поршень

Замок любви экономного автослесаря

Влияние диаметра цилиндра и хода поршня на характер двигателя

Сперва немного лирики: 

======

Производители не могут повышать мощность двигателей путем простого увеличения объема сразу по нескольким причинам:

-Требования к общему объему двигателя

-Законы, ограничивающие доступ к определенным объемам в зависимости от возраста и опыта вождения у водителей

-Стоимость страхования аппаратов с двигателями большего объема

-И еще черт знает какие

Кроме того, производители вынуждены убеждать потребителя, что их двигатель заданного объема лучший, а самый надежный способ добиться этого - превзойти конкурентов по скорости, динамике и внешнему виду. Есть несколько факторов, которые влияют на то, какова будет полученная от двигателя мощность, в первую очередь к этим факторам относят диаметр цилиндра и ход поршня.

======

Для простоты и условной точки отсчета мы воспользуемся конструкцией двигателя, в которой диаметр цилиндра равен ходу поршня. Назовем такую конструкцию "квадратной". Если увеличить ход и уменьшить диаметр до получения заданного объема двигателя, то полученная схема будет носить название "длинноходной", в то время как в другом предельном варианте может использоваться большой диаметр в комбинации с небольшим ходом для получения так называемой "короткоходной" схемы двигателя.

Длинноходная конструкция

Длинноходный двигатель отличается пологой характеристикой крутящего момента в широком диапазоне частот вращения двигателя. Крутящий момент является следствием достаточно большого плеча рычага, на котором прилагается усилие от длинного шатуна, и именно это позволяет длинноходному двигателю развивать высокое тяговое усилие при низких частотах вращения Если нарисовать кривую крутящего момента, то можно было бы отметить его незначительное увеличение по мере роста частоты вращения двигателя с достижением максимума, после которого момент начинает понижаться. Учитывая то, что двигатель наиболее эффективно работает при максимальном крутящем моменте, становится очевидным, что желательно иметь максимально пологую характеристику крутящего момента. В этом отношении длинноходный двигатель превосходит другие. Где длинноходный двигатель проигрывает, так это в общем запасе мощности, измеряющемся в эффективной мощности. Она очень мала при низких частотах вращения двигателя, резко возрастает по кривой и снижается только при очень высоких скоростях. Для получения максимальных мощностных показателей необходим двигатель, работающий с максимально возможной частотой вращения, и в этом случае длинный ход менее удобен: высокая скорость поршня налагает ограничение, при превышении которого происходит или повреждение, или ускоренный износ двигателя, а это, в свою очередь, ограничивает запас располагаемой мощности

Короткоходная конструкция

Короткоходный двигатель может работать при более высоких скоростях, чем длинноходный того же объема, и, следовательно, за определенный промежуток времени происходит большее количество рабочих ходов (повышается мощность). Недостаток заключается в том, что меньший ход означает уменьшение плеча рычага коленчатого вала, а это, в свою очередь, приводит к менее пологой характеристике крутящего момента. Таким образом, короткоходные двигатели более мощные, но в узком диапазоне частот вращения двигателя. 

Компромисс

Как вы,  догадывались, наилучший вариант - в компромисс между двумя этими крайностями, а именно - "квадратный" двигатель, описанный ранее. На практике многие современные мотоциклетные двигатели близки к "квадратной" схеме с небольшими отклонениями, обусловленными конкретными требованиями к их использованию. Хотя с популярностью спортбайков число короткоходных двигателей возросло, для того чтобы обеспечить потребителей тем уровнем мощности, который им хочется иметь на бумаге

Вот график зависимости мощности двигателей разных схем в зависимости от количества оборотов:

Красная кривая – характеристика «короткоходного» двигателя: высокая мощность в узком диапазоне высоких оборотах
Зеленая кривая – характеристика «длинноходного» двигателя: мощность и крутящий момент достигает при не высоких оборотах, внушительная эластичность двигателя
Черная кривая – «золотая середина» «квадратного» двигателя.