Что такое означает понятие объем двигателя внутреннего сгорания автомобиля

Объем двигателя — одна из основных характеристик современного автомобиля, работающего по принципу сгорания топлива. С момента изобретения двигателя внутреннего сгорания эта характеристика является главнейшим показателем, с помощью которого характеризуется силовой агрегат и выделяет его среди других автомобилей модельного ряда.

На машинах объем двигателя даже указывается (во всяком случае — указывался) на кузове в виде отдельной таблички. К примеру, обозначение «БМВ 520i» означает, что перед нами пятая модель БМВ, с инжекторным двухлитровым двигателем.

От рабочего объема мотора непосредственно зависят его мощностные характеристики, предельная скорость, которую развивает данный автомобиль, и некоторые другие показатели. Кроме этого, деление моделей авто по классам, страховые, налоговые и таможенные платежи рассчитываются исходя из объема конкретной машины.

Но не все автомобилисты представляют себе, что это такое. Данный материал прояснит этот вопрос доступным языком.

Что считается рабочим объемом ДВС

Автомобильный двигатель внутреннего сгорания — сложное инженерное устройство, включающее в себя множественные системы, электронные и механические компоненты, навесные агрегаты и дополнительное оборудование.

Принцип работы заключается в подаче топливовоздушной смеси в камеры сгорания силового агрегата, где эта смесь под давлением поджигается свечами зажигания или накаливания.

В результате горения (которое представляет собой микровзрыв) происходит выделение большого количества энергии, которая движет поршень, находящийся в цилиндре. Поршень воздействует на кривошипно-шатунный механизм, и энергия из поступательной превращается во вращательную. С ее помощью вращается коленчатый вал мотора. Далее крутящий момент от коленвала передается трансмиссии, а от нее уже на ведущую ось (или оси) автомобиля. Полуось вращает колесо — автомобиль едет.

Вышеуказанный процесс цикличен до тех пор, пока водитель не заглушит двигатель либо пока происходит подача топлива, и нет неполадок, препятствующих нормальному функционированию двигателя. Часть цилиндра, в которой происходит процесс горения топлива — это и есть камера сгорания. Ее объем называется рабочим объемом. Чтобы узнать объем двигателя, суммируйте рабочие объемы его камер сгорания (грубо говоря — сумма объемов цилиндров). Для выражения объема двигателя используются литры, а камер сгорания — сантиметры кубические.

Как пример рассмотрим часто встречающийся двухлитровый бензиновый четырехцилиндровый двигатель. Не претендуя на точность, предположим, что каждая его камера сгорания имеет рабочий объем 499 см3. Цилиндра у этого двигателя четыре, суммарный объем камер сгорания равен 1996 см3. Для выражения в литрах округлите эту цифру к ближайшей целой — 2 литра.

Классификация автомобилей по классам в зависимости от объёма двигателя

Каждый крупный автопроизводитель имеет в своей модельной линейке машины разного класса, веса, размера. Касательно легковых автомобилей, то условно их принято делить на:

1. Компактные и микролитражные (рабочий объем ДВС до 1.2 литра).
2. Автомобили малого класса (объем 1.2-1.8) литра.
3. Автомобили среднего класса (1.8-3.5 л).
4. Мощные спорткары и гражданские автомобили с рабочим объёмом более 3.5 литра.
5. Представительские машины с моторами различного объема.

Видео: Урок 4 — объем, мощность, крутящий момент, расход топлива двигателя, малолитражки, крупнолитражки.

Ещё кое-что полезное для Вас:

Что зависит от объема

Чем больше смеси топлива с воздухом попадает в цилиндры двигателя и сгорает там, тем больше энергии при этом выделяется. В цилиндры полуторалитрового мотора войдет за цикл намного меньше топлива, чем в трехлитровый, а значит — и больше энергии выйдет на вращение коленвала. Большой мотор — лучшая разгонная динамика, больше предельная скорость и крутящий момент. Но и большее потребление топлива.

Но с мощностью не все так очевидно. Применение турбин (принудительное нагнетание воздуха) позволило снимать больше мощности с единицы объема. Так, атмосферный двигатель Форд 1.6 л выдает мощность, равную 115 л.с., а 1-литровый Форд Экобуст с турбонаддувом — 125 л.с. И крутящий момент у турбированных ДВС выше, и пиковое его значение доступно уже с низов.

Машины с большими объемами двигателей стоят дороже, чем такие же, но с меньшим объёмом. Дело в том, что себестоимость такого ДВС дороже, ему нужна другая трансмиссия, выхлопная и охлаждающая системы, другие тормоза и прочее.

По этой причине бюджетные автомобили, как правило, малолитражки, двигатели которых просты в изготовлении, не имеют сложных систем и электроники. Так как вес этих авто небольшой, то маленького моторчика хватает для комфортного перемещения по городу и сносной динамики. Невысокая стоимость в совокупности с низким расходом топлива делает их популярными у автолюбителей.

