ISTITUTO EDUCATIVO NO PROFIT "SCUOLA TECNICA RUSSA"

"MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA"

"Specifiche del motore."

Le caratteristiche principali del motore includono potenza, coppia ed efficienza del carburante.

Potenza del motore.

In un motore a combustione interna, la pressione del gas risultante dalla combustione della miscela aria-carburante agisce sul cielo del pistone e muove il pistone nel cilindro. Muovendo il pistone, i gas fanno un lavoro utile* e il motore sviluppa una certa potenza**.

*Lavoro(A) si verifica quando una forza (F) agisce sul corpo e sotto l'influenza di questa forza il corpo si muove (si sposta di una distanza S). In altre parole: il lavoro meccanico è direttamente proporzionale alla forza applicata e alla distanza percorsa (A=FS). L'unità di misura SI per il lavoro è Joule(J). Un joule è uguale a uno Newton, moltiplicato per un metro (1J = Nm), cioè se una forza di un Newton muove un corpo con una massa di un kg su una distanza di un metro, allora tale forza è uguale a un Joule.

**Potenza(P) è uguale al lavoro (A) svolto in un determinato tempo (unità di tempo - t): P \u003d A / t (Potenza \u003d Lavoro / Tempo). L'unità di potenza nel sistema SI è Watt(W). Un Watt è uguale ad un Joule diviso per un secondo (1W=1J/1sec), cioè se si lavora un Joule in un secondo, allora tale lavoro riproduce una potenza pari ad un Watt. Un'unità di misura della potenza fuori sistema è un chilogrammo-forza moltiplicato per un metro diviso per un secondo (kgf m / s). 1 kgf m/s = 9,81 W. Anche la letteratura tecnica su argomenti automobilistici utilizza un'unità di misura come la potenza. Un cavallo è pari a 75 kgf m / se 735,5 watt.

Viene chiamata la potenza sviluppata dai gas all'interno dei cilindri del motore potenza dell'indicatore (P io ). La potenza dell'indicatore non può essere utilizzata completamente per muovere l'auto, poiché parte di questa potenza viene spesa per vincere le forze di attrito nel motore stesso (attrito nei cuscinetti, tra parti del gruppo cilindro-pistone e meccanismo di distribuzione del gas, agitazione dell'olio, ecc. .), oltre a comandare meccanismi ausiliari (generatore, pompa del liquido di raffreddamento, ecc.).
Il potere da cui si può prendere albero a gomiti motore e utilizzato per muovere l'auto si chiama potenza effettiva ( R ef).
Potenza effettiva inferiore potenza dell'indicatore sull'ammontare delle perdite meccaniche. È conveniente rappresentare le perdite meccaniche sotto forma di una meccanica Efficienza del motore (η).
L'efficienza del motore è uguale al rapporto tra la potenza effettiva e quella indicata ( η = R se / P io ). Valore di efficienza motori moderniè compreso tra 0,7 e 0,9. Il valore di efficienza è determinato sperimentalmente su installazioni speciali ( impianti frenanti tamburo o altro, sviluppando una determinata forza frenante).
La potenza effettiva del motore è descritta dalla formula: R ef= p io v d n/2x60x75 (cv), dove al numeratore:
p i - pressione media del gas indicatore (kg/mq) agente sul pistone;
v d - cilindrata del motore (m3);
n- il numero di giri motore (rpm);
al denominatore:
2 - coefficiente numerico (per motori a quattro tempi = 2, per motori a due tempi = 1);
60x75 - coefficiente numerico per convertire il valore della potenza da "kgf m / min" a " potenza».

Dalla formula segue che la potenza effettiva del motore dipende da: 1) la pressione media dell'indicatore dei gas agenti sul pistone, 2) il volume di lavoro del motore e 3) il numero di cicli di lavoro effettuati durante il tempo condizionale del motore, espresso in giri dell'albero motore.

