Основные параметры двигателя автомобиля
1.2. Устройство и основные параметры двигателя
В поршневом ДВС (рис. 1) преобразование энергии происходит в замкнутом объеме, который образован цилиндром, крышкой (головкой) цилиндра и поршнем. В карбюраторном двигателе горючая смесь вводится в цилиндр через впускной клапан, смешиваясь с остатками отработавших газов — образует рабочую смесь, которая сжимается поршнем и воспламеняется. Образовавшиеся при сгорании газы перемещают поршень, который через шатун передает усилие на кривошип коленчатого вала, поворачивая его вокруг оси. Отработавшие газы вытесняются при обратном движении поршня через выпускной клапан. Таким образом, тепловая энергия преобразуется в механическую, а возвратно-поступательное движение — во вращательное как наиболее удобный для трансформации вид движения.
Рис. 1.
Схема четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя:
1 — распределительный вал; 2 — толкатель; 3 — цилиндр; 4 — поршень; 5 — штанга; 6 — впускной клапан; 7 — коромысло; 8 — свеча зажигания; 9 — выпускной клапан; 10 — поршневые кольца; 11 — шатун; 12 — коленчатый вал; 13 — поддон
При вращении коленчатого вала поршень дважды за один оборот останавливается и меняет направление движения.
Основные параметры двигателей
Верхняя мертвая точка (ВМТ) — крайнее верхнее положение поршня (рис. 2).
Нижняя мертвая точка (НМТ) — крайнее нижнее положение поршня. Радиус кривошипа — расстояние от оси коренной шейки коленчатого вала до оси его шатунной шейки.
Ход поршня S — расстояние между крайними положениями поршня, равное удвоенному радиусу кривошипа коленчатого вала. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на угол 180° (пол-оборота).
Рис. 2.
Основные положения кривошипно-шатунного механизма:
а — ВМТ; б — НМТ; Vc — объем камеры сгорания; Vh — рабочий объем цилиндра; D — диаметр цилиндра; S — ход поршня
Ход поршня S и диаметр D цилиндра обычно определяют размеры двигателя.
Такт — часть рабочего цикла, происходящая за один ход поршня.
Объем камеры сгорания — объем пространства над поршнем при его положении в ВМТ.
Рабочий объем цилиндра объем пространства, освобождаемого поршнем при перемещении его от ВМТ к НМТ.
Полный объем цилиндра — объем пространства над поршнем при нахождении его в НМТ. Очевидно, что полный объем цилиндра равен сумме рабочего объема цилиндра и объема камеры сгорания.
Степень сжатия ε — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания.
Индикаторная мощность Ni, мощность, развиваемая газами в цилиндре.
Эффективная (действительная) мощность Ne — мощность, развиваемая на коленчатом валу двигателя. Эффективная мощность Ne меньше индикаторной Ni, так как часть последней затрачивается на трение и на приведение в движение вспомогательных механизмов. Эта мощность называется мощностью механических потерь Nм.
Механический КПД (коэффициент полезного действия) двигателя ηм — отношение эффективной мощности к индикаторной:
Индикаторный КПД ηi, представляет собой отношение теплоты Qi эквивалентной индикаторной работе, ко всей теплоте Q, введенной в двигатель с топливом.
Эффективный КПД ηе — отношение количества теплоты Q2, превращенного в механическую работу на валу двигателя, ко всему количеству теплоты Q1, подведенному в процессе работы.
Среднее эффективное давление ре — произведение среднего индикаторного давления рi (давление, действующее на поршень в течение одного хода поршня) на механический КПД ηм.
Удельный индикаторный расход топлива qi — количество топлива, расходуемого в двигателе для получения в течение 1 ч индикаторной мощности 1 кВт.
Удельный эффективный расход топлива ge — количество топлива, которое расходуется в двигателе для получения в течение 1 ч 1 кВт эффективной мощности.