Почему названия модели больше не содержат в себе объем мотора

Когда на рынок пришли турбированные двигатели (дизельные и бензиновые), ориентироваться по «шильдикам», висящим на задней части машины, стало намного сложнее. Изначально все было понятно: «BMW 535D» — дизельный БМВ пятой серии с двигателем объемом 3.5 литра.

Мощный атмосферный пятилитровый мотор после установки турбонаддува уменьшает свой объем до 4.4 литра, но обозначается все равно как пятилитровый. Наглядно это видно на машинах Мерседес, которые уже отвязали названия своих моделей от объема. Например, версия «AMG63» уже давно не несет в себе 6.2-литровый двигатель. Вместо него теперь устанавливается ДВС объемом пять с половиной литров. Но модель все равно называется «AMG-63».

Как увеличить объем ДВС

Можно физически увеличить камеру сгорания путем расточки цилиндров. Это называется — форсирование двигателя. Сильно прирастить объем таким образом не получится — блоки цилиндров рассчитаны на свои пределы расточки, которые составляют не более трех капитальных ремонтов двигателя. При таких ремонтах цилиндры, имеющие уже от износа форму эллипса, растачиваются до придания им идеально круглой формы, туда устанавливаются ремонтные поршни с ремонтными кольцами и другие детали двигателя, имеющие увеличенный размер.

Купить поршни и прочие детали для двигателя авто можно только в максимальном размере, соответствующем третьему ремонту. Смысл более глубокого тюнинга пропадает из-за его нецелесообразности, так как дешевле и проще купить двигатель большего объема, а вот его уже можно расточить.

Плюсы и минусы большеобъемных двигателей

• изначальная цена автомобиля;
• высокий расход топлива;
• высокие траты на ТО (больше масла, больше антифриза и т.д.);
• большие затраты на капитальный ремонт;
• высокие налоги и таможенные пошлины (если машина ввозится из-за границы).

• высокая мощность автомобиля;
• большой ресурс самого двигателя;
• комфорт при езде;
• реже приходится переключать передачи на МКПП;
• безопасность при обгоне;
• такие двигатели быстрее и лучше прогреваются в холодный период.

Большие бензиновые атмосферные силовые агрегаты менее требовательны к качеству топлива, чем турбированные малообъемники.

Несколько слов о турбированных моторах и атмосферных

Стоит понимать, что обычный атмосферный ДВС более надежен. Бензиновый турбо-двигатель 1.8-2 литра, имеющий мощность 200 л.с., даже при самом качественном обслуживании попросит капитального ремонта на 180-230 тысяч км пробега. А вот атмосферный 3.5-литровый ДВС, имеющий такую же мощность (или чуть выше), легко отходит 350 тысяч км до первого серьезного ремонта.

Электродвигатели

В некоторых режимах работы электропривода электродвигатель осуществляет обратное преобразование энергии, то есть работает в режиме электрического генератора.

По виду создаваемого механического движения электродвигатели бывают вращающиеся, линейные и др. Под электродвигателем чаще всего подразумевается вращающий электродвигатель, так как он получил наибольшее применение.

Областью науки и техники изучающей электрические машины является — электромеханика. Принято считать, что ее история начинается с 1821 года, когда был создан первый электродвигатель М.Фарадея.

Конструкция электродвигателя

Основными компонентами вращающегося электродвигателя являются статор и ротор. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть.

У большей части электродвигателей ротор располагается внутри статора. Электродвигатели у которых ротор находится снаружи статора называются электродвигателями обращенного типа.

Принцип работы электродвигателя

Подробное описание принципа работы электродвигателей разных типов:

Классификация электродвигателей

Включение обмотки
• БДПТ
  (Бесколлекторный двигатель + ЭП |+ ДПР)
• ВРД
  (Реактивный двигатель с ротором с явновыраженными полюсами и сосредоточенной обмоткой статора + ЭП |+ ДПР)

(многофазный)

(с контактными кольцами и щетками) —> 5 —>
• СДПМВ
• СДПМП
• Гибридный
1. Указанная категория не представляет отдельный класс электродвигателей, так как устройства, входящие в рассматриваемую категорию (БДПТ, ВРД), являются комбинацией бесколлекторного двигателя, электрического преобразователя (инвертора) и, в некоторых случаях, — датчика положения ротора. В данных устройствах электрический преобразователь, в виду его невысокой сложности и небольших габаритов, обычно интегрирован в электродвигатель.
2. Вентильный двигатель может быть определен как электрический двигатель, имеющий датчик положения ротора, управляющий полупроводниковым преобразователем, осуществляющим согласованную коммутацию обмотки якоря [5].
3. Вентильный электродвигатель постоянного тока — электродвигатель постоянного тока, вентильное коммутирующее устройство которого представляет собой инвертор, управляемый либо по положению ротора, либо по фазе напряжения на обмотки якоря, либо по положению магнитного поля [1].
4. Электродвигатели используемые в БДПТ и ВРД являются двигателями переменного тока, при этом за счет наличия в данных устройствах электрического преобразователя они подключаются к сети постоянного тока.
5. Шаговый двигатель не является отдельным классом двигателя. Конструктивно он представляет из себя СДПМ, СРД или гибридный СРД-ПМ.
• КДПТ — коллекторный двигатель постоянного тока
• БДПТ — бесколлекторный двигатель постоянного тока
• ЭП — электрический преобразователь
• ДПР — датчик положения ротора
• ВРД — вентильный реактивный двигатель
• АДКР — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
• АДФР — асинхронный двигатель с фазным ротором
• СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения
• СДПМ — синхронный двигатель с постоянными магнитами
• СДПМП — синхронный двигатель c поверхностной установкой постоянных магнитов
• СДПМВ — синхронный двигатель со встроенными постоянными магнитами
• СРД — синхронный реактивный двигатель
• ПМ — постоянные магниты
• ЧП — частотный преобразователь

