Крутящий момент и мощность являются основными характеристиками двигателя внутреннего сгорания. От этих параметров напрямую зависят динамические свойства автомобиля. Крутящий момент является показателем работы, а мощность — показателем выполнения работы. Инженеры, разрабатывающие двигатели всегда стремятся добиться оптимальных значений мощности и тяги. Чем раньше наступает максимум крутящего момента и чем позже пик мощности, тем шире диапазон возможностей двигателя. Вот о том, как рассчитывается мощность и крутящий момент дизельного двигателя, мы и поговорим в этой статье.
Крутящий момент дизельного двигателя
Шатун благодаря конфигурации коленчатого вала превращает возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Таким образом, сила, с которой расширяющаяся смесь газов давит на поршень, создает на кривошипе крутящий момент.
Развиваемый четырехтактным двигателем крутящий момент М определяется уравнением:
M = (Pc · Vh)/4π
где: Vh — рабочий объем двигателя, Pc — среднее эффективное давление на поршень, π = 3,14159.
Рис. 1.: а — кривая мощности. b — кривая крутящего момента. 1 — 1968 г. выпуска. 2 — 1998 г. выпуска. Mmax — максимальный крутящий момент. Рном — номинальная мощность. nном — номинальная частота вращения коленчатого вала.
Среднее эффективное давление у небольших дизелей с наддувом, применяемых на легковых автомобилях, достигает величины 8-22 бар. Для сравнения: бензиновые двигатели характеризуются уровнем среднего эффективного давления 7-11 бар. Максимальный крутящий момент М, который может развить двигатель, определяется его конструкцией (величиной рабочего объема, наличием системы наддува воздуха и т. д.). Соответствие крутящего момента условиям дорожного движения обеспечивается в основном изменением расходов воздуха, топлива и качеством смесеобразования. Крутящий момент возрастает с увеличением частоты и вращения коленчатого вала до максимальной величины крутящего момента Мmax (рис. 1 «Пример зависимости мощности и крутящего момента от частоты вращения коленчатого вала для дизелей рабочим объемом 2.2 л двух легковых автомобилей«). С дальнейшим повышением частоты вращения крутящий момент снова уменьшается. Модернизация двигателей направлена на то, чтобы максимальный крутящий момент развивался при частотах вращения менее 2000 мин-1, так как в этих границах расход топлива уменьшается, а езда становится более комфортной благодаря улучшению динамики разгона.
Мощность дизельного двигателя
Развиваемая двигателем мощность Р (работа, произведенная за определенное время) увеличивается с ростом крутящего момента М и частоты п вращения коленчатого вала:
Р = 2·π·n·M
На рис. 1а показано сравнение дизелей выпуска 1968 и 1998 годов с типичном зависимостью мощности от частоты вращения коленчатого вала. Мощность двигателя возрастает с увеличением частоты вращения до тех пор, пока не достигнет номинальной величины Рном при номинальной частоте nном. Характеристики мощности и крутящего момента двигателя внутреннего сгорания обуславливают необходимые в эксплуатации параметры коробки передач. Из-за более низких номинальных частот вращения коленчатого вала дизели (без наддува) имеют более низкую литровую мощность, чем бензиновые двигатели. Современные дизели для легковых автомобилей поддерживают номинальную частоту вращения коленчатого вала в диапазоне 3500-5000 мин-1.
РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:
