Регистрация Войти
Вопрос

Число оборотов и крутящий момент в двигателях внутреннего сгорания

В двигателях внутреннего сгорания, когда в камере сгорания происходит взрыв, высвобождающая энергию, эта энергия проявляется в виде увеличения крутящего момента и частоты вращения. Меня смущает то, как можно увеличить частоту вращения, если крутящий момент и мощность уменьшаются после достижения пика мощности. Насколько я понимаю, сгорание в камере становится менее эффективным при более высокой скорости. Но я не могу понять, как частота вращения увеличивается, если количество энергии, получаемой в результате сгорания, уменьшается. Какие факторы зависят от других


Авто и транспорт

Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/76334/rpm-and-torque-in-internal-combsution-engines
1
+ Читать

0 Комментариев


  1. когда в камере сгорания происходит взрыв, высвобождается энергия, которая проявляется в виде увеличения крутящего момента и частоты вращения




    Нет.



    Сгорание создает только крутящий момент. Если этот крутящий момент больше, чем встречный крутящий момент, создаваемый внутренним трением, (воздушным) сопротивлением и уклоном улицы, то автомобиль ускорится, а обороты увеличатся. Если оба значения равны, частота вращения / об / мин остается постоянной. А если создаваемый крутящий момент меньше встречного, скорость и об / мин упадут.



    Максимальный крутящий момент обычного бензинового автомобиля достигается при 3000 об/мин, то есть разница между создаваемым крутящим моментом и противодействующим крутящим моментом велика, что позволяет автомобилю быстро разгоняться.



    При гораздо более высоких оборотах крутящий момент значительно снижается, но пока он превышает противодействующий крутящий момент, автомобиль продолжает ускоряться. Поскольку сопротивление воздуха увеличивается, а крутящий момент уменьшается, наступает момент, когда оба крутящих момента уравновешивают друг друга и автомобиль достигает постоянной максимальной скорости.



    Теперь я не упомянул мощность. Мощность — это крутящий момент, умноженный на число оборотов в минуту, умноженное на (постоянный коэффициент). Если вы посмотрите на типичную диаграмму зависимости мощности/крутящего момента от числа оборотов в минуту, то увидите, что мощность увеличивается с ростом числа оборотов почти во всём диапазоне. Это связано с тем, что крутящий момент медленно уменьшается с ростом числа оборотов, поэтому произведение по-прежнему увеличивается в широком диапазоне. Только рядом с красной линией числа оборотов в минуту крутящий момент уменьшается достаточно быстро, чтобы мощность снизилась.

  1. Это простая математическая функция.
    Мощность (л. с.) = Крутящий момент (фунт-фут) x Число оборотов в минуту ÷ 5252
    Например, если ваш крутящий момент при 3000 об/мин составляет 200 фунт-футов, то ваша мощность составляет около 114 л. с.
    Если ваш крутящий момент при 4000 об/мин падает до 140 фунт-футов, то ваша мощность составляет всего 91 л. с.



    Представьте, что крутящий момент — это сила, которая пытается повернуть коленчатый вал. Расширяющиеся газы при взрыве толкают поршень вниз.



    Ваш двигатель работает оптимально только в определённом диапазоне оборотов. Это зависит от того, насколько правильно подобраны размеры компонентов для обеспечения оптимальной скорости потока, позволяющей максимально заполнить цилиндр за время открытия клапанов. В новых двигателях иногда пытаются оптимизировать этот процесс с помощью изменения высоты подъёма клапанов и т. д., но это всегда компромисс.
    Ваш городской автомобиль оптимизирован для работы с низким крутящим моментом, чтобы обеспечить хорошую управляемость в типичных ситуациях «старт-стоп», в то время как гоночному автомобилю обычно достаточно одного запуска, и он часто оптимизирован для работы с более высокой мощностью.
  1. @SolarMike Фазы газораспределения и подъём клапанов — это, по сути, проблема оптимизации. Если клапаны открываются слишком широко, то на низких оборотах поток будет недостаточным для хорошего наполнения, и двигатель будет работать очень неровно и может легко заглохнуть. Если клапаны открываются слишком мало, то на высоких оборотах, когда достигается максимальный поток, возникает ограничение.
  1. @SolarMike Да, именно так, я именно это и сказал. Но это не «время, в течение которого расширяющийся заряд воздействует с силой». Скорость расширения при взрыве намного выше, чем у многих других критических пределов скорости. Особенно в дорожных автомобилях максимальный крутящий момент достигается за счёт оптимизации. Просто взгляните на двигатели мотоциклов или болидов «Формулы-1».

  1. Время, в течение которого расширяющийся заряд воздействует на поршень, сокращается по мере увеличения частоты вращения двигателя.



    Следует также учитывать, что с увеличением оборотов двигателя ему требуется больше воздуха, то есть более высокая скорость потока, но при этом увеличиваются потери, вызванные воздушным фильтром и т. д., а время открытия впускного клапана сокращается.



    Вы можете проанализировать все параметры с точки зрения времени и оценить последствия.
  1. @Daniel мощность можно рассчитать по многим параметрам, и я не приравниваю крутящий момент к мощности... но КПД двигателя снижается с увеличением числа оборотов, объёмный КПД равен единице, так как чем выше число оборотов, тем меньше времени клапаны открыты, что приводит к уменьшению количества воздуха/топлива, поступающего в цилиндр, а чем меньше воздуха/топлива, тем меньше мощность...
  1. Крутящий момент — это не мощность. Мощность в ваттах/киловаттах/лошадиных силах — это крутящий момент, умноженный на число оборотов в минуту<-(в минуту). Теоретически мощность тем выше, чем больше число оборотов в минуту, при условии, что двигатель работает с достаточным крутящим моментом.
  1. @Дэниел мощность (в ваттах) — это энергия (в джоулях), умноженная на время, а вы говорите, что время не имеет значения...
  1. Это не имеет никакого отношения к времени, необходимому для расширения. (Конечно, существуют технические ограничения для скорости поршня.) Но в остальном всё зависит от того, насколько хорошо вы можете заполнить цилиндр, чтобы получить максимально возможное давление, поскольку крутящий момент — это давление взрыва, умноженное на площадь поверхности вашего поршня (диаметр цилиндра) и на плечо приложения этой силы к коленчатому валу (ход поршня).
  1. Как вообще происходит увеличение оборотов двигателя? Как повышаются обороты?
  1. Проблема в том, что я не могу представить себе последовательность процесса, последовательность взаимодействия параметров. Меня смущает то, что происходит в первую очередь.
  1. Всё дело в профиле распределительного вала, где находятся пики мощности и крутящего момента. Есть и другие, менее значимые факторы, такие как степень сжатия, октановое число топлива и объёмный КПД.
Вы уже ответили на этот вопрос