Pressione media del gas indicata (p i) è una pressione condizionatamente costante che, agendo sul pistone durante una corsa di lavoro, lavora in modo uguale al lavoro di indicatore dei gas nel cilindro durante il ciclo di lavoro, cioè p io = MA io / v c (il rapporto tra il lavoro dell'indicatore dei gas MA i per unità di cilindrata del cilindro v c).
Pressioni medie indicate al carico nominale per quattro tempi motori a benzina 0,8 - 1,2 MPa, per motori diesel a quattro tempi 0,7 - 1,1 MPa, per motori diesel a due tempi 0,6 - 0,9 MPa.

Cilindrata del motore v d è uguale alla somma dei volumi di lavoro di tutti i suoi cilindri ( v d = Σ n v c). Il volume di lavoro di un cilindro ( v c ) è uguale al prodotto tra il suo diametro (d) e la corsa del pistone (h) - ( v c = dh).

Numero di cicli di lavoro eseguita dal motore in un minuto è uguale a 2n/T, dove n- frequenza di rotazione dell'albero motore, T- velocità di ciclo del motore (il numero di cicli eseguiti per ciclo di lavoro). Per un motore a quattro tempi, T = 4 e il numero di cicli di lavoro è n/2.

Dei valori di cui sopra, le costanti, cioè invariati, a seconda della progettazione del motore, restano solo la cilindrata e il ciclo motore. Il resto sono variabili. I valori di queste quantità dipenderanno dalla modalità di funzionamento e dalle condizioni tecniche del motore. Dalla formula si evince che con l'aumento della velocità dell'albero motore e della pressione dei gas agenti sul pistone, aumenterà anche la potenza del motore. Allo stesso tempo, la funzione della potenza dalla velocità di rotazione del CV non è lineare, come illustrato nel grafico (Fig. 1).

Questo fatto richiede qualche spiegazione.
Il fatto è che la pressione dei gas di lavoro dipende dalla completezza del riempimento delle bombole con una nuova porzione della miscela aria-carburante, dalla velocità e completezza della sua combustione e dal grado (coefficiente) della successiva pulizia delle bombole da gas di scarico. Il grado di riempimento e pulizia dei cilindri, nonché la velocità e la completezza della combustione della miscela aria-carburante, sono determinati dalla progettazione e impostazione del meccanismo di distribuzione del gas, dei sistemi di aspirazione e scarico, sistema di alimentazione carburante, nonché l'algoritmo per il funzionamento dei sistemi di alimentazione del carburante, accensione, sovralimentazione e fasatura delle valvole ed è solo leggermente correlato alla velocità di rotazione dell'albero motore. La potenza massima viene sviluppata dal motore al raggiungimento di tali valori di velocità dell'albero motore, che corrisponderanno alle impostazioni e alle prestazioni ottimali dei sistemi e meccanismi elencati, fornendo le condizioni necessarie formazione della miscela, combustione della miscela e pulizia del cilindro. In tutti gli altri casi (giri superiori o inferiori) le prestazioni del motore saranno inferiori ai valori massimi.
Nella letteratura tecnica, il regime al quale viene raggiunta la potenza massima dichiarata del motore è indicato come " giri di potenza massima».
Vengono chiamati motori la cui potenza massima viene raggiunta a regimi elevati dell'albero motore (5000 giri / min o più). alta velocità(alta velocità). Vengono chiamati motori la cui potenza massima viene raggiunta a bassi regimi dell'albero motore (inferiori a 5000 giri / min). movimento lento(bassa velocità). Dal punto di vista dell'interesse dei consumatori per i prodotti dell'industria automobilistica, è molto semplificato, ma possiamo dire che le prestazioni di potenza del motore determinano le proprietà di velocità dell'auto. Cioè, un motore ad alta velocità, ceteris paribus, fornirà migliori caratteristiche di velocità dell'auto rispetto a un motore a bassa velocità. massima velocità l'auto raggiungerà la sua potenza massima ai giri. Quando il motore raggiunge la modalità di massima potenza, il motore inizia a funzionare solo per vincere le forze di resistenza al movimento, l'auto non accelera.