Что такое мощность двигателя, крутящий момент и удельный расход топлива
Изобретенный более 100 лет назад поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС), на сегодняшний день все еще является самым распространенным в автомобилестроении. При выборе модели двигателя своего будущего автомобиля покупатель может предварительно ознакомиться с его основными характеристиками. В этой статье мы подробно расскажем об основных показателях двигателей внутреннего сгорания, что они собой представляют и как влияют на работу.
Основные показатели двигателя
Сгорание топлива происходит внутри ДВС, в специальной камере цилиндра. Это приводит в движение поршень, который, совершая циклические возвратно-поступательные движения, проворачивает коленчатый вал. Таков упрощенный принцип работы любого поршневого двигателя внутреннего сгорания.
Основные характеристики ДВС можно оценить тремя основными показателями:
Рассмотрим более подробно каждый из этих показателей.
Что такое мощность двигателя
Под мощностью следует понимать физическую величину, которая показывает совершаемую двигателем работу за единицу времени. При вращательном движении мощность определяется как произведение крутящего момента на угловую скорость вращения коленчатого вала. Обычно она указывается в лошадиных силах (л.с.), но встречается измерение и в кВт.
Существует несколько единиц измерения под названием «лошадиная сила», но, как правило, имеется в виду так называемая «метрическая лошадиная сила», которая равная ≈ 0,7354 кВт. А вот в США и Великобритании лошадиные силы, касающиеся автомобилей, приравнивают к 0,7456 кВт, то есть как 75 кгс*м/с, что приблизительно равно 1,0138 метрической.
Если же конвертировать мощность 1 лошадиной силы в киловатты (в промышленности или энергетике), то она будет примерно равна 0,746 кВт. Понятие лошадиная сила не входит в международную систему измерений (СИ), поэтому измерение мощности в кВт будет более правильным.
Чем больше мощность, тем большую скорость сможет развить автомобиль.
Виды мощности
Для определения характеристик двигателя применяют такие понятия мощности как:
Индикаторной называют мощность, с которой газы давят на поршень. То есть, не учитываются никакие другие факторы, а только давление газов в момент их сгорания. Эффективная мощность, эта та сила, которая передается коленчатому валу и трансмиссии. Индикаторная будет пропорциональной литражу двигателя и среднему давлению газов на поршень.
Эффективная мощность двигателя будет всегда ниже индикаторной.
Также есть параметр, называемый литровой мощность двигателя. Это соотношение объема двигателя к его максимальной мощности. Для бензиновых моторов литровая мощность составляет в среднем 30-45 кВт/л, а у дизельных – 10-15 кВт/л.
Как узнать мощность двигателя автомобиля
Конечно, значение можно посмотреть в документах на машину, но иногда требуется узнать мощность автомобиля, который подвергался тюнингу или давно находится в эксплуатации. В таких случаях не обойтись без динамометрического стенда. Его можно найти в специализированных организациях и на станциях техобслуживания. Колеса автомобиля помещаются между барабанами, создающими сопротивление вращению. Далее имитируется движение с разной нагрузкой. Компьютер сам определит мощность двигателя. Для более точного результата может понадобиться несколько попыток.
Что такое крутящий момент
Крутящий момент двигателя рассчитывается по формуле: M = F*R, где F – это сила, с которой давит поршень, R – длина плеча (рычага). В нашем случае плечом будет расстояние от оси вращения коленчатого вала до места крепления шатунной шейки. Этот параметр измеряется в ньютонах на метр (Hм). 1H соответствует 0,1 кг, который давит на конец рычага длиной в метр.
Крутящий момент ДВС характеризует показатель силы вращения коленчатого вала и определяет динамику разгона автомобиля.
Что такое расход (удельный расход) топлива
Удельный расход топлива двигателя – это количество топлива, затрачиваемое для производства определенного количества энергии. Чем расход ниже, тем рациональнее будет использоваться топливо. Расход связан с эффективностью двигателя. Один двигатель может иметь разный расход топлива в зависимости от скорости и нагрузки.
