Automobilio variklis įprastai apibūdinamas skaičiais - svarbiausia galia, sukimo momentas, degalų sąnaudos, bet visada pažymimas ir darbinis tūris. Nors vidaus degimo varikliai po truputį išeina iš mados ir asmeninio transporto laukia elektrinė ateitis, burzgiantys automobiliai per naktį tikrai niekur nedings. Ateityje bus įdomu prisiminti, kokių įvairių vidaus degimo variklių buvo sukurta.
Kas yra variklio darbinis tūris?
Vidaus degimo variklis dažnai apibūdinamas pagal jo darbinį tūrį. Pavyzdžiui, „Audi R8“ turi 5,0 litrų V10 variklį, o štai „Lamborghini Aventador SVJ“ turi 6,5 litrų V12. Tie litrai - tai variklio darbinis tūris, nors jį galima išmatuoti ir kitais mato vienetais - kubiniais coliais ar centimetrais. Štai motorolerio variklis yra visai mažas, todėl jam apibūdinti geriau tinka kubiniai centimetrai - 45 cm³ atrodo aiškiau ir tvarkingiau nei 0,045 l. Automobilių varikliai įprastai matuojami litrais, bet anksčiau amerikiečiai naudojo ir kubinius colius.
Priešingai nei teigia kai kurie apibrėžimai, variklio darbinis tūris nėra visų cilindrų tūrių suma. Ne visas cilindro tūris yra darbinis - dalį užima stūmoklio korpusas. Darbinis tūris yra tik ta cilindro dalis, kuri, vaizdžiai tariant, mato stūmoklio darbinį paviršių. Tai - maksimali erdvė, kurią cilindre gali užimti dujos. Variklio darbinis tūris - visų cilindrų darbinio tūrio suma. Tiesa, į jį įprastai neįtraukiama degimo kamera - nedidelė zona cilindro gale, kurioje uždegamas suslėgtas degalų ir oro mišinys.
Atkreipkite dėmesį, kad oranžine spalva žymima cilindro dalis, kurią užima atsitraukusio stūmoklio darbinis paviršius. Ta cilindro dalis, kurią užima atsitraukusio stūmoklio korpusas, galima sakyti, neatlieka darbo.
Darbinio tūrio apskaičiavimas
Stūmoklinių variklių darbinis tūris
Vieno cilindro darbinis tūris gali būti apskaičiuojamas naudojant paprastą formulę, kurią tikriausiai prisimenate iš mokyklinės matematikos: e * π * r², kur e - stūmoklio eiga (judesio amplitudės ilgis), r - cilindro pjūvio spindulys, o π - na, pi. Tą dydį padauginę iš cilindrų skaičiaus, gausime bendrą variklio darbinį tūrį. Kaip matote, variklio darbinis tūris priklauso ne nuo bendro cilindrų ilgio (jo net nėra formulėje), o nuo stūmoklio eigos.
Įdomu tai, kad didesnis darbinis tūris nebūtinai reiškia, kad variklis bus fiziškai didesnis. Ne vienas gamintojas savo variklio galią didino išgręždamas didesnio skersmens cilindrus tame pačiame bloke. Pavyzdžiui, „Lamborghini Countach LP5000 Quattrovalvole“ turi 5,2 litrų variklį, kuris buvo sukurtas modifikuojant 4,8 litrų variklį iš LP500 S.
Rotorinių variklių darbinis tūris
Ne visi vidaus degimo varikliai yra stūmokliniai. Pavyzdžiui, rotoriniai varikliai neturi nei stūmoklių, nei cilindrų, bet ir jie yra apibūdinami per darbinį tūrį. Panašiai kaip ir stūmoklinio variklio atveju, rotorinio variklio darbinis tūris yra erdvė, kurią, vaizdžiai tariant, glosto rotoriaus darbiniai paviršiai.
Rotorinio variklio darbinį tūrį įmanoma apskaičiuoti pagal rotoriaus išmatavimus. Formulė atrodo taip: 3 * (30,5 * s * r² * (o/r)). Čia r - rotoriaus spindulys (atstumas nuo centro iki vienos viršūnės), s - rotoriaus storis, o - ofsetas (ekscentriškumas). Gautą skaičių padauginame iš variklio rotorių skaičiaus ir gausime bendrą variklio darbinį tūrį. Pavyzdžiui, „Mazda RX-8“ rotoriaus spindulys - 105 mm, ofsetas - 15 mm, storis - 80 mm. Sudėję šiuos skaičius į formulę gausite 654,7 cm³, o RX-8 turi du rotorius - štai jums ir 1,3 litrų variklis (apytiksliai 1309 cm³, o „Mazda“ skaičiuoja 1304 cm³).