Per valutazione comparativa vari motori dal punto di vista della perfezione del processo lavorativo e del design, utilizzano il valore " capacità litro". La potenza in litri è uguale al rapporto tra la potenza del motore e il suo volume di lavoro ( P L= P se / v d). Questo valore mostra quanta potenza può essere "rimossa" da un litro di cilindrata del motore. Maggiore è la potenza in litri, minori sono le dimensioni relative e il peso specifico del motore, ceteris paribus, maggiori sono i suoi indicatori tecnici e di design. La potenza in litri dei motori moderni è compresa tra 15 - 37 kW / l - per i motori a benzina e 6 - 22 kW / l - per i motori diesel.

Coppia

Quando il motore è in funzione, sul suo albero a gomiti si sviluppa una coppia, che viene trasmessa attraverso i meccanismi di trasmissione alle ruote motrici dell'auto e mette in moto l'auto. coppia ( M k ) è uguale al prodotto della forza ( F) sulla spalla della sua azione ( r) e si misura in newton moltiplicati per un metro ( H X m) o in chilogrammo di forza moltiplicato per un metro (kgf x m).
Mk=F X r;
Nel motore, la forza d'azione è la pressione dei gas. Il braccio della forza è la manovella dell'albero a gomiti. Maggiore è la pressione dei gas che agiscono sul pistone e maggiore è il raggio della manovella, maggiore è la coppia sviluppata dal motore. Il valore della pressione dei gas di lavoro dipende da una serie di condizioni discusse nella sottosezione precedente (Potenza del motore). Il raggio della manovella è determinato dal design del motore.
La coppia del motore aumenta con l'aumento della velocità dell'albero motore e raggiunge il suo valore massimo al cosiddetto. "giri di coppia massima". giri dell'albero motore corrispondenti ai giri di coppia massima per tipi diversi i motori sono nella gamma di 1500 - 3000 giri/min (diesel) e 3000 - 4500 giri/min (motori a benzina). Il "vincolo" della coppia massima alla velocità dell'albero motore, come nel caso della potenza, è dovuto alla regolazione del meccanismo di distribuzione del gas del motore del suo tratto di aspirazione e scarico, nonché al sistema di alimentazione e controllo del motore .
La potenza e la coppia del motore sono correlate dalla formula: M k = 716,2 P se / n(kgfm);
La coppia viene trasmessa dalla trasmissione alle ruote motrici dell'auto e determina la forza di trazione delle ruote motrici: F t = M kx c X η /r, dove F t è la forza di spinta; M k è la coppia; c- il rapporto di trasmissione totale della trasmissione; η - efficienza di trasmissione (0,88 - 0,95); rè il raggio delle ruote motrici.
Dal punto di vista dell'interesse dei consumatori per i prodotti automobilistici, è semplificato, ma possiamo dire che la coppia determina le caratteristiche di trazione dell'auto. Più coppia sviluppa il motore, maggiore è la trazione sulle ruote motrici. Crescita veloce la coppia del motore indica una buona dinamica di accelerazione dell'auto a causa di un intenso aumento della forza di trazione delle ruote motrici.
Più lungo è il valore del momento è nella regione del suo massimo e non diminuisce, il motore migliore adattato al cambiamento Condizioni stradali(meno spesso devi cambiare marcia).
I motori a bassa velocità hanno coppie elevate.

Risparmio di carburante

Economia del lavoro motore dell'autoè misurato dalla quantità di carburante in grammi consumato per ogni unità di potenza per unità di tempo (un'ora) ed è chiamato " consumo specifico di carburante» ( g es/kWh). Il consumo di carburante aumenta con l'aumento della velocità dell'albero motore e dipende dalla perfezione del design del motore e dalle sue condizioni tecniche. Totale Il consumo (totale) di carburante è caratterizzato dal consumo di carburante in chilogrammi per ora di lavoro ed è denominato " consumo orario di carburante» ( G T kg/h). Il consumo specifico di carburante può essere determinato dalla formula g e= G T1000/ P ef (g/kWh).

Come può lo stesso motore avere una potenza diversa? Qual è la differenza tra potenza e coppia?

COS'È LA POTENZA DI CAVALLI?

Quanta forza hai? - una domanda del genere è stata ascoltata da chiunque abbia toccato almeno un po' il mondo delle automobili. Nessuno ha nemmeno bisogno di spiegare cosa si intende effettivamente per forze: potenza. È in loro che siamo abituati a valutare la potenza del motore, una delle più importanti caratteristiche di consumo dell'auto.

