Toyota Celica RS-Compressor › Бортжурнал › 2ZZ (Часть 4): Кто такой R/S и с чем его едят! Соотношение rs двигателя


R/S соотношение двигателя — DRIVE2

Увеличение объема двигателя внутреннего сгорания является самым простым способом поднять моментные (в большей степени) и мощностные характеристики мотора.

Первый (более «народный» – т.к. дешевый) – расточка блока цилиндров под больший диаметр поршня. Затратная часть – работы по расточке блока цилиндров, стоимость комплекта поршней и колец большего диаметра. Второй способ (более дорогой) – замена штатного коленвала на другой, имеющий больший радиус кривошипа – больше ход поршня – больше объём. Затратная часть – коленвал (диаметр кривошипа 74,8-75,6-78-79-80-84-86-88мм), комплект специальных поршней под данный коленвал (т.к. блок цилиндров имеет определенную, конечную высоту), поршневые кольца, ну и работы по расточке блока цилиндров под заданный комплект поршней. Но это меняет RS двигателя. Так что же это такое?

Существует такое понятие, как отношение длины шатуна к ходу коленвала, эта характеристика и сам диаметр кривошипа коленвала (ход поршня) существенно влияют на «дыхание» мотора: ведь по своей сути, ДВС – это насос, который прокачивает через себя определенный объем смеси воздуха с топливом за определенный промежуток времени.

В данной статье мы рассмотрим влияние соотношения длинны шатуна и диаметра кривошипа коленвала на «характер» мотора двигателей семейства переднеприводных ВАЗ. В англоязычной литературе это соотношение именуется R/S – rod to stroke ratio, и ему уделяется достаточно серьезное внимание при доработке спортивных двигателей.

Многие источники считают, что «золотой серединой» блока цилиндров является величина R/S, равная 1,75. В интернете вы сами можете при желании найти достаточно много выкладок и расчетов по геометрии блока цилиндров моторов Honda. Отчасти все они будут справедливы и для блоков цилиндров ВАЗ, так как в обоих случаях речь идет о двигателях относительно небольшого рабочего объема (моторы Honda серий В16А — В20В с объемом соответственно от 1,6 до 2,0 литров, что вполне соотносится с литражом моторов ВАЗ 21083 (2112), получаемым при форсировании путем увеличения рабочего объема).

Вот для примера геометрия легендарного мотора В16А (объем 1587 см. куб., мощность 160 л.с.; это первый «гражданский» мотор, имеющий удельную мощность 100 лслитр):

Длина шатуна: 134 ммХод коленвала: 77 ммСоотношение R/S: 1,74:1 (что как видим практически близко к «золотой середине»)

Посмотрим какая обстановка с отечественными блоками цилиндров (берем только ВАЗ 8-го семейства)

Блок цилиндров 21081 – объём 1099 куб. см— ход коленвала 60,6 мм— диаметр поршня 76 мм— длина шатуна 121 мм— R/S = 1,996

Блок цилиндров 2108 — объём 1288 куб. см— ход коленвала 71 мм— диаметр поршня 76 мм— длина шатуна 121 мм— R/S = 1,7

Блок цилиндров 21083 — объём 1499 куб. см.– ход коленвала 71 мм— диаметр поршня 82 мм— длина шатуна 121 мм— R/S = 1,7

Блок цилиндров 21084 — объём 1580 куб см.– ход коленвала 74,8 мм— диаметр поршня 82 мм— длина шатуна 121 мм— R/S = 1,61

Нестандартные конфигурации блоков цилиндров 21083 :Ход коленвала, мм Длина шатуна, мм R/S

74,8 121 1,6275,6 121 1,678 121 1,5579 121 1,5380 121 1,5174,8 129 1,7278 129 1,6580 129 1,6174,8 132 1,7678 132 1,6980 132 1,65

Эффект большого R/S:

ПЛЮС: Позволяет поршню дольше находиться в ВМТ, что обеспечивает лучшее горение топливной смеси, т.е. более полное сгорание топливной смеси, более высокое давление на поршень после прохождения ВМТ, более высокая температура в камере сгорания. В результате хороший момент на средних и высоких оборотах.Длинный шатун уменьшает трение пары «поршень-цилиндр», а это особенно важно при рабочем ходе поршня.

МИНУС: Блок цилиндров, собранный с достаточно большим значением R/S не обеспечивает хорошее наполнение цилиндров на низких и средних частотах вращения коленвала, из-за снижения скорости воздушного потока (из-за уменьшения скорости движения поршня после ВМТ, в момент открытия впускного клапана).Большая вероятность появления детонации из-за высокой температуры в камере сгорания и длительного времени нахождения поршня в ВМТ.