Внешняя скоростная характеристика (ВСХ)
Внешняя скоростная характеристика двигателя показывает зависимость мощности, расхода топлива и крутящего момента от числа оборотов коленвала. Все эти параметры показываются графически в виде кривых.
На рисунке можно видеть кривые с обозначениями Pe – мощность двигателя, Mе – крутящий момент, ge – удельный расход топлива. Как видно, с ростом числа оборотов и мощности увеличивается расход топлива. Крутящий момент растет до определенного уровня, а затем идет на спад. В точке, где наиболее эффективный крутящий момент и мощность двигателя, будет самый оптимальный показатель расхода топлива.
Производители моторов борются за то, чтобы максимальный крутящий момент двигатель развивал в как можно более широком диапазоне оборотов («полка крутящего момента была шире»), а максимальная мощность достигалась при оборотах, максимально приближенных к этой полке. Такой двигатель и из болота вытянет, и в городе позволяет быстро ускоряться.
Внешняя скоростная характеристика дает оценку динамическим характеристикам автомобиля, определяет КПД и топливный расход при разных параметрах.
Высокий крутящий момент на более низких оборотах увеличивает тяговую силу агрегата, грузоподъемность и проходимость.
Роль мощности и крутящего момента двигателя
Для обеспечения лучших динамических показателей двигателя, производители стараются наделить силовой агрегат максимальным крутящим моментом, который будет достигаться в более широком значении оборотов двигателя.
Чтобы правильно оценить роль этих двух понятий, стоит обратить внимание на следующие факты:
Основные параметры двигателей.
Основные параметры двигателей
На большинстве автомобилей установлен двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Устройство его достаточно сложно даже для специалиста, тем более для рядового водителя-непрофессионала. Однако при покупке машины всегда всегда идёт речь о характеристиках двигателя. Неспециалист обычно теряется перед выбором автомобиля вообще или конкретной его версии в частности. Попробуем разобраться в основных технических характеристиках двигателя внутреннего сгорания.
В современных автомобилях от 2 до 16. Этот достаточно серьезный показатель. Так, два двигателя с одинаковым объемом и мощностью могут сильно различаться по другим параметрам.
Два типа: рядное (последовательное) и V-образное (двухрядное), когда на одном коленчатом валу цилиндры расположены с обеих сторон. В этом случае важную роль играет угол развала цилиндров. Большой угол развала понижает центр тяжести, облегчает охлаждение и подачу масла, но при этом снижаются динамические характеристики и увеличивается инерционность. Малый угол позволяет снизить вес и инерционность, но ведёт к более быстрому перегреву.
Радикальная разновидность — оппозитный двигатель с углом развала в 180°. В этом случае все его преимущества и недостатки максимальны. Еще одна разновидность — W-образный (четырёхрядный; два синхронизированных и включенных в общую систему привода V-образных двигателя).
Весьма редкий тип двигателя — рядно-V-образный, являющийся синтезом этих двух разновидностей. Цилиндры расположены последовательно, но с отклонением по обе стороны, что способствует лучшему охлаждению.
Вообще говоря, между два основных типа двигателей различаются массой и габаритами. НОднако важно, что наименьший уровень шума и вибраций достигается, когда в одном ряду четное количество цилиндров.
✔ Объем камер сгорания
Иначе говоря, объем двигателя. Он напрямую влияет абсолютно на все остальные характеристики ДВС. В большинстве случаев увеличение объема ведет к увеличению мощности и, естественно, расхода топлива.
Обычно три варианта — чугун или другие ферросплавы (наибольшая прочность, но большой вес);. алюминий и его сплавы (малый вес и средняя прочность); магниевые сплавы (наименьший вес, высокая прочность, но очень высокая цена).
Эти характеристики, вообще говоря, говорят лишь о ресурсе и шумах и вибрации двигателя.
✔ На практике более важны выходные характеристики:
• Мощность. Она измеряется в лошадиных силах (л.с. — традиционная единица измерения) или киловаттах (кВт). Именно она определяет скорость и время разгона автомобиля.
