как узнать радиус поршня

Калькулятор расчета рабочего объёма двигателя внутреннего сгорания

Рабочий объем цилиндра представляет собой объем находящийся между крайними позициями движения поршня.

Формула расчета цилиндра известна еще со школьной программы – объем равен произведению площади основания на высоту. И для того чтобы вычислить объем двигателя автомобиля либо мотоцикла также нужно воспользоваться этими множителями. Рабочий объём любого цилиндра двигателя рассчитывается так:

h — длина хода поршня мм в цилиндре от ВМТ до НМТ (Верхняя и Нижняя мёртвая точка)

r — радиус поршня мм

п — 3,14 не именное число.

Как узнать объем двигателя

Для расчета рабочего объема двигателя вам будет нужно посчитать объем одного цилиндра и затем умножить на их количество у ДВС. И того получается:

Vдвиг = число Пи умноженное на квадрат радиуса (диаметр поршня) умноженное на высоту хода и умноженное на кол-во цилиндров.

Поскольку, как правило, параметры поршня везде указываются в миллиметрах, а объем двигателя измеряется в см. куб., то для перевода единиц измерения, результат придется разделить еще на 1000.

Заметьте, что полный объем и рабочий, отличаются, так как поршень имеет выпуклости и выточки под клапана и в него также входить объем камеры сгорания. Поэтому не стоит путать эти два понятия. И чтобы рассчитать реальный (полный) объем цилиндра, нужно суммировать объем камеры и рабочий объем.

Определить объем двигателя можно обычным калькулятором, зная параметры цилиндра и поршня, но посчитать рабочий объем в см³ нашим, в режиме онлайн, будет намного проще и быстрее, тем более, если вам расчеты нужны, дабы узнать мощность двигателя, поскольку эти показатели напрямую зависят друг от друга.

Расчет объема ДВС калькулятором

Чтобы посчитать объем интересующего вас двигателя нужно внести 3 цифры в соответствующие поля, — результат появится автоматически. Все три значения можно посмотреть в паспортных данных автомобиля или тех. характеристиках конкретной детали либо же определить, какой объем поршневой поможет штангенциркуль.

Таким образом, если к примеру у вас получилось что объем равен 1598 см³, то в литрах он будет обозначен как 1,6 л, а если вышло число 2429 см³, то 2,4 литра.

Длинноходный и короткоходный поршень

Также замете, что при одинаковом количестве цилиндров и рабочем объеме двигателя могут иметь разный диаметр цилиндров, ход поршней и мощность таких моторов так же будет разной. Движок с короткоходными поршнями очень прожорлив и имеет малый КПД, но достигает большой мощности на высоких оборотах. А длинноходные стоят там, где нужна тяга и экономичность.

Следовательно, на вопрос «как узнать объем двигателя по лошадиным силам» можно дать твердый ответ – никак. Ведь лошадиные силы хоть и имеют связь с объемом двигателя, но вычислить его по ним не получится, поскольку формула их взаимоотношения еще включает много разных показателей. Так что определить кубические сантиметры двигателя можно исключительно по параметрам поршневой.

Зачем нужно проверять объем двигателя

Чаще всего узнают объем двигателя когда хотят увеличить степень сжатия, то есть если хотят расточить цилиндры с целью тюнинга. Поскольку чем больше степень сжатия, тем больше будет давление на поршень при сгорании смеси, а следовательно, двигатель будет более мощным. Технология изменения объема в большую сторону, дабы нарастить степень сжатия, очень выгодна — ведь порция топливной смеси такая же, а полезной работы больше. Но всему есть свой предел и чрезмерное её увеличение грозит самовоспламенением, вследствие чего происходит детонация, которая не только уменьшает мощность, но и грозит разрушением мотора.

Часто задаваемые вопросы

В чем измеряется объем двигателя?

Объем двигателя измеряется в кубических сантиметрах (см3), но в документации часто пишется именно в литрах (л.). 1000 кубических сантиметров равны 1 литру. Единица самого точного измерения объема именно куб сантиметры, поскольку, когда объем двигателя автомобиля указывается в литрах, то производится округление до целого числа после запятой. Например, объем 2,4 л. равны 2429 см3.

Какая формула рабочего объем цилиндра двигателя?

Рабочий объем цилиндра двигателя равен произведению числа Пи (3.1415) на квадрат радиуса основания и на высоту хода в нем поршня. Сама формула объема цилиндра ДВС в куб. сантиметрах выглядит так: Vраб = π⋅r²⋅h/1000

Как измерить объем двигателя автомобиля?

