Тормозное усилие двигателя

Трение и т.д.

Подумайте обо всех движущихся частях двигателя: для перемещения поршней, клапанов, валов и ремней уже требуется энергия из-за трения. Зависимость между числом оборотов в минуту и этой энергией не линейна: если увеличить число оборотов в два раза, мощность обычно увеличится более чем в два раза.
Агрегаты тоже потребляют энергию, и говорят, что трансмиссия забирает 10–20 % мощности двигателя.

Итак, если двигатель не сжигает топливо, это приводит к торможению автомобиля.

У меня нет ни цифр, ни оценок мощности торможения, вызванного этим эффектом. Это также во многом зависит от конструкции и дизайна всего двигателя и трансмиссии.

Тормозная мощность бензиновых двигателей

Я бы сказал, что вы можете оценить тормозную мощность, обусловленную сжатием:

Давайте представим, что во впускном коллекторе бензинового двигателя создаётся абсолютный вакуум, и посмотрим, что происходит в течение четырёх тактов:

1. (Впуск) Поршень движется вниз, преодолевая давление окружающего воздуха в картере. Это требует определённого количества энергии.


2. (Сжатие) Поршень движется вверх, и, поскольку давление окружающей среды действует снизу, двигатель получает энергию обратно.


3. (Сгорание) Это процесс, обратный второму такту, поэтому он компенсирует прирост энергии, полученный в результате этого такта.


4. (Выпускной клапан) Когда поршень находится в нижнем положении, выпускной клапан открывается, и воздух поступает из выхлопной системы. Когда поршень движется вверх, этот воздух снова выпускается. Однако разница в давлении над и под поршнем не так велика, поэтому существенной потери или прироста энергии не происходит.

Итак, в итоге общая «потерянная» энергия — это энергия, необходимая для того, чтобы один раз опустить поршень против давления окружающей среды.

Эта энергия равна E=p*V где p — давление окружающей среды, а V — вытесненный объём.
При 1000 об/мин двигатель совершает 16,6 оборотов в секунду, или 8,3 такта впуска (на цилиндр)

Таким образом, двигатель объёмом 1 л будет расходовать 8,3 * 1013 гПа * 1 л = 1688 Дж в секунду, или 1688 Вт, или 2,2 л. с. при сжатии. При 6000 об/мин это будет 13,2 л. с. Это «тормозная мощность», возникающая при сжатии.

Это расчётный верхний предел мощности торможения. На самом деле абсолютного вакуума не существует, так как дроссельная заслонка закрыта не полностью. Это значительно снижает мощность торможения. Более того:
Если бы у меня было больше информации о давлении в цилиндре во время первого такта, я мог бы провести более точную оценку.

Тормозная мощность дизельного двигателя

То, что я написал выше о сжатии, не относится к дизельному двигателю, поскольку в нём нет дроссельной заслонки, поэтому на первом такте в цилиндре всегда поддерживается давление, близкое к атмосферному. Энергетический баланс равен нулю.

Однако у грузовиков есть специальные тормоза для двигателя:

Выхлопные тормоза ограничивают пропускную способность выхлопной трубы, поэтому двигателю приходится тратить энергию на то, чтобы вытолкнуть выхлопные газы, преодолевая давление, которое создаётся в выхлопной системе. Расчёт примерно такой же, как и выше, нужно только заменить давление на среднее давление в выхлопной системе. Когда давление в пять раз превышает давление окружающей среды, тормозная мощность также в пять раз превышает значение, рассчитанное выше. Поскольку я не знаю давления, я не могу его рассчитать.

