ДИНАМИЧЕСКИЕ КАЧЕСТВА АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
При покупке автомобиля помимо его дизайна и интерьера салона будущего владельца несомненно интересуют и динамические качества приобретаемого транспортного средства. Последние во многом зависят от технических характеристик двигателя, установленного на автомобиле.
Наиболее объективную оценку динамических качеств автомобильного двигателя можно получить при анализе его внешней скоростной характеристики. Внешняя скоростная характеристика представляет собой зависимость показателей работы двигателя (мощности, крутящего момента, коэффициента наполнения цилиндров, удельного эффективного расхода топлива и др.) от частоты вращения коленчатого вала (KB) при неизменном положении органа управления, обеспечивающем максимальную подачу топлива в цилиндры.
Важным параметром автомобильного двигателя, позволяющим оценить устойчивость его режима при работе по внешней скоростной характеристике, является коэффициент приспособляемости ( ). Значение определяется отношением максимального крутящего момента к номинальному крутящему моменту, развиваемому двигателем на номинальной мощности при номинальной частоте вращения КВ. Особенно заметно значимость этого параметра проявляется в случае преодоления автомобилем крутых подъемов. Чем больше значение , тем большее сопротивление движению может преодолеть автомобиль без переключения коробки передач на пониженную передачу. Важное значение при этом имеет и диапазон изменения частоты вращения KB, в котором двигатель устойчиво работает: чем больше этот диапазон, тем лучшими динамическими качествами обладает автомобиль, тем легче управление двигателем. Скоростной диапазон устойчивой работы двигателя оценивается скоростным коэффициентом ( ), представляющим собой отношение частоты вращения KB при максимальном крутящем моменте к номинальной частоте вращения. Отсюда следует, что чем больше диапазон устойчивой работы двигателя, тем меньше значение . Это означает, что при прочих равных параметрах сравниваемых автомобилей предпочтение следует отдать автомобилю, двигатель которого характеризуется меньшим значением .
Следует назвать и еще один важный показатель, который достаточно часто применяется для оценки динамических качеств легковых автомобилей, - это приёмистость. Под приёмистостью обычно понимается время разгона автомобиля с места до скорости 100 км/ч. Этот показатель во многом определяется значениями и , но, кроме того, он зависит от соотношения номинальной мощности двигателя и массы автомобиля. Чем меньше масса автомобиля, приходящаяся на единицу номинальной мощности двигателя, тем меньше времени требуется автомобилю для достижения указанной скорости. Очевидно, что приёмистость автомобиля с дизельным двигателем той же мощности, что и у бензинового, будет несколько хуже, так как удельная масса такого автомобиля больше. Заметим, что приёмистость отдельных спортивных автомобилей, подвергнутых тюнингу, оценивается временем менее 5 секунд.
Четверть века назад бензиновые автомобильные двигатели имели = 1,25...1,35, тогда как для дизельных двигателей были характерны значения = 1,05...1,15, при этом меньшие значения коэффициента приспособляемости имелись у двигателей с наддувом. Скоростной коэффициент для бензиновых двигателей составлял = 0,45...0,55, а для дизельных двигателей - соответственно = 0,55...0,70, достигая при высоком наддуве значения 0,8.
Для улучшения названных выше параметров автомобильных двигателей выполняют как в отдельности, так и комбинированно следующие основные мероприятия:
• подбор наиболее эффективных фаз газораспределения;
• использование волновых и инерционных явлений во впускном и выпускном тракте для улучшения очистки и наполнения цилиндров при работе двигателя в зоне максимального крутящего момента;
• регулирование давления наддува воздуха или топливо-воздушной смеси на впуске для двигателей с наддувом;
• увеличение цикловой подачи топлива с улучшением наполнения цилиндра при работе дизельного двигателя по скоростной характеристике в зоне максимального крутящего момента.
Следует заметить, что каждое из названных мероприятий в той или иной степени усложняет конструкцию двигателя, ухудшает его массо-габаритные показатели и увеличивает стоимость. Тем не менее, автомобильные фирмы для повышения конкурентоспособности своей продукции часто идут на увеличение затрат и считают их оправданными.
В таблицах 1.1 и 1.2 представлены расчетные значения и , полученные на основании опубликованных в последнее время данных для автомобилей нескольких ведущих фирм Германии. В табл. 1.1 для сравнения приведены данные также и по некоторым двигателям автомобилей ВАЗ и ГАЗ. В табл. 1.2 данные по отечественным двигателям не приведены по причине крайней скудности опубликованной информации.