Объем двигателя – это сумма рабочих объемов всех его цилиндров, соответственно, необходимо сначала узнать какой объем одного цилиндра, а затем умножить на их количество. Объем цилиндра вычисляют, умножив высоту на квадрат радиуса и число «Пи». Но, чтобы измерить именно рабочий объем цилиндра в двигателе, за высоту нужно брать длину хода поршня от НМТ до ВМТ, а радиус можно померить также линейкой, узнав сначала диаметр цилиндра. Такой метод измерения возможен только при снятой головке либо заведомо известных параметрах.

Объем двигателя 1.8 л. в см3

При конверсии метрической единица объема равной 1,8 литра, то в куб. см это будет 1800 см³, но если это касается именно объема двигателя, то он может варьироваться так как производитель, указывая объем 1.8, округляет значение от того что измеряется в см3. То есть это может быть, как 1799, так и 1761, и даже 1834. Следовательно, какой объем двигателя 1.8 в см³, можно узнать лишь из технической характеристики конкретного автомобиля.

Источник

R/S двигателя — пояснение и реальный пример

Добрый день, уважаемые любители автомобилей.

В этой записи мы продолжим рассматривать геометрию ДВС, а конкретнее поговорим об отношении длины шатуна к ходу поршня (Rod length / Stroke ratio по-английски отсюда и сокращенно R/S). Хочу отметить, что этой теме среди так называемых любителей тюнинга отведена отдельная «мифическая» глава, потому что каждый из них трактует параметр R/S и на что он влияет по-своему, и что примечательно, с разными выводами!

Почему же так происходит? Дело в том, уважаемый читатель, что отношение R/S не является интуитивным параметром в дизайне двигателя. В этом блоге мы не будем полагаться на спекуляции и чьи либо мнения, а самостоятельно расчитаем и рассмотрим на реальном примере свойства R/S. В идеале, для рассмотрения эффекта R/S нам нужно изолировать этот параметр в уравнении. Вопрос, как это сделать? Что же, есть вопрос, есть и ответ. Посмотрим еще раз внимательно на Рис. 1 из предыдущей части. (Продублирован ниже). Мы можем найти мгновенное расстояние между осью коленвала и осью поршневого пальца «s«, как функцию от мгновенного угла проворота коленчатого вала, куда входят константы l и a. Напомню, что a = 2L для любого двигателя. Отсюда мы и получим ту самую связку l и L. Здесь нет ничего выдающегося, это простая геометрия на уровне 7-го класса. R/S мы рассмотрим через мгновенную скорость, для этого нам нужно найти ds/dt (продифференцировать по времени). Скорость = расстояние/время.

Для тех, кто рассуждает об R/S без вычислений на данном этапе лежит первый камень предкновения — функция скорости поршня нелинейна! Это значит, что при движении вниз (от ВМТ до НМТ) поршень разгоняется, а затем замедляется в одном такте, после чего он разгоняется вверх от НМТ и замедляется к ВМТ. За 360 градусов (один проворот коленчатого вала) поршень совершает две мгновенных остановки, одну в ВМТ и одну в НМТ, соответственно, где его скорость на какие-то доли секунды равна нулю. Представив все это в уме, одновременно анализируя изменения констант l и a дело не легкое, согласитесь.

Доказательство вывода мгновенной скорости поршня приведено внизу этой записи (Рис. 8) — отложим пока его в сторону. Для того, чтобы мы были «на одной волне» при рассмотрении реального примера необходимо сказать пару слов по поводу мощности и момента. Этой теме я отведу отдельную запись, где поясню подробно что такое работа, различные кпд и тд. Пока что нам надо условиться, что мощность и момент связаны друг с другом. Крутящий момент измеряется усилием на плечо, (на реальном двигателе с помощью динамометра), обычно в еденицах [N.m].
Brake Power (мощность) связана с моментом через угловую скорость, назовем «omega», где
omega = 2*pi*N.
Выше, N — обороты двигателя в секунду. pi — число ‘пи’ 3.14159265…
Из этого следует, что мощность выраженная через момент, W(brake power) = omega*T = 2*pi*N*T

Есть еще такое понятие как «mean effective pressure» (mep) — показатель некоего среднего давления в цилиндре. Ни смотря на то, что расчитанное усредненное давление «brake mean effective pressure» (bmep) показатель весьма условный он дает представление об общей эффективности двс при практическом сравнении определенных классов двс.
bmep может находится как через мощность так и через момент, нет абсолютно никакой разницы.
Для примера,
bmep = 2*pi*T*nr / Vd;
где nr = 2 для 4-х тактного мотора и nr = 1 для двухтактного мотора, а Vd объем
Аналогично,
bmep = / ;
где W(brake power)

Теперь перейдем к самому интересному. Я специально подбирал двс от одного производителя, максимально похожий по всем параметрам, за исключением R/S. Это должна была быть заводская конфигурация. Для примера взяты моторы Alfa Romeo Twin Spark 16V. Первый объемом 1.8 л и второй 2.0 л в их последнем поколении. Упомянутые 4-х цилиндровые моторы имеют 16 клапанов на цилиндр, идентичный впукной коллектор с изменяемым объемом, идентичные головки цилиндров с идентичными фазами ГРМ. Сравнительные параметры приведены в Таблице 1. Основные отличия между этими моторами в поршнях, (Рис. 2) коленчатом вале, наличием балансирных валов на версии 2.0 и небольшие отличия самого блока. Соответственно, различия, в основном, в ходе поршня. То, что надо!

