Цилиндры. Что вы должны знать?
Должны ли у маленькой машины быть 2 цилиндра, а у большой машины 12? Будет ли трех- или четырехцилиндровый двигатель лучше для той же модели? Ни на один из этих вопросов нет четкого ответа.
Тема количества цилиндров в двигателях легковых автомобилей время от времени всплывает и каждый раз вызывает широкие споры. В основном это происходит тогда, когда возникает некий общий «цилиндрический» тренд. У нас сейчас один — тянущийся к трех-, а то и двухцилиндровым двигателям, которых несколько десятков лет практически не было на рынке. Интересно, что уменьшение числа цилиндров относится не только к дешевым и массовым автомобилям, аналогично и в более высоких классах. Конечно, есть еще автомобили, которых это не касается, ведь количество цилиндров в них является одним из определяющих престижа.
Решение о том, сколько цилиндров будет у двигателя конкретного автомобиля, принимается на этапе проектирования автомобиля. Обычно подкапотное пространство подготовлено для двигателей с разным количеством цилиндров, хотя бывают и исключения. Размер автомобиля в данном случае имеет первостепенное значение. Привод должен быть достаточно мощным, чтобы обеспечить автомобилю соответствующую динамику, и в то же время достаточно экономичным, чтобы не выделяться на фоне конкурентов и соответствовать экологическим требованиям. А вообще известно – у маленькой машины мало цилиндров, а у большой – много. Но насколько конкретно? Смотря, в настоящее время предполагается, что их как можно меньше.
Крутящий момент, необходимый для создания движущей силы на опорных катках, создается в каждом из цилиндров. Поэтому их необходимо принять достаточное количество, чтобы получить хороший компромисс между динамикой и экономикой. В современных двигателях считается, что оптимальный рабочий объем одного цилиндра составляет примерно 0,5-0,6 см3. Таким образом, двухцилиндровый двигатель должен иметь объем примерно 1,0–1,2 литра, трехцилиндровый — 1.5–1.8, а четырехцилиндровый — не менее 2.0.
Однако конструкторы «спускаются» ниже этого значения, беря даже 0,3-0,4 л, главным образом для того, чтобы добиться меньшего расхода топлива и меньших габаритов двигателя. Более низкий расход топлива является стимулом для клиентов, меньшие размеры означают меньший вес и меньшее потребление материалов, а, следовательно, более низкие производственные затраты. Если вы уменьшите количество цилиндров, а также уменьшите их размер, вы получите огромный выигрыш в крупносерийном производстве. Также для окружающей среды, поскольку автомобильные заводы требуют меньше материалов и энергии.
Откуда берется оптимальная емкость одного баллона 0,5-0,6 л? Балансируя определенные ценности. Чем больше цилиндр, тем больше крутящий момент он будет производить, но он будет медленнее. Вес компонентов, работающих в цилиндре, таких как поршень, поршневой палец и шатун, будет больше, поэтому их будет труднее привести в движение. Увеличение скорости будет не таким эффективным, как в маленьком цилиндре. Чем меньше цилиндр, тем легче добиться высоких оборотов, потому что массы поршня, поршневого пальца и шатуна малы и легче разгоняются. Но маленький цилиндр не создаст большого крутящего момента. Следовательно, необходимо принять определенное значение рабочего объема одного цилиндра, чтобы оба этих параметра были удовлетворительными в повседневном использовании.
Если принять одноцилиндровый рабочий объем 0,3-0,4 л, то придется как-то «компенсировать» нехватку мощности. Сегодня это обычно делается с нагнетателем, обычно турбокомпрессором или турбокомпрессором, и механическим компрессором для достижения более высокого крутящего момента на низких и средних оборотах. Наддув позволяет «нагнетать» большую дозу воздуха в камеру сгорания. С ним двигатель получает больше кислорода и более эффективно сжигает топливо. Крутящий момент увеличивается, а вместе с ним и максимальная мощность, величина, вычисляемая на основе крутящего момента двигателя и числа оборотов. Дополнительным оружием конструкторов является непосредственный впрыск бензина, позволяющий сжигать обедненные топливно-воздушные смеси.
Такие небольшие двигатели, 2-х или 3-х цилиндровые, с рабочим объемом 0.8-1.2, превосходят четырехцилиндровые двигатели не только меньшими габаритами, но и меньшим механическим сопротивлением и более быстрым выходом на рабочую температуру. Это связано с тем, что с каждым «разрезанным» цилиндром количество деталей, необходимых для нагрева, а также для перемещения и создания трения, уменьшается. Но у двигателей меньшего размера с меньшим количеством цилиндров тоже есть серьезные проблемы. Наиболее важным является технологическое усложнение (непосредственный впрыск, наддув, иногда двойная подзарядка) и существенно снижающийся с ростом нагрузки КПД. Вот почему они экономичны при спокойной езде в диапазоне низких и средних оборотов. В идеале с принципами эко-вождения, как предлагают даже некоторые производители. Когда вождение становится быстрым и динамичным, а двигатель часто выходит на высокие обороты, расход топлива увеличивается в геометрической прогрессии. Бывает, что на уровень выше, чем у безнаддувных моторов с большим рабочим объемом, большим количеством цилиндров и сравнимой динамикой.