Svarbu paminėti, kad yra ir daugiau skirtingų vidaus degimo variklių tipų - turboventiliatoriniai, turboveleniniai ir kiti - bet jie neapibrėžiami per darbinį tūrį.
Variklio darbinio tūrio įtaka ir reikšmė
Galia ir sukimo momentas
Galia - tai greitis, kuriuo variklis gamina energiją, o sukimo momentas - jėga, kuria jis perduoda energiją ratams. Kuo didesnis darbinis tūris, tuo daugiau degalų variklis gali sudeginti per ciklą ir tuo didesnę galią bei sukimo momentą jis gali sukurti.
Variklio galia didinama trimis pagrindiniais būdais: didinant darbo tūrį (cilindrų skaičių, jų skersmenis), alkūninio veleno sūkių dažnį ir slėgį (naudojant turbokompresorinį pripūtimą su tarpiniu oro aušinimu).
Kuro sąnaudos ir išmetamųjų teršalų kiekis
Kuro sąnaudos - tai degalų kiekis, kurį variklis sunaudoja per tam tikrą atstumą arba darbo laiką. Išmetamosios dujos - tai kenksmingos medžiagos, kurios iš transporto priemonės išmetimo sistemos patenka į atmosferą. Darbinis tūris tiesiogiai veikia šiuos rodiklius, nes didesnis tūris dažnai reiškia didesnį degalų suvartojimą ir atitinkamai didesnį išmetamųjų teršalų kiekį.
Istorinės tendencijos ir pavyzdžiai
Istorijoje buvo sukurta daugybė įvairių vidaus degimo variklių. Didžiausiu variklio darbiniu tūriu automobilių pramonės istorijoje gali pasigirti amerikiečių automobilis „Cadillac V-16“. Jis buvo išleistas 1930 m. Jo variklis turėjo 16 cilindrų, sudarytų iš dviejų V formos aštuoniukių, o jo tūris siekė 7,4 litro.
Mažiausias variklio darbinis tūris automobilių pramonės istorijoje buvo 1979 m. pagamintame japoniškame automobilyje „Suzuki Alto“. Jo variklis buvo trijų cilindrų ir 543 cm³ darbinio tūrio. „Volkswagen“ 3 metus gamino unikalų W8 variklį, o rotorinių variklių mėgėja „Mazda“ tokią jėgainę montavo ir į autobusus.
Šiuolaikinės variklių darbinio tūrio mažinimo tendencijos ir iššūkiai
Transporto priemonių variklių darbinis tūris visą laiką stabiliai mažėjo, tai geriausiai matoma stebint paskutinio dešimtmečio tendencijas. Mažesni, taupesni ir lengvesni varikliai padėjo įvykdyti savanorišką automobilių gamintojų įsipareigojimą Europos Sąjungai iki 2008 m. į aplinką išmetamo anglies dvideginio kiekį sumažinti iki 140 g/km. 2003 m. šis rodiklis siekė 163 CO2 g/km.
Turbokompresorių vaidmuo
Turbokompresorius (turbina) - tai iš esmės variklio išmetamosiomis dujomis varomas siurblys, į degimo procesą paduodantis papildomą oro kiekį, taip leisdamas padidinti variklio galingumą - juk bet kokį kuro kiekį reikia sumaišyti su atitinkamu oro kiekiu. Pagrindinis turbinos privalumas yra tai, kad jos pagalba galima padidinti mažų variklių galią, dėl to vietoj didesnių įprastinių variklių gamintojams atsiranda galimybė naudoti mažesnio darbinio tūrio turbininius agregatus. Be to, naudojant turbokompresorių, ženkliai sumažėja CO2 tarša.
Turbokompresorius nuo ankstyvų 1990-ųjų jau turėjo beveik visi Europoje parduodami dyzeliniai automobiliai, tuo tarpu tarp benzininių agregatų 2005 metais turbininiai varikliai užėmė tik 8-10% rinkos. 2010 metais - bemaž 30%. Tobulinant turbokompresorius ir variklius, didinant apkrovas, kuro bei turbokompresoriaus slėgį, tobulinant kuro įpurškimo tikslumą bei tūkstančių procesų per sekundę skaičiavimo efektyvumą, atsirado galimybė mažus variklius paversti tokiais pat galingais, kokie seniau buvo tik didieji varikliai.
