;

- по способу охлаждения (с воздушным жидкостным охлаждением);

- по расположению цилиндров – однорядные, двухрядные и V-образные.

Чтобы понять принцип работы дизеля, рассмотрим его упрощенную схему (рис. 1а). В цилиндр 6 закрытый головкой 1, плотно вставлен поршень 7, который при помощи пальца 8 и шатуна 9 соединен с коленчатым валом 12, имеющим на одном конце тяжелое колесо – маховик 10, который необходим для равномерности вращения вала при работе двигателя. В головке цилиндра имеются впускное и выпускное окна и клапаны 4 и 5. В точно определенные моменты они открываются и закрываются при помощи распределительного механизма, в которой кроме клапанов входят кулачковый вал 14, передаточные детали 16 и распределительные шестерни 13. Топливо (горючая смесь) в цилиндр поступает через форсунку 3 от топливного насоса.

Горючая смесь – это смесь, состоящая из распыленного топлива с воздухом в определенной  пропорции.

Рабочая смесь образуется в цилиндре работающего двигателя в результате перемешивания горючей смеси с остаточными газами.

Верхняя мертвая точка (в.м.т.) – это крайнее верхнее положение поршня, когда ось поршневого пальца находится от оси коленчатого вала на наибольшем удалении (рис. 1б).

Нижняя мертвая точка (н.м.т.) – это крайнее нижнее положение поршня, когда ось поршневого пальца находится от оси коленчатого вала на наименьшем удалении (рис. 1в).

1 – головка цилиндра; 2 – коромысло; 3 – форсунка; 4 – выпускной клапан; 5 – впускной клапан; 6 – цилиндр; 7 – поршень; 8 – поршневой палец; 9 – шатун; 10 – маховик; 11 – картер; 12 – коленчатый вал;  13 – шестерня привода распределительного вала; 14 – распределительный вал; 15 – топливный насос; 16 – передаточные детали; 17 – воздухоочиститель.

Рисунок 1 - Схема одноцилиндрового дизеля.

Рабочий ход поршня – это расстояние, пройденное поршнем им от одной мертвой точки до другой. За каждый ход поршня коленчатый вал поворачивается на половину оборота.

Объем камеры сгорания (сжатия) Vc – это пространство над поршнем, когда он находится в в.м.т.

Рабочий объем цилиндра – объем цилиндра, освобождаемый поршнем при перемещении от в.м.т. до н.м.т.:

                                                                        (1)

где  Vh – рабочий объем цилиндра;

         d – диаметр цилиндра;

        S – рабочий ход поршня.

Литраж – это рабочий объем всех цилиндров, выраженный в литрах.

Полный объем цилиндра Vа – это сумма объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра, т.е. пространство над поршнем, когда он находится в н.м.т.

                                                              (2)

Степень сжатия – это число, показывающее, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания.

                                                                       (3)

В современных карбюраторных двигателях степень сжатия колеблется в пределах 8…10, а в дизелях достигает 15…20.

Такт – часть рабочего цикла, происходящая за время движения поршня от одной мертвой точки до другой, т.е. условно принимаем, что такт происходит за один ход поршня.

Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за четыре хода (такта) поршня или за два оборота коленчатого вала, называют четырехтактным. Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня, или за один оборот коленчатого вала, считают двухтактными.

Формула рабочего объема двигателя, цилиндра

Формула рабочего объема двигателя — это, по сути, формула рабочего объема цилиндра, умноженная на количество цилиндров двигателя. Но, поскольку она публиковалась в разных вариантах, то это может сбивать с толку. Независимо от используемого варианта формулы результат расчета будет одним и тем же.

Изменение рабочего объема двигателя после растачивания цилиндров или изменения хода поршней.

При растачивании цилиндров двигателя со стенок цилиндров снимается слой металла и штатные поршни заменяются ремонтными поршнями, имеющими больший диаметр. Растачивание цилиндров приводит к увеличению как рабочего объема, так и степени сжатия.

