Диаметр цилиндра и ход поршня

Диаметр цилиндра и ход поршня — ключевые показатели ДВС, которые указывают на рабочий объем силового агрегата.

Первый дает сведения порасстоянию между парой находящихся друг напротив друга стенок цилиндров, а второй — дистанцию, которую поршень преодолевает от верхней до нижней мертвой точки. Ниже разберемся, что дают эти параметры, какие бывают виды моторов с этой позиции, в чем их особенности, и какой лучше всего.

Что дает соотношение хода поршня к диаметру цилиндра

Отношение поршневого хода к диаметру цилиндра ДВС (аспектное соотношение) — показатель, необходимый для установления точных параметров мотора. Обозначается как «R/S», где «R» — поршневой ход, а «S» — диаметр цилиндра. Соотношение вычисляется как отношение R к S.

С этой позиции выделяется три типа моторов:

1. Поршневой ход и диаметр цилиндра равны (R/S около 1). Такие двигатели обеспечивают хорошую мощность и крутящий момент на всех оборотах.
2. Длинноходные (R/S больше 1). Поршневой ход больше диаметра цилиндра. Такие силовые агрегаты гарантируют высокий момент вращения на низких оборотах, но имеют меньшую мощность.
3. Короткоходные (R/S меньше 1). Поршневой ход меньше диаметра. Такие ДВС имеют высокую мощность на повышенных оборотах, но и меньший крутящий момент.

Аспектное отношение влияет на ряд характеристик:

• Объем цилиндра. Вычисляется по формуле V = π * (S/2)^2 * R, где V — объем цилиндра, π — число «пи» (приближенно 3,14), S — диаметр, R - ход поршня. Большее аспектное отношение приводит к большему объему ДВС.
• КПД. Параметрможет влиять на эффективность агрегата. В общем случае моторы с меньшим аспектным отношением (большим диаметром цилиндра по отношению к ходу поршня) имеют tendtohavehigherefficiency.
• Крутящий момент и мощность.ДВС с разными значениями площади поверхности цилиндра и хода могут иметь разное распределение упомянутых выше параметров при разных оборотах.

Выбор соотношения R/S зависит от назначения ДВС. Для авто с хорошей динамикой разгона и тягой на низах используется соотношение R/S больше 1. Для машин с максимальной скоростью применяетсяR/S менее 1.

Примеры соотношения R/S:

• легковые авто — 0,8-1,1;
• спорткары — 1,1-1,3;
• грузовики — 1,2-1,5;
• мотоциклы — 1,2-1,5.

Средняя скорость поршня

Упомянутых показатель в ДВС считается как отношение поршневого хода ко времени движения. Формула для расчета средней скорости поршня выглядит так: Ход поршня (S) / Время хода. Например, для ДВС срабочим ходом поршня 10 см и частотой вращения коленвала 6000 мин-1 V равна:0,1 * 6000 / 30 = 20 м/с.

Рассмотренный параметр влияет на работу ДВС и его эффективность. Высокая средняя скорость ведет к более интенсивному смешиванию горючей смеси в цилиндре, что способствует лучшей эффективности. Высокая средняя скорость может увеличить механические нагрузки на мотор и требует более прочной конструкции. Параметр меняется в зависимости от конструкции ДВС, его назначения и режима. 

Выбор зависит от назначения двигателя. Для спортивных машин используется более высокая V поршня, чтобы обеспечить достаточную мощность. Для обычных применяется более низкий параметр, чтобы обеспечить надежность и долговечность.

Примеры:

1. легковые машины —10-15 м/с;
2. спорт-кары — 15-20 м/с;
3. грузовики — 10-15 м/с.

Короткоходные моторы

Короткоходные моторы — ДВС, у которых отношение хода поршня к диаметру (R/S) меньше 1. Это означает, что поршень двигается на ограниченное расстояние внутри цилиндра по сравнению с диаметром.

Особенности:

• Высокие обороты.Короткий ход позволяет поршню двигаться быстрее, что полезно для увеличения мощи при высокооборотистой езде.
• Меньший крутящий момент. Характерен для низких оборотов по сравнению с длинноходнымиверсиями.
• Повышенная мощность. За счет высоких оборотов и возможности прироста «лошадей» моторы часто используются в спортивных автомобилях и других карах, где требуется мощь.
• Меньшее крутящее усилие на коленвалу, что снижает нагрузку на механические компоненты.
• Меньшие размеры и вес. Особенность конструкции позволяет уменьшить габариты ДВС и использовать его в соответствующей технике.
• Снижение потребления горючего. Обусловлено меньшими оборотами мотора.

Минусы:

• Низкий крутящий момент на небольших оборотах, что важно для динамичных авто.
• Повышенный износ деталей и необходимости замены.