Štai keletas pavyzdžių, iliustruojančių šią tendenciją:
- Formulės-1 variklių darbinio tūrio istorija - trumpai: 2000 m. - 3.0L V12, 2006 m. - 2.4L V8.
- 2005 m. galingiausias benzininis „liaudies automobilis“ VW Passat turėjo 3.6L FSI atmosferinį variklį, turintį 220kW / 350Nm.
- 2012 m. BMW 3.0L turbodyzelinių variklių chronologija:
- 1998 m.: 30d 135kW / 390Nm. Vienas turbokompresorius. Kuro slėgis: iki 1600 bar. Turbinos slėgis - iki 1.1-1.15 bar.
- 2010 m.: 40d modelis, du turbokompresoriai. 225kW / 600Nm. Kuro slėgis: iki 2000 bar. Turbinų slėgis - iki 1.95-2.1 bar.
- 2013 m.: M50d, trys turbokompresoriai. Įspūdingi 280kW / 740 Nm. Kuro slėgis: iki 2200 bar.
- 2012 - 2015 m. „Ford“ pristato 1.0L 3 cilindrų Ecoboost, „Volkswagen“ - 1.0L TSI, „Renault-Nissan“ - 0.9 TCe benzininius variklius, atiduodami duoklę ekonomiškų, dinamiškų benzininių miesto variklių rinkos plėtrai.
Mažo darbinio tūrio variklių problemos
Pagrindinis mažų ir sąlyginai galingų variklių pristatymo rinkai tikslas buvo maksimaliai sumažinti kuro sąnaudas bei taršą, išlaikant pakankamą galingumą. Laboratorinis variklių testavimo standartas - NEDC (New European Driving Cycle) buvo sukurtas dar 1980 metais. Deja, laboratorijose atliekamų testų rezultatai dažnai skiriasi nuo bandymų realiomis sąlygomis: tai įrodė WLTP (Worldwide Harmonised Light Vehicle Test Procedure) - naujasis automobilių taršos ir kuro sąnaudų matavimo standartas, įsigaliojęs 2017 m.
Blogiausius CO2 emisijų rezultatus, lyginant su deklaruojamais, parodė būtent mažieji varikliai, realiomis sąlygomis dirbantys gerokai didesnėmis apkrovomis, nei didesnio darbinio tūrio varikliai, lengviau „susitvarkantys“ su užduotimis. WLTP standarto pasekmės palietė ne tik mažuosius variklius: gamintojams teko pakeisti kai kurių variklių programinę valdymo įrangą taip, kad „tilptų“ į naujuosius reikalavimus. Rezultate - nukentėjo variklių dinaminės savybės. Puikus pavyzdys - „vėluojantys“ naujieji „Audi 2.0 / 3.0 TDI“ varikliai.
Gamintojai palaipsniui atsisako mažiausių savo variklių ir koncentruojasi ties labiau pasiteisinusių didesnių dyzelinių bei benzininių variklių tobulinimu. „Technologijos, kurias naudojome variklių darbinio tūrio mažinimui, nebeleis mums atitikti ateities taršos reikalavimų.“ Metų metais gamintojai trumparegiškai taikėsi prie Europos Sąjungos CO2 taršos reikalavimų, mažindami variklių darbinį tūrį, tuo pačiu pridėdami turbokompresorius prarastam galingumui kompensuoti. Trijų cilindrų, 1L tūrio nesiekiantys varikliai „Golf“ klasės automobiliuose tapo normaliu reiškiniu.
Modernūs mažieji varikliai greičiau susidėvi bei turi mažiau galios, didesni - dažniausiai ne tokie ekonomiški, tačiau tarnauja ilgiau. Pavyzdžiui, modernūs mažieji (iki 1.5L) turbo benzininiai varikliai statistiškai dažnai genda nuo ~100.000 km. Euro6 taršos standartą atitinkančių automobilių variklių patikimumas - itin ribotas, lyginant su senesnės kartos varikliais. Daugelio automobilių gamintojų prioritetai paskutinį dešimtmetį stipriai keitėsi: nuo patikimumo - link taršos sumažinimo bet kokia kaina, dažnai - variklių tarnavimo tiek, kiek galioja garantija.