Эффект малого R/S:

ПЛЮС: Обеспечивает очень хорошую скорость наполнения цилиндров на низких и средних частотах вращения коленвала, так как скорость движения поршня от ВМТ больше, разряжение нарастает быстрее, что улучшает наполнение цилиндров, более высокая скорость движения топливовоздушной смеси делает смесь более гомогенной (однородной) что способствует лучшему сгоранию. Преимущества: более низкие требования к доработке и диаметрам каналов ГБЦ, чем на блоке цилиндров с высоким соотношением R/S.

МИНУС: Малая величина RS означает, больший угол наклона шатуна. Это значит, что большая сила будет толкать поршень в горизонтальной плоскости. Для блока цилиндров это означает следующее:1) Большая нагрузка на шатун (особенно на центр шатуна), что делает разрушение шатуна более вероятным. Разрушение шатуна само по себе мало вероятно, кроме случаев обрыва, при заклинивании и гидроударе, как правило, шатун рвется у верхней или нижней головки под углом приблизительно 45 градусов к оси шатуна с возможным выходом из блока цилиндров.

2) Увеличение нагрузки на стенки блока цилиндров, большая нагрузка на поршни и кольца, увеличение рабочей температуры вследствие повышенного трения, как результат, более быстрый износ стенок блока цилиндра, колец, и ухудшении условий смазки. Износ этого участка блока цилиндров зависит от величины смещения оси пальца относительно оси поршня и от значения максимального угла наклона шатуна, т.е. при применении "кованных" поршней со смещенным пальцем, износ блока цилиндров будет меньше чем при применении стандартных поршней.

3) Более короткий шатун также увеличивает скорость движения поршня, что влияет на износ блока цилиндров и увеличение трения. Максимальная скорость поршня приходится на угол около 80 градусов поворота коленвала от ВМТ, для мотора с коленвалом 74,8 мм при 5600 оборотов в минуту она равна 22,92 м/с при шатуне 121 мм., и 22,80м/с., при шатуне 129 мм.

Наиболее весомым является зависимость ускорения поршня от длины шатуна. Большие значения ускорения положительно влияют на наполнение цилиндров на малых оборотах, что ведет к «тяговитости» двигателя в следствии лучшего наполнения. Но на высоких оборотах из-за инерционности потока во впускной трубе происходит эффект запирания на впускном клапане (т.е объем цилиндра над поршнем растет быстрее, чем может заполняться через клапанную щель, что ведет к ухудшению наполнения и мощностных характеристик на высоких оборотах). В случае длинного шатуна на малых оборотах происходит обратный выброс смеси, но на высоких нет явления запирания.

По вполне понятным причинам, АВТОВАЗ комплектует свои блоки цилиндров шатуном 121мм (он обеспечивает 83-му мотору R/S = 1,7, что вполне удовлетворительно). Но для тюнинга, когда используются коленвалы с большим радиусом кривошипа, шатун 121 мм обеспечивает не очень хорошее отношение R/S, поэтому на рынке нестандартных, спортивных запчастей существуют и продаются шатуны с большей длинной: 126-146мм.

Еще не стоит забывать, что увеличенные хода коленвала компенсируются уменьшением компрессионной высоты поршня (смещением поршневого пальца вверх) или увеличением высоты блока цилиндров. Т.к. компрессионную высоту поршня можно уменьшать до определенного предела, то следующим шагом будет замена блока цилиндров на более высокий, что повлечет за собой немалые расходы финансовых средств. Все эти действия направлены для того, чтобы увеличить значение R/S блока цилиндров.

www.drive2.ru

R/S двигателя — пояснение и реальный пример — DRIVE2

Добрый день, уважаемые любители автомобилей.

В этой записи мы продолжим рассматривать геометрию ДВС, а конкретнее поговорим об отношении длины шатуна к ходу поршня (Rod length / Stroke ratio по-английски отсюда и сокращенно R/S). Хочу отметить, что этой теме среди так называемых любителей тюнинга отведена отдельная "мифическая" глава, потому что каждый из них трактует параметр R/S и на что он влияет по-своему, и что примечательно, с разными выводами!

Почему же так происходит? Дело в том, уважаемый читатель, что отношение R/S не является интуитивным параметром в дизайне двигателя. В этом блоге мы не будем полагаться на спекуляции и чьи либо мнения, а самостоятельно расчитаем и рассмотрим на реальном примере свойства R/S. В идеале, для рассмотрения эффекта R/S нам нужно изолировать этот параметр в уравнении. Вопрос, как это сделать? Что же, есть вопрос, есть и ответ. Посмотрим еще раз внимательно на Рис. 1 из предыдущей части. (Продублирован ниже). Мы можем найти мгновенное расстояние между осью коленвала и осью поршневого пальца "s", как функцию от мгновенного угла проворота коленчатого вала, куда входят константы l и a. Напомню, что a = 2L для любого двигателя. Отсюда мы и получим ту самую связку l и L. Здесь нет ничего выдающегося, это простая геометрия на уровне 7-го класса. R/S мы рассмотрим через мгновенную скорость, для этого нам нужно найти ds/dt (продифференцировать по времени). Скорость = расстояние/время.