• Крутящий момент Создаваемое двигателем максимальное тяговое усилие. Измеряется в Ньютон-метрах (Н·м). Косвенно влияет на скорость и разгон и прямо — на «эластичность» двигателя т. е. способность ускоряться на низких оборотах.
• Максимально допустимое число оборотов коленчатого вала в минуту (об/мин) Показывает, сколько оборотов коленвала в минуту сможет выдержать двигатель без потери в ресурсной прочности. Чем больше число оборотов, тем более резкий и динамичный характер имеет автомобиль.
✔ Однако не менее важны расходные характеристики:
• Расход топлива. Обычно измеряется в литрах на 100 километров. Расход в городском, загородном и смешанном вариантах различен.
• Тип топлива. Марка потребляемого бензина или дизельного топлива (ДТ). В современных автомобилях возможно использование любых марок, но при снижении октанового числа падают ресурсная прочность и мощность, а при повышении сверх нормы — повышается мощность, но снижается ресурс. Также при повышении октанового числа увеличивается теплоотдача, что может привести к раннему перегреву. Пример марок топлива: А-76, А-92, АИ-98, А-95Евро, ДТ, ДТ Евро, ДТ Супер.
• Расход масла. Измеряется в литрах, но на 1000 км. Максимальный показатель — 1л/1000км для исправной машины.
• Марка потребляемого масла. Обычно обозначется ххWхх. Первое число — густота масла, второе — его вязкость. Например — 0W40 и 5W40 — синтетические масла, 10W40 — полусинтетическое масло, 15W40 и 20W40 — минеральные масла. Более густые и вязкие масла улучшают прочность и надежность двигателя, менее густые — улучшают динамические выходные характеристики.
Внимание! Масла типа 70W90 или 95W100 являются трансмиссионными и ни в коем случае не могут быть использованы в двигателе — это гарантированно приведет к неисправности двигателя!
• Ресурсная прочность, т. е. как часто двигателю необходимо техническое обслуживание. Обычно в пределах 5 000—30 000 км пробега. Предельный пробег позволяет примерно определить полный срок службы, после гарантийного пробега прекращаются гарантийные обязательства.
Это основные потребительские характеристики.
✔ Однако надо отметить широкий ряд более сложных характеристик:
• Тип топливной системы — бензиновые и дизельные двигатели. Бензиновые обычно имеют большую мощность, но дизельные отличаются более низким расходом и большим крутящим моментом.
• Тип бензиновой системы впуска. У современных автомобилей электронная система впрыска (инжекции) топлива, которая позволяет добиться большего КПД. У более старых в большинстве карбюраторная система впуска топлива. Карбюратор не распыляет, как инжектор, топливо в камере сгорания, а вбрасывает в нее струю, что увеличивает расход топлива, снижает КПД и делает управление, менее удобным.
Обычно карбюратор устанавливается на двигатель один, многокарбюраторные двигатели более характерны для тюнинговых и спортивных моделей.
• Тип бензиновой системы впрыска — с одноточечным и многоточечным впрыском. Одноточечная система уже практически не используется, поскольку падение мощности намного превышает снижение расхода топлива.Многоточечный — распределенный и прямой впрыск. При распределенном впрыске в камере сгорания создается равномерная смесь, что обеспечивает стабильность работы на любых режимах и неприхотливость.
Прямой (непосредственный) впрыск, как это ни парадоксально, повышает и мощность, и ресурсную прочность, снижает расход топлива. Но в этом случае высока стоимость, требуется топливо высокого качества и наблюдается нестабильность работы на малых оборотах и при холодном старте.
Недостатки обеих систем компенсируются комбинированным (двойным) впрыском. Он заключается в применении обеих систем раздельно — при изменении режимов работы электроника «выбирает» нужную.
• Дизельная система впрыска.Хотя дизельный двигатель проще бензинового, система его впрыска сложнее, построены по другому принципу:
ТНВД — наиболее простая система дизельного впрыска с невысокими достоинствами. Система с насос-форсунками. В этом случае каждая форсунка впрыска является еще и насосом, подающим топливо в камеру сгорания. Характеристики в этом случае получше, но стабильная работы двигателя также проблематична. Обе системы по отдельности почти не используются.