Kaip pasirinkti tinkamą variklio darbinį tūrį?
Automobilio variklio darbinis tūris turi įtakos automobilio eksploatacinėms savybėms, ekonomiškumui ir patikimumui. Lengvojo automobilio variklio darbinis tūris - tai visų cilindrų, kuriuose deginami degalai ir generuojama mechaninė energija, tūrių suma. Norint suprasti, kuris variklio darbinis tūris yra geresnis, verta įvertinti tiek didelio, tiek mažo darbinio tūrio variklių privalumus ir trūkumus.
Didelio darbinio tūrio variklių privalumai ir trūkumai
Didelio darbinio tūrio varikliai pasižymi:
- Didelė galia ir sukimo momentas.
- Mažas sukimosi greitis.
- Konstrukcijos ir priežiūros paprastumas (paprastai mažiau dalių ir elektronikos).
Tačiau didelio darbinio tūrio varikliai taip pat turi trūkumų:
- Jiems eksploatuoti reikia daugiau degalų, o tai didina eksploatavimo išlaidas ir daro neigiamą poveikį aplinkai.
- Šie varikliai užima daug vietos po variklio dangčiu, dėl to tampa sunkiau pasiekti kitus mazgus ir agregatus.
- Jie kainuoja brangiau nei mažesni varikliai ir kai kuriose šalyse jiems taikomi didesni mokesčiai.
Mažo darbinio tūrio variklių privalumai ir trūkumai
Mažo darbinio tūrio variklių privalumai ir trūkumai dažniausiai yra priešingi didelio tūrio variklių savybėms. Jie yra ekonomiškesni, ekologiškesni (realiomis sąlygomis - ne visada) ir kompaktiškesni, tačiau gali būti sudėtingesni, mažiau patikimi ilguoju laikotarpiu ir pasižymėti mažesne galia be papildomų sistemų, pvz., turbokompresorių.
Svarbiausi kriterijai renkantis
Kokio tūrio automobilio variklį geriau pasirinkti - tai individualus klausimas kiekvienam potencialiam automobilio savininkui. Atsižvelkite į šiuos veiksnius:
- Automobilio naudojimo paskirtis. Jei automobilį planuojama naudoti kelionėms po miestą, tiks mažo arba vidutinio darbinio tūrio variklis. Jis bus ekonomiškas ir automobilį bus lengva vairuoti. Jei automobilis bus naudojamas kelionėms greitkeliu, verta rinktis didesnį arba vidutinio dydžio variklį.
- Automobilio savininko biudžetas ir pageidavimai. Jei potencialus pirkėjas turi nedaug lėšų arba nori sutaupyti automobilio eksploatacijai, jam tiks mažos arba vidutinės apimties variklis. Jis bus pigesnis įsigyjant ir prižiūrint. Jei lėšos neribojamos arba potencialus automobilio savininkas nori patirti kuo didesnį vairavimo malonumą, verta rinktis didesnio tūrio variklį.
- Automobilio eksploatavimo sąlygos. Jei potencialus pirkėjas gyvena regione, kuriame yra geri keliai ir geras klimatas, jis gali rinktis bet kokio darbinio tūrio variklį. Jei būsimasis automobilio savininkas gyvena regione, kuriame blogi keliai ir klimatas, jam tiks didesnis arba vidutinio dydžio variklis.
Aklai nesekite mados ar stereotipų. Nemanykite, kad kuo didesnis variklio darbinis tūris, tuo geresnis automobilis. Taip pat nesivadovaukite priešingu stereotipu apie mažo variklio darbinio tūrio modelius. Kiekvienas tūris turi savo privalumų ir trūkumų. Palyginkite ne tik variklio darbinį tūrį, bet ir kitus parametrus. Variklio darbinis tūris - ne vienintelis parametras, lemiantis automobilio eksploatacines savybes. Taip pat svarbu atsižvelgti į variklio tipą, cilindrų skaičių, galią, sukimo momentą, degalų sąnaudas, išmetamųjų teršalų kiekį, svorį, matmenis ir kitus veiksnius. Jei nesate tikri dėl savo pasirinkimo arba jums reikia daugiau informacijos apie skirtingus automobilių variklių darbinius tūrius, nedvejodami kreipkitės į specialistus arba žmones, turinčius patirties vairuojant skirtingus automobilius.
tags: #automobilio #variklio #darbinis #turis