Как видно из Таблицы 1, мотор 1.8 с геометрией цилиндра

0.99) обычно рассматривается, как более спортивный, оборотистый мотор, имеет R/S

1.75, в то время как более объемный 2-х литровый обладает длинно-ходовой характеристикой (B/S

1.59. Прошу заметить, что оба мотора имеют одинаковую длину шатуна = 145 мм.

Из Таблицы 1 видно, что bmep при максимальном моменте выше для двигателя 1.8, 11.72 бара против 11.55 бара у двухлитрового и в пиковой мощности тенденция сохраняется 10.9 против 10.7. Для лучших атмосферных двигателей, таких как F1 (в прошлом) и американский NASCAR Сup, значения bmep при пиковой мощности находятся в районе 14 — 15 баров. Как показывает практика, планка в 14 баров обычно недостижима для бензинового атмосферного двигателя, с типичной степенью сжатия где присутствует требования к бюджету и надежности.

Вернемся к R/S. На Рис. 3 я построил кривую скорости для двух двигателей, которую мы вывели ранее, для пиковой мощности. По абсциссе располагаются углы проворота коленчатого вала «Crank Angles» C.A. и по оси ординат скорость поршня в [m/s]. На Рис. 3 видно, что пиковая скорость достигается до 90 градусов, а конкретнее 75 градусов проворота для 1.8 и 74 градуса для 2.0. Для данных R/S мы видим, что поршень разгоняется несимметрично относительно середины проворота коленчатого вала в 90 градусов. Еще, мы видим, что при максимальной мощности, пиковая скорость поршня выше для 2-х литрового двигателя.

Отсюда возникает интересный вопрос:«как отличается амплитуда скорости по сравнению с неким эталоном?» Давайте возьмем за эталон уже упомянутые мельком двигатели формулы 1 и NASCAR Cup. Данные, которые есть для атмосферного мотора примерно 10-ти летней давности хорошо подойдут для сравнения. И так, у F1 2.4л V8, длина шатуна 102 mm, ход 39.77, просто огромнейшее отношение R/S = 2.56, пиковая мощность достигается примерно на 19250 об/мин и составляет 750 bhp и весьма скромным моментом 290 N.m на 17000 об./мин. преимущественно из-за маленького радиуса коленвала. У двигателя Cup 5.86л V8, длина шатуна 157.48 mm, ход 82.55, отношение R/S = 1.91. Максимальная мощность достижима при 9000 об./мин. и составляет >800 bhp, пик крутящего момента при 7500, более чем в два раза превышает F1. Посмотрим на скорости поршня при максимальной мощности на Рис. 4 и сравним с нашим 2.0 литровым примером.

Оба гоночных двигателя существенно превышают максимальную скорость поршня нашего 2-х литрового мотора, при этом поршни в F1 достигают такой внушительной максимальной скорости за счет высоких оборотов. Ускорения в ВМТ для F1 будут огромными, чтобы совершать такой рывок который позволит разогнать поршень до максимальной скорости за считанные милиметры. Предъявляемое качество к изготовлению деталей которые бы выдерживали такие нагрузки не требует дополнительных комментариев. Оба гоночных двигателя имеют R/S выше, чем наш 2.0 twin spark и пик максимальной скорости завален ближе к 90 градусам, конкретнее 76.5 для Cup и 80 градусов для F1. Все же нас больше интересует разница между нашими выбранными моторами. Часто, показывают нормализованную характеристику со средней скоростью поршня (для каждого случая своя). Это делается для того, чтобы избавится от привязки к оборотам двигателя. Рис. 5 иллюстрирует данное сравнение.

Посмотрим, что будет при изменении R/S и при всех других одинаковых параметрах на нашем моторе. Рис. 6 показывает, что при увеличении отношения R/S график становится более симметричным, пиковое значение смещается ближе к 90 градусам и амплитуда пика уменьшается. Если наоборот, уменьшать R/S, градиент нарастания скорости увеличивается, пиковое значение смещается ближе к ВМТ и амплитуда пика увеличивается. R/S меньше 1.3 не возможен из-за геометрических данных, сделав длину шатуна короче в блоке, сохраняя прежний ход. По мимо этого, вторичные ускорения выростают при уменьшении R/S. Также, завод изготовитель учитывает градиент нарастания скорости, где R/S неизбежно повлияет на импульс при всасывании топливо-воздушной/воздушной смеси в цилиндр, так и на нарастание объема и площади при горении.