Джейк тормозит сбрасывает давление в цилиндре после второго такта, открывая клапан. Таким образом, двигатель не получает обратно энергию, которую он затратил на сжатие.
С точки зрения физики, это можно описать двумя формулами:

• Адиабатический процесс:
  
  При сжатии воздух нагревается, а горячий воздух создаёт большее давление. Из-за этого формула для расчёта энергии, затрачиваемой на сжатие (и теряемой при выпуске), становится немного сложнее:
  
  E=p1*V1/(K-1) * (1- ( V1/V2)^(K-1))

p1 — давление окружающей среды, V1 — объём до сжатия (или просто рабочий объём), V2 — объём после сжатия (в диапазоне от 1/20 до 1/30 от V1), а K — константа, равная примерно 1,3.
  Возьмём 1/30 и двигатель объёмом 1 л, работающий на 1000 об/мин. Мощность составит около 5000 Вт или 6,1 л. с.




• Изотермический процесс:
  Предположим, что тепло, выделяющееся при сжатии, рассеивается в цилиндре и поршне, поэтому температура остаётся постоянной. В этом случае формула менее сложная, а параметры имеют те же значения, что и выше:
  
  E=p1*V1*ln(V1/V2)
  При тех же условиях, что и выше, мощность составит 2860 Вт или 3,8 л. с.

На самом деле воздух в цилиндре рассеивает часть тепла, так что истина где-то посередине между этими двумя формулами.

Я не знаю ни одной такой формулы. Самый важный фактор — это частота вращения двигателя, но есть множество мелких деталей, которые влияют на внутреннее трение в двигателе, и инженеры десятилетиями работали не покладая рук, чтобы уменьшить это трение хоть на чуть-чуть. Любой «коэффициент торможения» или что-то в этом роде должен быть эмпирически измеренным числом.

Когда дроссельная заслонка закрыта (а автомобиль находится на передаче и сцепление выжато), колёса автомобиля заставляют двигатель вращаться, а не двигатель заставляет колёса вращаться. При открытой дроссельной заслонке двигатель вращается за счёт контролируемых взрывов смеси воздуха и бензина в цилиндрах. Закрытая дроссельная заслонка означает отсутствие воздуха, а значит, и взрывов, а значит, все эти металлические детали, движущиеся относительно других металлических деталей в двигателе (поршни, трущиеся о стенки цилиндров, поршни, вращающиеся на коленчатом валу, коленчатый вал, вращающийся внутри блока цилиндров, и т. д., и т. п.), должны вращаться за счёт колёс автомобиля, что замедляет вращение колёс (и автомобиля).

Механическое трение является более значимым фактором, чем сжатие и расширение воздуха в цилиндрах. В современных двигателях, когда цилиндры отключаются для обеспечения максимальной топливной эффективности, клапаны остаются в закрытом положении, чтобы избежать трения, возникающего при всасывании и выпуске воздуха через клапаны («потери на прокачку»). Другими словами, инженеры приложили немало усилий, чтобы отделить клапаны от газораспределительного механизма и обеспечить их закрытие для повышения эффективности.

«Благодаря тому, что впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми, в камере сгорания создается «воздушная пружина» ... [воздух] сжимается во время движения поршня вверх и давит на поршень во время его движения вниз. Сжатие и разжатие удерживаемых выхлопных газов оказывает выравнивающее воздействие — в целом дополнительная нагрузка на двигатель практически отсутствует».

https://en.wikipedia.org/wiki/Переменный_смещение

Я люблю торможение двигателем, но для меня всегда было загадкой, как оно работает. Если почитать об этом, то окажется, что:

1. Когда вы закрываете дроссельную заслонку (отпускаете педаль газа), она, очевидно, закрывается, перекрывая подачу воздуха в двигатель


2. Прекращение подачи воздуха приводит к образованию небольшого вакуума


3. Впускные клапаны двигателя по-прежнему открыты, хотя должны быть закрыты, поэтому поршни преодолевают этот вакуум, чтобы продолжить движение


4. Борьба с вакуумом приводит к замедлению движения поршней, а затем и всего остального (коленчатого вала, трансмиссии, колёс)

Итак, исходя из этого, можно сказать, что для эффективного торможения двигателем важны две вещи:

1. Насколько хорошо закрывается дроссельная заслонка


2. Насколько хорошо поршневые кольца прилегают к стенкам каждого цилиндра