Zoom

Рис. 1

Для тех, кто рассуждает об R/S без вычислений на данном этапе лежит первый камень предкновения — функция скорости поршня нелинейна! Это значит, что при движении вниз (от ВМТ до НМТ) поршень разгоняется, а затем замедляется в одном такте, после чего он разгоняется вверх от НМТ и замедляется к ВМТ. За 360 градусов (один проворот коленчатого вала) поршень совершает две мгновенных остановки, одну в ВМТ и одну в НМТ, соответственно, где его скорость на какие-то доли секунды равна нулю. Представив все это в уме, одновременно анализируя изменения констант l и a дело не легкое, согласитесь.

Доказательство вывода мгновенной скорости поршня приведено внизу этой записи (Рис. 8) — отложим пока его в сторону. Для того, чтобы мы были "на одной волне" при рассмотрении реального примера необходимо сказать пару слов по поводу мощности и момента. Этой теме я отведу отдельную запись, где поясню подробно что такое работа, различные кпд и тд. Пока что нам надо условиться, что мощность и момент связаны друг с другом. Крутящий момент измеряется усилием на плечо, (на реальном двигателе с помощью динамометра), обычно в еденицах [N.m].Brake Power (мощность) связана с моментом через угловую скорость, назовем "omega", гдеomega = 2*pi*N.Выше, N — обороты двигателя в секунду. pi — число 'пи' 3.14159265…Из этого следует, что мощность выраженная через момент, W(brake power) = omega*T = 2*pi*N*T

Есть еще такое понятие как "mean effective pressure" (mep) — показатель некоего среднего давления в цилиндре. Ни смотря на то, что расчитанное усредненное давление "brake mean effective pressure" (bmep) показатель весьма условный он дает представление об общей эффективности двс при практическом сравнении определенных классов двс.bmep может находится как через мощность так и через момент, нет абсолютно никакой разницы.Для примера,bmep = 2*pi*T*nr / Vd;где nr = 2 для 4-х тактного мотора и nr = 1 для двухтактного мотора, а Vd объемАналогично,bmep = {W*nr} / {N*Vd};где W(brake power)

Теперь перейдем к самому интересному. Я специально подбирал двс от одного производителя, максимально похожий по всем параметрам, за исключением R/S. Это должна была быть заводская конфигурация. Для примера взяты моторы Alfa Romeo Twin Spark 16V. Первый объемом 1.8 л и второй 2.0 л в их последнем поколении. Упомянутые 4-х цилиндровые моторы имеют 16 клапанов на цилиндр, идентичный впукной коллектор с изменяемым объемом, идентичные головки цилиндров с идентичными фазами ГРМ. Сравнительные параметры приведены в Таблице 1. Основные отличия между этими моторами в поршнях, (Рис. 2) коленчатом вале, наличием балансирных валов на версии 2.0 и небольшие отличия самого блока. Соответственно, различия, в основном, в ходе поршня. То, что надо!

Рис. 2 Взят с 'alfa155' forum. вверху, 2.0, внизу 1.8

Как видно из Таблицы 1, мотор 1.8 с геометрией цилиндра ~квадрат (B/S ~ 0.99) обычно рассматривается, как более спортивный, оборотистый мотор, имеет R/S ~ 1.75, в то время как более объемный 2-х литровый обладает длинно-ходовой характеристикой (B/S ~0.91) и R/S ~ 1.59. Прошу заметить, что оба мотора имеют одинаковую длину шатуна = 145 мм.

Из Таблицы 1 видно, что bmep при максимальном моменте выше для двигателя 1.8, 11.72 бара против 11.55 бара у двухлитрового и в пиковой мощности тенденция сохраняется 10.9 против 10.7. Для лучших атмосферных двигателей, таких как F1 (в прошлом) и американский NASCAR Сup, значения bmep при пиковой мощности находятся в районе 14 — 15 баров. Как показывает практика, планка в 14 баров обычно недостижима для бензинового атмосферного двигателя, с типичной степенью сжатия где присутствует требования к бюджету и надежности.

Вернемся к R/S. На Рис. 3 я построил кривую скорости для двух двигателей, которую мы вывели ранее, для пиковой мощности. По абсциссе располагаются углы проворота коленчатого вала "Crank Angles" C.A. и по оси ординат скорость поршня в [m/s]. На Рис. 3 видно, что пиковая скорость достигается до 90 градусов, а конкретнее 75 градусов проворота для 1.8 и 74 градуса для 2.0. Для данных R/S мы видим, что поршень разгоняется несимметрично относительно середины проворота коленчатого вала в 90 градусов. Еще, мы видим, что при максимальной мощности, пиковая скорость поршня выше для 2-х литрового двигателя.