Non c'è praticamente nessun trasporto trainato da cavalli nemmeno nei villaggi e questa unità di misura è viva e vegeta da più di cento anni. Ma la potenza è, in effetti, illegale. Non è incluso nel sistema internazionale delle unità (penso che molti ricordino dalla scuola che si chiama SI) e quindi non ha uno status ufficiale. Inoltre, l'Organizzazione Internazionale di Metrologia Legale chiede la rimozione della potenza dalla circolazione il prima possibile e la direttiva UE 80/181/CEE del 1 gennaio 2010 obbliga direttamente le case automobilistiche a utilizzare i tradizionali "cv" solo come valore ausiliario per indicare la potenza.

Ma non è vano che l'abitudine sia considerata una seconda natura. Dopotutto, nella vita di tutti i giorni diciamo "copiatrice" invece di fotocopiatrici e chiamiamo nastro adesivo "nastro adesivo". Ecco gli "hp" non riconosciuti Ora non solo la gente comune lo usa, ma quasi tutti aziende automobilistiche. Cosa si preoccupano delle direttive consultive? Se è più conveniente per l'acquirente, così sia. Perché ci sono produttori - anche lo stato è in giro. Se qualcuno ha dimenticato, in Russia la tassa di trasporto e la tariffa OSAGO sono calcolate dalla potenza, così come il costo dell'evacuazione dei veicoli parcheggiati in modo improprio a Mosca.

E nessuno troverebbe da ridire su questo, se non per un significativo “ma”. Concepito per semplificarci la vita, la potenza è in realtà fonte di confusione. Dopotutto, nell'era della rivoluzione industriale è apparso come un valore del tutto condizionato, che, non solo per un motore di automobile, anche per un cavallo, ha una relazione piuttosto indiretta. Il significato di questa unità è il seguente: 1 CV. sufficiente per sollevare un carico di 75 kg ad un'altezza di 1 metro in 1 secondo. In effetti, questo è un indicatore di performance altamente medio per una cavalla. E non di più.

In altre parole, la nuova unità di misura è stata molto utile per gli industriali che estraggono, ad esempio, carbone dalle miniere e per i produttori di apparecchiature correlate. Con il suo aiuto, è stato più facile valutare il vantaggio dei meccanismi rispetto alla forza animale. E poiché le macchine erano già azionate a vapore, e successivamente da motori a kerosene, le “hp” passato per eredità a squadre autonome.

Ironia della sorte, l'uomo che ha inventato la potenza è l'unità ufficiale della potenza, James Watt. E poiché il watt (o meglio, in relazione a macchine potenti, kilowatt - kW) veniva utilizzato attivamente anche all'inizio del XIX secolo, le due quantità dovevano essere in qualche modo avvicinate l'una all'altra. È qui che sono sorti i disaccordi chiave. Ad esempio, in Russia e nella maggior parte degli altri paesi europei hanno adottato la cosiddetta potenza metrica, che è pari a 735,49875 W o, che ora ci è più familiare, 1 kW = 1,36 CV. Tale "CV" il più delle volte indicato con PS (dal tedesco Pferdestarke), ma ci sono altre opzioni: cv, hk, pk, ks, ch ... Allo stesso tempo, in Gran Bretagna e in alcune delle sue ex colonie hanno deciso di andare per la propria strada, organizzando un sistema di misurazione "imperiale" con i suoi chili, piedi e altre delizie, in cui la potenza meccanica (o, in altre parole, indicatore) era già di 745,69987158227022 watt. E poi - si parte. Ad esempio, negli Stati Uniti hanno persino inventato una potenza elettrica (746 W) e una caldaia (9809,5 W).