Комбинация ТНВД и насос-форсунок — общая топливная рампа высокого давления Common Rail. ТНВД подает топливо в рампу, где оно подвергается компрессии и под высоким давлением впрыскивается в камеру сгорания. Это лучшая сейчас система, так как она обеспечивает высокие мощностные характеристики и низкий расход топлива.
Совершенствование предыдущей — аккумуляторно-возвратная рампа Common Rail второго поколения. Сжатие в рампе происходит за счет накопления топлива, а излишки поступают обратно в ТНВД — это уменьшает насосные потери мощности и расход топлива.
• Форсунки впрыска — механические или пьезотронные. Они не влияют на характеристики двигателя, но пьезотронные дают более плавный рабочий цикл и они легче в настройке.
• Клапанов на впуске/выпуске от 2 до 5 на цилиндр. Чем больше клапанов, тем плавнее работа и больше мощность, хотя при этом незначительно увеличивается расход топлива.
✔ Компрессор. Его роль — сжатие впускной смеси.
• Атмосферные двигатели — компрессора не имеют.
Двигатели с компрессией — компрессорные (с механическим компрессором) и турбонаддувные, различающиеся типом привода.
• Механический компрессор приводится непосредственно от коленвала двигателя, что создает некоторые потери в мощности и увеличивает расход топлива, турбонаддув имеет крыльчатку турбины, которая раскручивается от давления выхлопных газов. Это надежнее и не дает потерь, но прирост крутящего момента меньше, особенно на малых оборотах.
Система газораспределения — механизм газораспределения, распределительные валы и привод. Количество распред. валов может изменяться, но чаще по одному на каждые 8 клапанов.
Привод механизма газораспределения — цепь или ремень. Ремень проще, но требует регулярной замены. Цепь надежнее, но издаёт больше шума (металлический лязг) и дороже.
Простейший — статический механизм. Динамические — с изменяемой высотой подъема клапанов или изменяемыми фазами газораспределения.
Изменение высоты подъёма клапанов позволяет переключаться между двумя режимами движения — например экономичным и скоростным. Изменение фаз газораспределения обеспечивает более ровную работу во всем диапазоне рабочих оборотов коленвала.
Есть немало и других особенностей двигателей, но они меньше влияют на их характеристики.
Типы и параметры ДВС
Автомобильные поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) обладают множеством показателей – мощность, крутящий момент, расход топлива, выброс вредных веществ и т. д., которые во многом зависят от их конструктивных параметров.
Типы двигателей
Двигатель — устройство, преобразующее энергию сгорания топлива в механическую работу. Практически все автомобильные двигатели работают по циклу, состоящему из четырех тактов:
Наибольшее распространение в автомобилях получили поршневые двигатели — бензиновые и дизели.
Бензиновые двигатели имеют принудительное зажигание топливо-воздушной смеси искровыми свечами. Различаются по типу системы питания:
Дизели — двигатели, в которых воспламенение смеси топлива с воздухом происходит от повышения ее температуры при сжатии. По сравнению с бензиновыми эти двигатели обладают лучшей экономичностью (на 15-20%) благодаря большей (в два и более раз) степени сжатия (см. ниже), улучшающей процессы горения топливо-воздушной смеси. Достоинством дизелей является отсутствие дроссельной заслонки, которая создает сопротивление движению воздуха на впуске и увеличивает расход топлива. Максимальный крутящий момент (см. ниже) дизели развивают на меньшей частоте вращения коленчатого вала (в обиходе — “тяговиты на низах”).
