Вітаю читають!
У сьогоднішньої теми хочу підняти деякі аспекти «будівництва» двигунів. Взяв слово будівництва в лапки, бо мова піде про налаштування. Останнім часом читаю БЖ деяких товаришів - розкрутив (налаштував) двигун до 10.000 об / хв, потужність до небес, ресурс - одна гонка. УПС!
У чому ж справа? Як двигуни Формули 1 крутяться до 20.000 об / хв? Які параметри треба враховувати при налаштуванні двигуна щоб зберегти баланс потужність-ресурс? Ось про це і хочу поговорити сьогодні.
Для прикладу розглянемо кілька двигунів. І якщо вже наша марка Мітсубісі, то і посилатися будемо на двигуни Мітсубісі. Але все нижческазане відноситься до будь-якого двигуна. Уточнити - до будь-якого чотирьохтактному двигуну.
Отже. Один з найважливіших параметрів потужності це обороти двигуна. Поясню популярно як зав'язані обертів у формулі потужності. Потужність показує яка робота проведена за одиницю часу.
Де N - потужність, А - робота, t - час.
Робота виражається в Джоулях, час у секундах, потужність у Ватах.
Роботу - виділяється тепло, ми чіпати не будемо. Умовно, робота (виділяється тепло) однаково в кожному циклі згорання, приймемо це за константу для простоти. Тобто, виходячи з формули потужності, робота постійна величина, як збільшити потужність? Значить треба зменшити час. Деякі товариші кажуть, час не піддається зміні. Це не зовсім так в фізичних формулах. а вірніше зовсім не так. Будь-параметр можна змінювати. Простий приклад. Чотиритактний двигун при 1000 об / хв
1000 об / хв ділимо на 60 секунд.
1000/60 = 16.6 (оборотів в секунду)
Тепер можна дізнатися скільки часу потрібно на цикл. Секунду ділимо на 16.6 оборотів. Так як значення виходять крихітні, то секунду розбивають на мілісекунди (тисячна частина секунди).
1000 / 16.6 = 60.2 (мс)
І так як за один оборот відбувається два цикли, то отриманий результат ділимо на два.
Тобто один цикл на 1000 об / хв дорівнює 30 мс. Результат округляв.
Тепер подивимося те ж саме на 6000 об / хв.
6000/60 = 100 (оборотів в секунду)
1000/100 = 10 (мс)
10/2 = 5 (мс)
Таким чином, на 6000 об / хв довжина циклу становить 5 мс.
Як бачите, при натисканні на педаль газу, у фізичній формулою потужності змінився параметр часу. Було 30мс на цикл, став 5мс на цикл. Потужність зросла.
Тобто судячи з формулою можна розкрутити мотор до божевільних величин і отримати неймовірну потужність. Що в принципі і роблять інженери. Але не можна нескінченно розкручувати мотор. Тут вступають інші закони. Я не чіпаю процеси сумішоутворення, бо зі зменшенням часу циклу все важче і важче заповнити циліндр сумішшю.
Всі ви уявляєте що є двигун і які процеси в ньому відбуваються. Якщо перефразувати, що є обороти для двигуна? Це зворотно поступальні рухи поршня перетворені в обертання коленвала. Таким чином, поршень проходить якийсь шлях від ВМТ до НМТ і назад за один оборот. Цей шлях можна порахувати і обчислити швидкість поршня в певний момент часу. А від цього вже обчислити до якої міри можна підвищити обороти без шкоди для двигуна.
Для обчислення нам потрібно знати хід поршня в мм і перевести його в метри. Наприклад: двигун 4G69 хід поршня 100мм або 0.1м.
Для обчислення швидкості поршня є формула
V = (C x g) / 30
де
V - швидкість поршня
З - хід поршня в метрах
g - обороти в хвилину
30 - постійна величина. (Це півхвилини. Можна вказувати 60, але треба збільшувати в 2 рази хід поршня, бо за 1 оборот поршень робить 2 руху)
Підставляємо значення 0.1м в формулу і наприклад на 6000 об / хв отримуємо швидкість поршня 20 м / с
(0.1 х 6000) / 30 = 20 м / с
За цією формулою можна порахувати швидкість поршня будь-якого двигуна на будь-які обороти. Ось тут то і виходить один з найбільш важливих питань. До якої міри можна розкрутити мотор? Критична швидкість дорівнює 23 м / с.
Після цього багато разів зростає знос і ризик руйнування мотора. Це швидкість для сучасних моторів. Раніше вона була ще нижче. Запитайте як же крутяться двигуни формули один під 20.000 об / хв. По-перше, 20-22 тисячі крутилися тільки 12 циліндрові мотори. Коли їх заборонили, то більше 19.000 об / хв не крутяться, а то і ще менше.
(0.037 х 19.000) / 30 = 23.4 м / с
При цьому врахуйте, що формульні мотори використовують двухколечную систему поршнів. Але тим не менш, швидкість поршня в критичних моментах не перевищує 24-25 м / с.
Ще раз повторюся, критична швидкість для трехколечного поршня 23 м / с.
Можете сперечатися і наводити аргументи, але це на даний момент не переборна величина. Її можна перевищити звичайно, але двигун не живе довго. Ресурс буде обчислюватися буквально хвилинами.
З вишенаписанное формули можна вивести іншу формулу
де
g - обороти двигуна
V - швидкість поршня (м / с) (ми взяли максимум 23м / с)
З - хід поршня (м)
30 - постійна величина.
Таким чином підставляючи хід поршня 4g69 (0.1м) в формулу отримуємо
23 х 30 / 0.1 = 6900 об / хв
Тобто критична швидкість для 4g69 це 6900 об / хв. Ви можете порахувати будь-який мотор. Для прикладу кілька двигунів Мітсубісі і критичні оберти:
4g63 хід поршня 88 мм (2л) 4 цил - 7840 об / хв
4g69 хід поршня 100 мм (2.4л) 4 цил - 6900 об / хв
6a13 хід поршня 80.8мм (2.5л) 6 цил - 8540 об / хв
6g75 хід поршня 90 мм (3.8л) 6 цил - 7666 об / хв
8а80 хід поршня 96.8 (4.5л) 8 цил - 7128 об / хв
Як бачите, чим більше циліндрів при однаковому обсязі, тим вище обороти можна розвинути.
На самому початку згадав про те що це відноситься до чотиритактним двигунам. Чому? Та тому що двотактники заткнуть за пояс будь-четирехтактніков і по оборотам і по літровій потужності, в тому числі двигуни Формули 1. Для прикладу, двигуни гоночної серії Кz і KF в картингу розвивають швидкість поршня 35 м / с і потужність 65 к.с. при обсязі 125см3, при цьому літрова потужність становить 520к І це без будь-яких турбо або чарджеров, чисто атмосфера.
Наступного разу розглянемо низ двигуна, а саме корінні і шатунні шийки. Як розрахувати обороти, який зв'язок між оборотами і тиском на опору, і чому задирає вкладиші при справному маслонасоса?
Всім миру.