Quindi si scopre che la stessa macchina con lo stesso motore in diversi paesi sulla carta può avere potenza diversa. Prendi, ad esempio, il nostro popolare crossover Kia Sportage- in Russia o in Germania, secondo il passaporto, il suo turbodiesel da due litri in due versioni sviluppa 136 o 184 CV e in Inghilterra - 134 e 181 "cavalli". Sebbene in realtà la potenza del motore nelle unità internazionali sia esattamente di 100 e 135 kW - e in qualsiasi parte del mondo. Ma, vedi, suona insolito. E i numeri non sono più così impressionanti. Pertanto, le case automobilistiche non hanno fretta di passare a un'unità di misura ufficiale, spiegandolo con il marketing e le tradizioni. Com'è? I concorrenti avranno 136 forze, ma noi abbiamo solo 100 kW? No, non va bene...

COME SI MISURA LA POTENZA?

Tuttavia, i trucchi "potenti" non si limitano a giocare con le unità di misura. Fino a poco tempo, non era solo designato, ma anche misurato in modi diversi. In particolare, in America per molto tempo (fino all'inizio degli anni '70) le case automobilistiche hanno praticato prove al banco di motori smontati nudi - senza intoppi come un generatore, un compressore dell'aria condizionata, una pompa dell'impianto di raffreddamento, e con un tubo dritto invece di numerosi silenziatori. Naturalmente, il motore che ha tolto le catene ha facilmente emesso il 10-20 percento in più di "CV", quindi necessario per i responsabili delle vendite. In effetti, pochi degli acquirenti sono entrati nella complessità della metodologia di test.

Un altro estremo (ma molto più vicino alla realtà) è prendere gli indicatori direttamente dalle ruote di un'auto, sui tamburi in funzione. Questo è ciò che fanno le scuderie, le officine di tuning e altri team, per i quali è importante conoscere il ritorno del motore, tenendo conto di tutte le possibili perdite, comprese le perdite di trasmissione.

Ma alla fine, un compromesso è stato accettato come campione in vari metodi come ECE europeo, DIN o SAE americano. Quando il motore è installato su un cavalletto, ma con tutto l'attacco necessario per un funzionamento regolare, compreso un percorso di scarico standard. È possibile rimuovere solo apparecchiature relative ad altri sistemi della macchina (ad esempio un compressore per sospensioni pneumatiche o una pompa del servosterzo). Cioè, testano il motore esattamente nella forma in cui si trova effettivamente sotto il cofano dell'auto. Ciò consente di escludere la "qualità" della trasmissione dal risultato finale e di determinare la potenza all'albero motore, tenendo conto delle perdite sulla trasmissione delle unità principali montate. Quindi, se parliamo di Europa, allora questa procedura è regolata dalla Direttiva 80/1269/CEE, adottata per la prima volta nel lontano 1980 e da allora regolarmente aggiornata.

COS'È LA COPPIA?

Ma se la potenza, come si dice in America, aiuta le auto a vendere, allora la coppia le fa avanzare. Si misura in newton metri (N∙m), ma la maggior parte dei conducenti non ha ancora un'idea chiara di questa caratteristica del motore. Nella migliore delle ipotesi, la gente comune sa una cosa: maggiore è la coppia, meglio è. Quasi come il potere, vero? È proprio così che "N∙m" differisce da "hp".?

In realtà, sono quantità correlate. Inoltre, la potenza è un derivato della coppia e della velocità del motore. Ed è semplicemente impossibile considerarli separatamente. Sapere: per ottenere la potenza in watt, è necessario moltiplicare la coppia in Newton metri per il numero attuale di giri dell'albero motore e un fattore di 0,1047. Vuoi una potenza familiare? Nessun problema! Dividi il risultato per 1000 (quindi ottieni kilowatt) e moltiplica per un fattore di 1,36.

In termini tecnici, la potenza si riferisce a quanto lavoro può fare un motore per unità di tempo. Ma la coppia caratterizza il potenziale del motore per svolgere proprio questo lavoro. Mostra la resistenza che può superare. Ad esempio, se l'auto appoggia le ruote su un marciapiede alto e non può muoversi, la potenza sarà zero, poiché il motore non esegue alcun lavoro: non c'è movimento, ma la coppia si sviluppa. Dopotutto, in quel momento, fino a quando il motore non si spegne per lo sforzo, la miscela di lavoro si brucia nei cilindri, i gas premono sui pistoni e le bielle cercano di mettere in rotazione l'albero motore. In altre parole, il momento senza potere può esistere, ma il potere senza momento non può. Cioè è “N∙m” il principale “prodotto” del motore, che produce convertendo l'energia termica in energia meccanica.