Таблица 1.1
Показатели динамических качеств легковых автомобилей с бензиновыми двигателями
Фирма Марка автомобиля Марка двигателя Номин. МОЩНОСТЬ / частота вращения KB, кВт / (1/мин) Максим, момент/ частота вращения KB, Н.м/ (1/мин)
Бензиновые двигатели
AUDI ADR 1,8 92/5800 173/3950 1,142 0,681
АСЕ 2.0 103/5900 185/4500 1,110 0,763
ABC 2,6 110/5750 225 / 3500 1,232 0,609
ААН 2,8 128/5500 245 / 3000 1,102 0,545
АСК 2,8 142/6000 280/3200 1,239 0,533
AAN 2,2 169/5500 350/1900 1,194 0,345
BMW 3161 М43 75 / 5500 150/3900 1,152 0,709
31 8i М43 85 / 5500 168/3900 1,138 0,709
320i М52 110/5900 190/4200 1,070 0,712
325i М50 141 /5900 245 / 4700 1.074 0,797
328i М52 142/5300 280/3950 1,094 0,745
MERCEDES Е200 111.945 100/5500 190/3700 1.094 0,673
Е240 112.911 125/5900 225/3000 1.112 0.508
Е280 112.921 150/5700 270/3000 1,074 0,526
Е320 112.941 165/5600 315/3000 1,120 0.536
Е430 113.940 205 / 5750 400 / 3900 1,175 0.678
Е 55 AMG 113.980 260 / 5500 530/3000 1,174 0,545
VW Passat ААМ1.8 55/5000 140/2500 1,333 0.500
AFT 1,6 74 / 5800 140/3500 1,149 0,605
ADY2.0 85/5400 166/3200 1,104 0,593
ABF2.0 110/6000 180/4800 1,028 0,800
Passat VR6 ААА 2,8 128/5800 235 / 4200 1.115 0,724
ABV 2,9 135/5800 245 / 4200 1,102 0.724
ВАЗ BA3-2104 2105 1,3 47.0 / 5600 92/3400 1.148 0,607
BA3-21051 2101 1.2 43,2 / 5600 85/3400 1,154 0,607
BA3-21053 2103 1,5 52,3 / 5600 103,9/3400 1,165 0,607
BA3-21083 21083 1,5 52,6 / 5600 106.4/3400 1.188 0,607
ГАЗ ВОЛГА 4021.10 2,4 66,2 / 4500 172,6/2400 1,228 0.533
402.10 2,4 73,5/4500 182,4/2400 1,169 0,533
4101.10 2,9 80,9 / 4250 225,4/2500 1,240 0.588
4062.10 2,3 110,3/5200 206/4000 1,017 0769
Анализ показывает, что для большинства современных бензиновых двигателей легковых автомобилей зарубежного производства = 1,028... 1,333, тогда как для дизельных двигателей характерны значения = 1,100...1,344. Наблюдается очевидная тенденция уменьшения нижнего предела диапазона для бензиновых двигателей. Такой подход можно объяснить тем, что зарубежные легковые автомобили предназначены преимущественно для движения с высокой скоростью, и их двигатели имеют быстроходную регулировку (см. раздел 2). Применение в этих автомобилях автоматической коробки передач делает для водителя проблему своевременного переключения передач при возрастающем сопротивлении движению не столь актуальной.
В то же время для дизельных двигателей произошло увеличение как нижнего, так и верхнего предела диапазона до значений, характерных для бензиновых двигателей и даже превосходящих последние. Это стало возможным благодаря коррекции топливоподачи, совершенствованию смесеобразования и применению регулируемого турбонаддува.
Таблица 1.2
Показатели динамических качеств легковых автомобилей с дизельными двигателями
Фирма Марка автомобиля Марка двигателя Номин. мощность / частота вращения KB, кВт/ (Шин) Максим, момент / частота вращения KB, Н.м /(1/мин)
Дизельные двигатели
AUDI А4, А6, 100 1.9TDI 66 / 4000 202/1900 1,282 0,475
1.9TDI 81/4150 225/1700 1,207 0,41
2.4 D 60 / 4400 164/2400 1,259 0,54
2.5 TDI 103/4000 290/1900 1,179 0,475
BMW 318tds M41 66/4400 190/2000 1,327 0,455
325td M51 85/4800 222/1900 1,313 0,396
325tds M51 105/4800 260/2200 1,245 0,458
MERCEDES Limousine, T-Modell E220 Diesel 70/5000 150/3100 1,122 0,62
E290Turbo-D 95/4000 300/1800 1,323 0,45
E300 Diesel 100/5000 210/2200 1,100 0,44
E300Turba-D 130/4400 330/1600 1,170 0,364
VW Passat 1Y1.9 48 / 4400 140/2200 1,344 0,500
AAZ1.9 55/4200 140/2200 1,200 0,524
RA/SB1.6 59 / 4500 155/2600 1,241 0,578
1Z1.9 66 / 4000 202/1900 1,282 0,475
AFN1.9 81/4150 235/1900 1,261 0,458
Значения скоростного коэффициента для современных бензиновых двигателей находятся в диапазоне = 0,345 ... 0,800, а для дизельных соответственно = 0,364 ... 0,620. Сравнивая эти цифры с данными 25-летней давности, можно констатировать, что как для бензиновых, так и для дизельных двигателей удалось добиться почти одинакового расширения скоростного диапазона устойчивой работы (уменьшение нижнего предела ). Верхний предел скоростного коэффициента дизельных двигателей также понизился, тогда как для наиболее высокооборотных бензиновых двигателей отмечено сужение скоростного диапазона с возрастанием значения до 0,8. На основании приведенных данных можно констатировать, что современные дизельные двигатели легковых автомобилей по своим динамическим качествам фактически не уступают бензиновым.
Сказанное выше позволяет сделать вывод о том, что наметившиеся тенденции к расширению скоростного диапазона устойчивой работы автомобильных двигателей, а также применение на значительной их части быстроходной регулировки, сохранится и в ближайшем будущем. А это значит, что автолюбителей ждут встречи с новыми и интересными инженерными решениями, направленными на дальнейшее совершенствование динамических качеств автомобильных двигателей.