Типы электродвигателей

Коллекторные электродвигатели

Коллекторная машина — вращающаяся электрическая машина, у которой хотя бы одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, соединена с коллектором [1]. В коллекторном двигателе щеточно-коллекторный узел выполняет функцию датчика положения ротора и переключателя тока в обмотках.



Универсальный электродвигатель



Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Бесколлекторные электродвигатели

У бесколлекторных электродвигателей могут быть контактные кольца с щетками, таким образом не надо путать бесколлекторные и бесщеточные электродвигатели.

Бесщеточная машина — вращающаяся электрическая машина, в которой все электрические связи обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, осуществляются без скользящих электрических контактов [1].

Асинхронный электродвигатель

Cинхронный электродвигатель

Специальные электродвигатели

Серводвигатель

Основные параметры электродвигателя

Момент электродвигателя

Вращающий момент (синонимы: вращательный момент, крутящий момент, момент силы) — векторная физическая величина, равная произведению радиус вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.

,

• где M – вращающий момент, Нм,
• F – сила, Н,
• r – радиус-вектор, м

,

• где P_ном – номинальная мощность двигателя, Вт,
• n_ном — номинальная частота вращения, мин -1 [4]

Начальный пусковой момент — момент электродвигателя при пуске.

1 oz = 1/16 lb = 0,2780139 N (Н)
1 lb = 4,448222 N (Н)

момент измеряется в унция-сила на дюйм (oz∙in) или фунт-сила на дюйм (lb∙in)

1 oz∙in = 0,007062 Nm (Нм)
1 lb∙in = 0,112985 Nm (Нм)

Мощность электродвигателя

Мощность электродвигателя — это полезная механическая мощность на валу электродвигателя.

Механическая мощность

Мощность — физическая величина, показывающая какую работу механизм совершает в единицу времени.

,

• где P – мощность, Вт,
• A – работа, Дж,
• t — время, с

Работа — скалярная физическая величина, равная произведению проекции силы на направление F и пути s, проходимого точкой приложения силы [2].

,

• где s – расстояние, м

Для вращательного движения

,

• где – угол, рад,

,

• где – углавая скорость, рад/с,

Таким образом можно вычислить значение механической мощности на валу вращающегося электродвигателя



Коэффициент полезного действия электродвигателя

Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя — характеристика эффективности машины в отношении преобразования электрической энергии в механическую.

,

• где – коэффициент полезного действия электродвигателя,
• P₁ — подведенная мощность (электрическая), Вт,
• P₂ — полезная мощность (механическая), Вт
При этом потери в электродвигатели обусловлены:
• электрическими потерями — в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
• магнитными потерями — потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, на гистерезис и на магнитное последействие;
• механическими потерями — потери на трение в подшипниках, на вентиляцию, на щетках (при их наличии);
• дополнительными потерями — потери вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающих из-за зубчатого строения статора, ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.

КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.

Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission) определяет требования к эффективности электродвигателей. Согласно стандарту IEC 60034-31:2010 определено четыре класса эффективности для синхронных и асинхронных электродвигателей: IE1, IE2, IE3 и IE4.



Частота вращения



• где n — частота вращения электродвигателя, об/мин

Момент инерции ротора

Момент инерции — скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг оси, равна сумме произведений масс материальных точек на квадраты их расстояний от оси

,

• где J – момент инерции, кг∙м 2 ,
• m — масса, кг

1 oz∙in∙s 2 = 0,007062 kg∙m 2 (кг∙м 2 )

Момент инерции связан с моментом силы следующим соотношением

,

• где – угловое ускорение, с -2 [2]

,

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение (англ. rated voltage) — напряжение на которое спроектирована сеть или оборудование и к которому относят их рабочие характеристики [3].

Электрическая постоянная времени

Электрическая постоянная времени — это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое ток достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

,

• где – постоянная времени, с

Механическая характеристика

Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения вала от электромагнитного момента при неизменном напряжении питания.

Сравнение характеристик внешне коммутируемых электрических двигателей

Ниже представлены сравнительные характеристики внешне коммутируемых электродвигателей, в ракурсе применения в качестве тяговых электродвигателей в транспортных средствах.

Источник https://topmekhanik.ru/obem-dvs/

Источник https://engineering-solutions.ru/motorcontrol/motor/

Источник

Источник