Se tracciamo analogie con una persona, "N∙m" riflette la sua forza e "hp" - resistenza. Ecco perché il movimento lento motori diesel in virtù della loro caratteristiche del progetto di solito abbiamo sollevatori di pesi - ceteris paribus, possono trascinarsi di più su se stessi e superare più facilmente la resistenza sulle ruote, anche se non così rapidamente. Ma è più probabile che i motori a benzina ad alta velocità siano corridori: reggono peggio il carico, ma si muovono più velocemente. In generale, c'è una semplice regola di leva: vinciamo in forza, perdiamo in distanza o velocità. E viceversa.

Come si esprime in pratica? Prima di tutto, devi capire che sono le curve di coppia e potenza (insieme, non separatamente!) sulla cosiddetta caratteristica di velocità esterna del motore che ne riveleranno le vere capacità. Prima viene raggiunto il picco di spinta e più tardi viene raggiunto il picco di potenza, il motore migliore adattato ai loro compiti. Facciamo un semplice esempio: un'auto si muove su una strada pianeggiante e improvvisamente inizia a salire. La resistenza sulle ruote aumenta, così che a parità di alimentazione di carburante, la velocità comincerà a diminuire. Ma se la caratteristica del motore è competente, la coppia, al contrario, inizierà a crescere. Cioè, il motore stesso si adatterà all'aumento del carico e non richiederà al conducente o all'elettronica di passare a una marcia inferiore. Il passo è passato, inizia la discesa. L'auto ha iniziato ad accelerare: l'elevata trazione non è più così importante qui, un altro fattore diventa critico: il motore deve avere il tempo di produrla. Cioè, il potere viene alla ribalta. che può essere regolato non solo Rapporti di trasmissione nella trasmissione, ma aumentando il regime del motore.

Qui è opportuno ricordare i motori delle auto da corsa o delle motociclette. A causa dei volumi di lavoro relativamente piccoli, non possono sviluppare una coppia record, ma la capacità di girare fino a 15 mila giri e oltre consente loro di produrre una potenza fantastica. Ad esempio, se un motore convenzionale a 4000 giri/min fornisce 250 Nm e, di conseguenza, circa 143 CV, a 18000 giri/min potrebbe già produrre 640,76 CV. Impressionante, vero? Un'altra cosa è che le tecnologie "civili" non sempre riescono a raggiungere questo obiettivo.

E, tra l'altro, a questo proposito, i motori elettrici hanno una caratteristica vicina all'ideale. Sviluppano i "metri Newton" massimi sin dall'inizio, quindi la curva di coppia diminuisce dolcemente con l'aumentare della velocità. Allo stesso tempo, il grafico della potenza aumenta progressivamente.

Penso che tu abbia già capito: nelle caratteristiche di un'auto, non sono importanti solo i valori massimi di potenza e coppia, ma anche la loro dipendenza dai giri. Ecco perché ai giornalisti piace così tanto ripetere la parola "scaffale" - quando, ad esempio, il motore produce un picco di spinta non in un punto, ma nell'intervallo da 1500 a 4500 giri / min. Dopotutto, se c'è una fornitura di coppia, è probabile che manchi anche la potenza.

Tuttavia, il miglior indicatore della "qualità" (chiamiamola così) del ritorno di un motore automobilistico è la sua elasticità, cioè la capacità di guadagnare slancio sotto carico. Si esprime, ad esempio, in accelerazione da 60 a 100 km/h in quarta marcia o da 80 a 120 km/h in quinta - questi sono test standard in industria automobilistica. E può capitare che qualche moderno motore turbo con elevata trazione ai bassi regimi e un ampio ripiano di coppia dia una sensazione di ottima dinamica in città, ma in autostrada nei sorpassi risulterà peggiore dell'antico motore aspirato con caratteristica più favorevole non solo della coppia, ma anche della potenza ...