Редакция рекомендует:
– Фиат Типо. 1.6 Тест экономичной версии MultiJet
– Эргономика салона. От этого зависит безопасность!
– Впечатляющий успех новой модели. Очереди в салоны!
Неудивительно, что некоторые пытаются найти другие пути к той же цели. Например, используется несколько забытая идея отключения определенных цилиндров. При малых нагрузках на двигатель, особенно при движении с постоянной скоростью, потребность в мощности незначительна. Маленькому автомобилю для постоянной скорости 50 км/ч требуется всего 8 л.с. для преодоления сопротивления качению и аэродинамического сопротивления. Cadillac впервые использовал цилиндры отключения в своих двигателях V8 в 1981 году, но быстро отказался от этого. Затем у Корветов, Мерседесов, Джипов и Хонд были «съемные» цилиндры. С точки зрения экономики эксплуатации идея очень интересная. При низкой нагрузке на двигатель некоторые цилиндры перестают работать, в них не подается топливо и отключается зажигание. Двигатель V8 становится либо V6, либо даже V4.
Теперь идея была реализована в четырехцилиндровом. В последнем издании дополнительные элементы, отключающие два из четырех цилиндров, весят всего 3 кг, а доплата за систему составляет 2000 злотых. Поскольку преимущества, связанные со снижением расхода топлива, невелики (примерно 0,4-0,6 л/100 км, при постоянной медленной езде до 1 л/100 км), предполагается, что для поглощения требуется почти 100 XNUMX км пути. дополнительные расходы. Однако стоит отметить, что отключение цилиндров не противоречит фактическому уменьшению числа цилиндров. В «отключенных» цилиндрах питание и зажигание отключены, а клапана не работают (остаются закрытыми), но поршни еще работают, создавая трение. Механическое сопротивление двигателя остается неизменным, поэтому при усреднении выигрыш в экономии топлива столь мал. Вес узла привода и количество элементов, которые необходимо изготовить, собрать и довести до рабочей температуры при работе двигателя, не уменьшаются.
Однако динамика и экономика – это еще не все. Культура и звук двигателя тоже во многом зависят от количества цилиндров. Не все покупатели могут терпеть звук двухцилиндрового или трехцилиндрового двигателя. Тем более, что большинство водителей с годами привыкли к звуку четырехцилиндровых двигателей. Немаловажно и то, что, проще говоря, большее количество цилиндров способствует культуре работы двигателя. Это связано с разным уровнем уравновешенности кривошипно-шатунных систем приводных агрегатов, создающих значительные вибрации, особенно в рядных двух- и трехцилиндровых системах. Чтобы исправить ситуацию, конструкторы используют балансировочные валы.
Четырехцилиндровые в плане вибраций ведут себя намного приличнее. Вероятно, скоро мы сможем забыть о сравнительно популярных двигателях, почти идеально сбалансированных и работающих «бархатно», таких как V-образные «шестерки» с углом цилиндра 90º. На смену им, вероятно, придут меньшие по размеру и более легкие четырехцилиндровые двигатели, на радость любителям «урезания» цилиндров, или так называемого «уменьшения размеров». Посмотрим, как долго прекрасно работающие двигатели V8 и V12 будут защищать себя в эксклюзивных седанах и купе. Уже есть первые примеры перехода в следующем поколении модели с VXNUMX на VXNUMX. Бесспорным кажется только положение двигателей в суперспортивных автомобилях, где можно насчитать даже шестнадцать цилиндров.
Ни один цилиндр не уверен в завтрашнем дне. Стремление к снижению затрат и экологии сегодня навязчиво, так как это приводит к снижению расхода топлива и снижению выбросов углекислого газа. Просто более низкий расход топлива на самом деле является лишь теорией, зафиксированной в циклах измерений и используемой в целях утверждения. А в жизни, как в жизни – бывает по разному. Тем не менее, трудно уйти от тенденций рынка. Автомобильные аналитики прогнозируют, что к 2020 году 52% производимых в мире двигателей будут иметь рабочий объем 1,0–1,9 литра, а те, что до 150 л.с., будут довольствоваться только тремя цилиндрами. Будем надеяться, что никому не придет в голову идея построить одноцилиндровый автомобиль.