Дизели устаревших конструкций обладали по сравнению с бензиновыми двигателями и рядом недостатков:
Роторно-поршневой двигатель (Ванкеля) — в нем ротор-поршень совершает не возвратно-поступательное движение, как в бензиновых двигателях и дизелях, а вращается по определенной траектории. Благодаря этому он обладает хорошей приемистостью — быстро набирает обороты, обеспечивая автомобилю хорошую динамику разгона. Из-за конструктивных особенностей степень сжатия ограничена, поэтому работает только на бензине и обладает худшей экономичностью из-за формы камеры сгорания. Раньше его недостатком был меньший ресурс, а теперь и невысокие экологические показатели, которым сейчас уделяется большое внимание.
Гибридная силовая установка представляет собой комбинацию поршневого двигателя (как правило, дизеля), электродвигателя, генератора и тяговых (тяговая аккумуляторная батарея, в отличие от стартерной, рассчитана на разряд большими токами (50-100 А) в течение 30-60 минут) аккумуляторных батарей. Работа этой установки происходит в различных режимах в зависимости от характера движения автомобиля. При интенсивном разгоне вместе работают поршневой и электрический двигатели. Во время торможения двигателем за счет энергии замедления генератор заряжает аккумуляторные батареи. При движении в городском цикле может работать только электродвигатель. Все это позволяет, сохраняя (или даже улучшая) динамику разгона, значительно повысить экономичность и снизить выброс вредных веществ.
Компоновка поршневых двигателей
Значительное разнообразие компоновок поршневых двигателей связано с их размещением в автомобиле и необходимостью уместить определенное количество цилиндров в ограниченном объеме моторного отсека.
Рядный двигатель 
V-образный двигатель
Рядный двигатель (рис. 1, а) — компоновка, при которой все цилиндры находятся в одной плоскости. Применяется для небольшого количества цилиндров (2, 3, 4, 5 и 6). Рядный шестицилиндровый двигатель легче всего поддается уравновешиванию (снижению вибраций), но обладает значительной длиной.
V-образный двигатель (рис. 1, б) — цилиндры у него расположены в двух плоскостях, как бы образуя латинскую букву V. Угол между этими плоскостями называют углом развала. Наиболее часто такое размещение цилиндров применяется для шести- и восьмицилиндровых двигателей и обозначается V6 и V8 соответственно. Такая компоновка позволяет уменьшить длину двигателя, но увеличивает его ширину.
Оппозитный двигатель 
VR-двигатель
Оппозитный двигатель (рис. 1, в) имеет угол развала 180°, благодаря этому у него высота агрегата наименьшая среди всех компоновок.
VR-двигатель (рис. 1, г) обладает небольшим углом развала (порядка 15°), что позволяет уменьшить как продольный, так и поперечный размеры агрегата.
W-двигатель 
W-двигатель
W-двигатель имеет два варианта компоновки — три ряда цилиндров с большим углом развала (рис. 1, д) или как бы две VR-компоновки (рис. 1, е).Обеспечивает хорошую компактность даже при большом количестве цилиндров. В настоящее время серийно выпускают W8 и W12.
Конструктивные параметры двигателей
Любой двигатель характеризуется следующими конструктивно заданными параметрами (рис. 2), практически неизменными в процессе эксплуатации автомобиля.
Объем камеры сгорания — объем полости цилиндра и углубления в головке над поршнем, находящимся в верхней мертвой точке — крайнем положении на наибольшем удалении от коленвала.
Рабочий объем цилиндра — пространство, которое освобождает поршень при движении от верхней до нижней мертвой точки. Последняя является крайним положением поршня на наименьшем удалении от коленвала.
Полный объем цилиндра — равен сумме рабочего объема и объема камеры сгорания.
Рабочий объем двигателя (литраж) складывается из рабочих объемов всех цилиндров.
Степень сжатия — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Этот параметр показывает, во сколько раз уменьшается полный объем при перемещении поршня из нижней мертвой точки в верхнюю. Для бензиновых двигателей определяет октановое число применяемого топлива.
Показатели двигателей
Показателями двигателя называют величины, характеризующие его работу. Помимо конструктивных параметров, они зависят от особенностей и настроек систем питания и зажигания, степени износа деталей и пр.