Серийный двигатель, уже использовавшийся в предыдущем примере расчета рабочего объема, с диаметром цилиндров 4,000 дюйма и ходом поршней 3,000 дюйма имеет рабочий объем 226 куб. дюймов. Если расточить цилиндры под диаметр, увеличенный на 0.060 дюйма, то диаметр цилиндров станет равным 4,060 дюйма.

Формула для расчета рабочего объема двигателя остается той же, за исключением того, что вместо 4,000 дюймов в нее подставляем 4,060 дюйма.

Рабочий объем двигателя (в кубических дюймах) = диаметр цилиндра х диаметр цилиндра х ход поршня х 0,7854 х число цилиндров

4.060 дюйма х 4,060 дюйма х 3,000 дюйма х 0,7854 х

х 6 = 233 кубических дюйма = 3818 см3.

Если диаметр цилиндров не изменяется, а ход поршней после замены коленчатого вала увеличится, то при этом возрастет как рабочий объем двигателя, так и степень сжатия цилиндров. Если ход поршней увеличивается на 1/8 дюйма (0,125 дюйма), а диаметр цилиндров остается таким же, как у серийного двигателя, расчет нового рабочего объема двигателя производится следующим образом:

Рабочий объем двигателя (в кубических дюймах) = диаметр цилиндра х диаметр цилиндра х ход поршня х 0,7854 х число цилиндров 4,000 дюйма х 4,000 дюйма х 3,125 дюйма х 0,7854 х х 6 = 236 кубических дюймов = 3867 см3.

Рабочий объем цилиндра формула двигателя

При одновременном увеличении диаметра цилиндров (расточены на 0,060 дюйма) и хода поршней (увеличен на 0,125 дюйма) рабочий объем двигателя в результате этих изменений станет равным.

4.060 дюйма х 4,060 дюйма х 3,125 дюйма х 0,7854 х

х 6 = 243 кубических дюйма = 3982 см3.

Двигатель внутреннего сгорания

3. Основные понятия и определения

Основными параметрами двигателя счи­тают ход поршня, рабочий объем цилиндров, объем камеры сгорания, полный объем цилиндра, степень сжатия, диаметр цилиндра и число цилиндров.

Верхняя мертвая точка (ВМТ) — крайнее верхнее положение поршня. В этой точке поршень наиболее удален от оси коленчатого вала.

Нижняя мертвая точка (НМТ) — крайнее нижнее положение поршня. Поршень наиболее приближен к оси коленчатого вала.

В мертвых точках поршень меняет направление движения, и его скорость равна 0.

Ход поршня (S) (рис. 2) — расстояние между мертвыми точками, проходимое поршнем в течение одного такта рабочего цикла двигателя. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на 180° (пол-оборота).

Такт — часть рабочего цикла двигателя, происходящего при движении поршня из одного крайнего положения в другое.

Рабочий объем цилиндра (Vh) — объем, освобождаемый порш­нем при его перемещении от ВМТ до НМТ.

Объем камеры сгорания (Vc) — объем пространства над порш­нем, находящимся в ВМТ.

Полный объем цилиндра (Va) — объем пространства над порш­нем, находящимся в НМТ:

 Va = Vh + Vc.

 Рабочий объем двигателя (литраж) — сум­ма рабочих объемов всех цилиндров двигате­ля (л или см3).

Степень сжатия ε — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания:

 ε = Vа / Vc  = (Vh + Vc) / Vc.

Рисунок 2 - Основные параметры двигате­лей

Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается смесь в цилиндре двигателя при ходе поршня из НМТ в ВМТ. При повышении степени сжатия увеличивается мощность двигателя и его экономичность. Однако повышение степени сжатия ограничено качеством применяемого топлива, оно также уве­личивает нагрузки на детали двигателя.

Степень сжатия для карбюраторных двигателей современных легковых автомобилей составляет 8 ÷ 10, а для дизелей — 15 ÷ 22. При таких степенях сжатия в бензиновых двигателях не происхо­дит самовоспламенения смеси, а в дизелях, наоборот, обеспечи­вается самовоспламенение смеси.

   

Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости