Регистрация Войти
Вопрос

Сравнение двигателей: чем двигатель меньшего объёма/более эффективный двигатель может превосходить своего «старшего брата»?

Недавно, после разговора с друзьями, я наткнулся на информацию о двигателях, доступных для Fiat Panda Mk4 (да, это та ещё история, и теперь я застрял в этой кроличьей норе). И я заметил кое-что странное; прошло уже несколько дней, а я всё ещё не могу забыть:


Как может 2-цилиндровый двигатель объёмом 900 см³ обладать большей мощностью, крутящим моментом, более высокой максимальной скоростью, быть быстрее и в то же время иметь меньший уровень выбросов и больший пробег, чем его 4-цилиндровый аналог объёмом 1200 см³?


Данные, которые я получаю, взяты с страницы автомобиля в Википедии; насколько я смог проверить, цифры точные.
В частности, я рассматриваю два бензиновых двигателя 2011 года (для объективности), «0,9 TwinAir Turbo» и «1,2 Fire 8v».



  • Первый — это рядный-2 с 875 см3, который выдает 63 кВт, имеет крутящий момент 145 Нм, развивает максимальную скорость 177 км/ч и разгоняется от 0 до 100 км/ч за 11,2 с. Он выбрасывает 99 г CO2/км и расходует 4,2 л на 100 км.



  • Другой — рядный 4-цилиндровый с 1242 см3, мощностью 51 кВт, крутящим моментом 102 Нм, максимальной скоростью 164 км/ч и разгоном от 0 до 100 км/ч за 14,2 с. Он выбрасывает 120 г CO2/км и расходует 5,2 л на 100 км.




Конечно, некоторые значения отличаются незначительно. С другой стороны, есть и довольно существенные расхождения. Как может меньший, более «эффективный» (за неимением лучшего слова) вариант превосходить более крупный и «прожорливый» вариант практически во всех категориях?


Кто-то предположил, что «всё дело в турбине» (и я видел ответы на подобные вопросы на этой платформе, но различия были гораздо менее заметными). «Турбина» вполне может быть причиной, но тогда возникает другой вопрос: зачем кому-то 4-цилиндровый двигатель? Почему он вообще предлагается в качестве опции, если у него нет никаких преимуществ перед меньшим двигателем? В чём заключаются преимущества этого более крупного двигателя?
Авто и транспорт

Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/94659/engine-comparison-how-can-a-smaller-more-efficient-engine-excel-over-its-bigge
1
+ Читать

15 Комментариев


  1. Как может меньший по размеру, более «эффективный» (за неимением лучшего слова) вариант превзойти своего более крупного и «прожорливого» собрата практически во всех категориях?



    Одним словом: турбонаддув


    По той же причине Ричард Холденер создал Big Bang Motor на базе 4,8-литрового двигателя, который выдавал более 1200 л. с., в то время как стандартный (атмосферный) двигатель выдавал около 300 л. с. Турбокомпрессор (или просто турбо) по сути заставляет маленький двигатель «думать», что он больше. На каждые 14,7 фунта (1 бар) атмосферного давления (или наддува), которые вы можете подать в двигатель с помощью турбонаддува, мощность двигателя увеличивается на 100 % по сравнению с тем же двигателем без турбонаддува (это приблизительное правило ... результаты могут отличаться). Например, если двигатель без турбонаддува выдает 100 л. с., то при наддуве в 14,7 фунта (1 бар) мощность двигателя должна составить 200 л. с. Если бы вы добавили 29,4 фунта (2 бара), мощность составила бы около 300 л. с. Это справедливо для всех диапазонов мощности... при условии, что двигатель рассчитан на такую нагрузку.



    Зачем кому-то нужен 4-цилиндровый двигатель? Почему он вообще предлагается в качестве опции, если у него нет никаких преимуществ перед двигателем меньшего объёма?



    Как правило, это дешевле, и двигатель служит дольше, если учесть все факторы. Турбонаддув усложняет конструкцию двигателя, а с усложнением растёт и стоимость.
  1. @JamesT — это, по сути, семантика. Именно поэтому я взял слово «думаю» в кавычки. Это не совсем точно, но, надеюсь, поможет читателю понять, что происходит. Можно было бы также использовать слово «ведёт себя», и это тоже сработало бы. Кроме того, при давлении в 2 бара двигатель объёмом 1 л будет вести себя как двигатель объёмом 3 л. Опять же, дело в семантике, потому что, как мне кажется, вы понимаете суть того, что я пытался сказать.
  1. На мой взгляд, «думать» здесь не совсем подходящее слово. Лучше сказать «действовать». Турбокомпрессор позволяет двигателю с небольшим рабочим объёмом «вести себя» как двигателю с большим рабочим объёмом просто потому, что он пропускает через себя столько же воздуха и, следовательно, столько же топлива для поддержания правильного соотношения топлива и воздуха, будь то 2-литровый атмосферный двигатель или 1-литровый двигатель с давлением наддува 2 бара. Но самое главное, что давлением наддува можно управлять с помощью электронного перепускного клапана, чтобы эффективно контролировать рабочий объём двигателя в любой момент времени, а значит, получать больше мощности на высоких оборотах и больше эффективности при движении в крейсерском режиме.
  1. Ещё один вопрос «как это возможно»: карбюратор против инжектора. Однако и в этом случае атмосферный двигатель уже работает с инжектором.
  1. @Scooter — примерно так :о)
  1. Турбо... выхлопные газы попадают в турбокомпрессор и раскручивают его, происходит волшебство, и вы едете быстрее. — Джереми Кларксон
  1. Я бы отметил, что, хотя турбонаддув в некотором смысле эквивалентен увеличению рабочего объёма, в одном аспекте они сильно отличаются: двигатель большего объёма, как правило, менее экономичен в конкретном случае использования, потому что он работает при более низком среднем эффективном давлении и, следовательно, с более низким тепловым КПД. Турбонаддув оказывает противоположный эффект.
  1. @FreeMan «Если не принять меры должным образом, это приведёт к... поломке». Так можно сказать о чём угодно. Надлежащий учёт — основная часть работы инженера. В атмосферном двигателе может произойти почти столько же неисправностей, сколько и в турбированном; при одинаковом качестве проектирования они будут одинаково надёжными. (Но турбированный будет дороже.)
  1. @FreeMan — вы, должно быть, пропустили ту часть, где я сказал: «... при условии, что двигатель рассчитан на это». Да, вы абсолютно правы. Инженер, разрабатывающий двигатель, должен учитывать эти факторы.
  1. Турбокомпрессор также увеличивает нагрузку на головку блока цилиндров, блок цилиндров, прокладки и все остальные детали двигателя и при отсутствии должного контроля может привести к преждевременному выходу двигателя из строя.
  1. Что касается бонусного вопроса в конце, то люди, похоже, выбирают двигатели по рабочему объёму, а не по мощности или эффективности. Рабочий объём обычно указывается на задней части автомобиля в той или иной форме (на моём фургоне OTOH сбоку указаны мощность и максимальная грузоподъёмность). Я хотел узнать, есть ли у них версия двигателя объёмом 1,2 л с турбонаддувом, но нет.
  1. @JimmyJames Можете ли вы представить, что в 2011 году компания Fiat разработала новый двухтактный двигатель и попыталась продать его для установки на автомобили в ЕС? Сокращение размеров доведено до крайности.
  1. @DanMašek Я так и думал, что ты что-то подобное скажешь. Это четырёхтактный двигатель? Должно же быть какое-то преимущество в наличии четырёх цилиндров, верно?
  1. @JimmyJames 2 цилиндра не означают, что двигатель двухтактный.
  1. Добро пожаловать в компанию по техническому обслуживанию и ремонту автомобилей!
Вы уже ответили на этот вопрос