Давление в конце такта сжатия (компрессия) является показателем технического состояния (изношенности) цилиндро-поршневой группы и клапанов.
Крутящий момент на коленчатом валу двигателя определяет силу тяги на колесах: чем он больше, тем лучше динамика разгона автомобиля. Равен произведению силы на плечо (рис. 3) и измеряется в Н·м (Ньютон на метр), ранее в кгс.м (килограмм-сила на метр).
Крутящий момент увеличивается с ростом:
Максимальный крутящий момент двигатель развивает при определенных оборотах (см. ниже), они вместе с его величиной указываются в технической документации.
Мощность двигателя — величина, показывающая, какую работу он совершает в единицу времени, измеряется в кВт (ранее в лошадиных силах). Одна лошадиная сила (л.с.) приблизительно равняется 0,74 кВт. Мощность равна произведению крутящего момента на угловую скорость коленвала (число оборотов в минуту, умноженное на определенный коэффициент).
Двигатели большей мощности производители получают увеличением:
Номинальная мощность — гарантируемая производителем мощность при полной подаче топлива на определенных оборотах. Именно она, а не максимальная мощность, указывается в технической документации на двигатель.
Удельный расход топлива — это количество топлива, расходуемого двигателем на 1 кВт развиваемой мощности за один час. Является показателем совершенства конструкции двигателя: чем расход ниже, тем более эффективно используется энергия сгорающего в цилиндрах топлива.
Характеристики двигателей
При одних и тех же конструктивных параметрах у разных двигателей такие показатели, как мощность, крутящий момент и удельный расход топлива, могут отличаться. Это связано с такими особенностями, как количество клапанов на цилиндр, фазы газораспределения и т. п. Поэтому для оценки работы двигателя на разных оборотах используют характеристики — зависимость его показателей от режимов работы. Характеристики определяются опытным путем на специальных стендах, так как теоретически они рассчитываются лишь приблизительно.
Как правило, в технической документации к автомобилю приводятся внешние скоростные характеристики двигателя (рис. 4), определяющие зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от числа оборотов коленвала при полной подаче топлива. Они дают представление о максимальных показателях двигателя.
Показатели двигателя (упрощенно) изменяются по следующим причинам. С увеличением числа оборотов коленвала растет крутящий момент благодаря тому, что в цилиндры поступает больше топлива. Примерно на средних оборотах он достигает своего максимума, а затем начинает снижаться. Это происходит из-за того, что с увеличением скорости вращения коленвала начинают играть существенную роль инерционные силы, силы трения, аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, ухудшающее наполнение цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси, и т. п.
Быстрый рост крутящего момента двигателя указывает на хорошую динамику разгона автомобиля благодаря интенсивному увеличению силы тяги на колесах. Чем дольше величина момента находится в районе своего максимума и не снижается, тем лучше. Такой двигатель более приспособлен к изменению дорожных условий и реже придется переключать передачи.
Мощность растет вместе с крутящим моментом и даже, когда он начинает снижаться, продолжает увеличиваться благодаря повышению оборотов. После достижения максимума мощность начинает снижаться по той же причине, по которой уменьшается крутящий момент. Обороты несколько выше максимальной мощности ограничивают регулирующими устройствами, так как в этом режиме значительная часть топлива расходуется не на совершение полезной работы, а на преодоление сил инерции и трения в двигателе. Максимальная мощность определяет максимальную скорость автомобиля. В этом режиме автомобиль не разгоняется и двигатель работает только на преодоление сил сопротивления движению — сопротивления воздуха, сопротивления качению и т. п.
Величина удельного расхода топлива также меняется в зависимости от оборотов коленвала, что видно на характеристике (см. рис. 4). Удельный расход топлива должен находиться как можно дольше вблизи минимума; это указывает на хорошую экономичность двигателя. Минимальный удельный расход, как правило, достигается чуть ниже средних оборотов, на которых в основном и эксплуатируется автомобиль при движении в городе.
Пунктирной линией на графике показаны более оптимальные характеристики двигателя.