Обсудим и ускорение. Первичное ускорение обладает наибольшей амплитудой с зеркально максимальными значениями в НМТ и ВМТ, как показано синей кривой на Рис. 7. Важно проверять ускорения в предельно нагруженных режимах, при наибольшей проектировочной скорости поршня (в красной зоне). Вторичное ускорение добавляет в ВМТ и компенсирует в НМТ. Это значит, что наибольшая нагрузка на шатуны именно в ВМТ. (На растягивание нагрузки опаснее, чем на сжатие). При малом R/S вторичное ускорение увеличвается, это вызвано более выраженным боковым отклонением большого конца шатуна. Следственно, могут повышаться вибрации. Иногда сумарное ускорение не имеет пика в НМТ, а до и после как показано на Рис. 7. Это один из признаков возможного возникновения вибраций. При R/S > 2.0 минимум лежит ровно в 180.

Заключение
В данной записи наглядно показано влияние R/S на характеристику скорости поршня рассматриваемых двух двс. На мой взгляд, инженеры Альфа Ромео пытались вносить изменения, которые бы, с одной стороны, помогли использовать идентичную впускную систему и головку блока, что они и сделали, а также лонично и внесение в конструкцию балансировочных валов на 2-х литровой версии в связи со снижением R/S. Более легкие поршни на 2-х литровой версии тоже весьма позитивный момент, учитывая их возросшие скорости.

Источник

Радиус кривошипа: определение и расчет

Двигатель внутреннего сгорания и другие конструкции, в состав которых входит кривошип, характеризуются достаточно высокой сложностью. Рассматриваемый элемент конструкции характеризуется довольно большим количеством особенностей, среди которых отметим радиус. Для того чтобы понять принцип действия и многие другие параметры детали следует рассмотреть кривошип подробнее.

Устройство КШМ

Схема стандартного кривошипа представлена сочетанием различных элементов, которые и обеспечивают передачу с перенаправлением вращения. Они следующие:

Все эти детали расположены в двигателе в блоке цилиндров. Полезная КПД находится в обширном диапазоне, может быть достаточно большим. Рассматривая чертеж следует уделить внимание тому, что все элементы должны точно позиционироваться относительно друг друга.

Поршень

Важным элементом механизма зачастую становится поршень. Это связано с тем, что во время движения поршня создается требуемое давление. Особенностями назовем следующие моменты:

Для обеспечения требуемой степени герметизации на этой детали делают несколько проточек, предназначение которых заключается в расположении герметизирующих колец.

Шатун

Еще одним важным элементом можно назвать шатун. Его предназначение заключается в связи поршня и коленвала. За счет этого обеспечивается передача механического действия. Ключевыми особенностями назовем следующее:

В месте непосредственного контакта шатуна с коленчатым валом находится шатунная шейка. Нижняя часть выполнена в разъемном виде, за счет чего можно провести демонтаж.

Коленчатый вал

Устанавливается вал кривошипа в механизме для второго этапа преобразования энергии. За счет этого элемента есть возможность провести превращение поступательного движения поршня в возвратно-поступательное. Стоимость подобного изделия довольно высока, так как он обладает сложной геометрией. Радиус кривошипа также зависит от различных моментов. Особенности вала следующие:

При изготовлении этого элемента применяется сталь, которая характеризуется высокой устойчивостью к нагреву и механическому воздействию.

Маховик

У двигателя также есть маховик, который является важным конструктивным элементом. Сред особенностей отметим:

Маховик должен иметь точные размеры, так как даже незначительные отклонения могут привести к серьезным последствиям. Он устанавливается для выполнения различных функций.

Блок и головка блока цилиндров

Все детали расположены в герметичном корпусе, который называется блоком. Его размеры характеризуются высокой точностью, есть охлаждающий пояс. Для облегчения конструкции и эффективного отвода тепла применяется алюминий.

Головка блока цилиндров накрывает основную часть. Она позволяет проводить обслуживание при необходимости. При ее изготовлении также применяется металл с небольшим весом. В верхней части есть отверстия для подключения других узлов, а также отвода продуктов горения.

Какими параметрами определяется ход поршня

Выделяют достаточно большое количество различных признаков, по которым проводится определение хода поршня. Среди особенностей отметим:

Двигатель работает в несколько тактов, за счет чего обеспечивается сгорания топлива и отведение продуктов горения. Ход устройства также определяется двумя мертвыми точками.