Такие ДВС часто встречаются на мотоциклах, спортивных машинах и гибридных авто. Последний фактор обусловлен меньшим потреблением горючего и более высоким КПД.

Длинноходные моторы

Длинноходные моторы —ДВС, у которых отношение поршневого хода к диаметру превышает «1». Особенности:

• Больший момент вращения на низких оборотах. Из-за длинного хода такие ДВС обладают хорошим крутящим моментом на минимальных оборотах, что полезно для тяжелых нагрузок и для движения на низких скоростях.
• Низкие обороты. Моторы часто работают с минимальной оборотистостью, что полезно для долгой службы и снижения износа ДВС. Меньшие обороты сопровождаются минимальной мощностью в сравнении с короткоходнымиагрегатами.

Минусы:

• Минимальная мощность на больших оборотах.
• Чрезмерные размеры и вес, что ограничивает сферу использования.

Длинноходные моторы применяются в транспортных средствах, грузовиках, с/х и строительной технике, где требуется высокий крутящий момент и надежность.

«Квадратные» моторы

Такие ДВС называют «квадратными» из-за близкого к 1 соотношения R/S. Иными словами диаметр равен высоте цилиндра. Это означает, что поршень перемещается почти так же далеко, какой у него диаметр. Такие моторы имеют ряд характеристик:

• Отличный баланс между мощностью и крутящим моментом.
• Хорошая управляемость и отклик двигателя.
• Возможность использования в различных типах автомобилей и приложениях.
• Надежность, что обусловлено простой конструкцией.

Недостатки:

• Малая мощность на высоких оборотах.
• Редкость применения.

Такие моторы чаще всего устанавливаются на авто или двухколесной технике среднего класса.

Особенности дизелей

Дизельные агрегаты, как и бензиновые, имеют различные соотношения между диаметром цилиндра и поршневым ходом в зависимости от конструктивного решения и назначения. В сравнении с бензиновыми агрегатами дизели имеют различные особенности:

• Меньшие обороты. Дизельные ДВС часто имеют более длинный ход поршня и, следовательно, меньший диаметр цилиндра по сравнению с бензиновыми собратьями. Это связано с природой дизельного цикла, который оптимален для работы на низких и средних оборотах, где длинный ход способствует хорошему моменту.
• Высокий момент вращения. Длинный поршневой ход и больший объем цилиндра позволяют дизельным ДВС обеспечивать высокий крутящий момент на низких оборотах, что делает их подходящими для техники, требующей большой мощности: грузовики, суда и некоторые промышленные машины.
• Низкая максимальная мощность. Дизели могут иметь меньшую предельную мощность по сравнению с бензиновыми ДВС, так как они обычно работают на низких и средних оборотах и не достигают таких высоких показателей, как у бензиновых.
• Экономичность. Дизельные ДВС более экономичны по топливу, благодаря повышенному среднему КПД на низких и средних оборотах.
• Высокая степень сжатия. Параметр значительно выше, чем у бензинового ДВС. Это означает, что воздух в цилиндре сжимается до более высокой температуры перед впрыском горючего. При такой температуре горючее само зажигается, что повышает эффективность.
• Прямой впрыск топлива. В дизелях горючее подается напрямую в камеру сгорания, а не в впускной коллектор, как в бензиновых ДВС. Это позволяет точно дозировать ДТ и обеспечивает полное сгорание.
• Более низкий уровень выбросов. Дизельные моторы, оснащенные современными системами очистки выхлопных газов, соответствуют строгим экологическим нормам.

Существует множество различных конструкций дизельных двигателей, и соотношение может различаться в зависимости от назначения, производителя и других факторов.

Какие все-таки лучше?

Выбор между короткоходными, длинноходными и «квадратными» ДВС зависит от ряда аспектов, включая требования, назначение и условия применения. При этом нет однозначного ответа, какой тип мотора лучше, так как каждый имеет индивидуальные преимущества и недостатки.

Короткоходные моторы:

• подходят для авто, где важны высокие обороты и максимальная мощность, например, в спорткарах;
• гарантируют высокую производительность, но при этом менее экономичны по топливу;
• часто используются в авто, где высокие обороты важны, таких как автогонки.

Длинноходные ДВС:

• обеспечивают оптимальный момент вращения на низких оборотах, что полезно для грузовиков, с/х и строительного транспорта;
• более экономичны по топливу на низких оборотах;
• подходят для авто, где необходим крутящий момент и долгая служба.

«Квадратные» двигатели:

• обеспечивают хороший баланс между мощностью и крутящим моментом, а также управляемостью;
• могут использоваться в различных типах автомобилей;
• эффективны на уровне средних оборотов.

Кроме рассматриваемого соотношения существует множество других параметров и характеристик: тип топлива, конструкция, системы управления и иные факторы, влияющие на производительность и экономичность. Выбор зависит от конкретных потребностей и требований.