Рис. 3

Отсюда возникает интересный вопрос:"как отличается амплитуда скорости по сравнению с неким эталоном?" Давайте возьмем за эталон уже упомянутые мельком двигатели формулы 1 и NASCAR Cup. Данные, которые есть для атмосферного мотора примерно 10-ти летней давности хорошо подойдут для сравнения. И так, у F1 2.4л V8, длина шатуна 102 mm, ход 39.77, просто огромнейшее отношение R/S = 2.56, пиковая мощность достигается примерно на 19250 об/мин и составляет 750 bhp и весьма скромным моментом 290 N.m на 17000 об./мин. преимущественно из-за маленького радиуса коленвала. У двигателя Cup 5.86л V8, длина шатуна 157.48 mm, ход 82.55, отношение R/S = 1.91. Максимальная мощность достижима при 9000 об./мин. и составляет >800 bhp, пик крутящего момента при 7500, более чем в два раза превышает F1. Посмотрим на скорости поршня при максимальной мощности на Рис. 4 и сравним с нашим 2.0 литровым примером.

Рис. 4

Оба гоночных двигателя существенно превышают максимальную скорость поршня нашего 2-х литрового мотора, при этом поршни в F1 достигают такой внушительной максимальной скорости за счет высоких оборотов. Ускорения в ВМТ для F1 будут огромными, чтобы совершать такой рывок который позволит разогнать поршень до максимальной скорости за считанные милиметры. Предъявляемое качество к изготовлению деталей которые бы выдерживали такие нагрузки не требует дополнительных комментариев. Оба гоночных двигателя имеют R/S выше, чем наш 2.0 twin spark и пик максимальной скорости завален ближе к 90 градусам, конкретнее 76.5 для Cup и 80 градусов для F1. Все же нас больше интересует разница между нашими выбранными моторами. Часто, показывают нормализованную характеристику со средней скоростью поршня (для каждого случая своя). Это делается для того, чтобы избавится от привязки к оборотам двигателя. Рис. 5 иллюстрирует данное сравнение.

Рис. 5

Посмотрим, что будет при изменении R/S и при всех других одинаковых параметрах на нашем моторе. Рис. 6 показывает, что при увеличении отношения R/S график становится более симметричным, пиковое значение смещается ближе к 90 градусам и амплитуда пика уменьшается. Если наоборот, уменьшать R/S, градиент нарастания скорости увеличивается, пиковое значение смещается ближе к ВМТ и амплитуда пика увеличивается. R/S меньше 1.3 не возможен из-за геометрических данных, сделав длину шатуна короче в блоке, сохраняя прежний ход. По мимо этого, вторичные ускорения выростают при уменьшении R/S. Также, завод изготовитель учитывает градиент нарастания скорости, где R/S неизбежно повлияет на импульс при всасывании топливо-воздушной/воздушной смеси в цилиндр, так и на нарастание объема и площади при горении.

Рис. 6

Обсудим и ускорение. Первичное ускорение обладает наибольшей амплитудой с зеркально максимальными значениями в НМТ и ВМТ, как показано синей кривой на Рис. 7. Важно проверять ускорения в предельно нагруженных режимах, при наибольшей проектировочной скорости поршня (в красной зоне). Вторичное ускорение добавляет в ВМТ и компенсирует в НМТ. Это значит, что наибольшая нагрузка на шатуны именно в ВМТ. (На растягивание нагрузки опаснее, чем на сжатие). При малом R/S вторичное ускорение увеличвается, это вызвано более выраженным боковым отклонением большого конца шатуна. Следственно, могут повышаться вибрации. Иногда сумарное ускорение не имеет пика в НМТ, а до и после как показано на Рис. 7. Это один из признаков возможного возникновения вибраций. При R/S > 2.0 минимум лежит ровно в 180.

Рис. 7 взят для примера с 'epi-eng.com'

Zoom

Рис. 8

ЗаключениеВ данной записи наглядно показано влияние R/S на характеристику скорости поршня рассматриваемых двух двс. На мой взгляд, инженеры Альфа Ромео пытались вносить изменения, которые бы, с одной стороны, помогли использовать идентичную впускную систему и головку блока, что они и сделали, а также лонично и внесение в конструкцию балансировочных валов на 2-х литровой версии в связи со снижением R/S. Более легкие поршни на 2-х литровой версии тоже весьма позитивный момент, учитывая их возросшие скорости.

Таблица 1

www.drive2.com

Увеличение объема двигателя. Значение R/S.

Чтобы увеличить характеристики мотора по мощности, поднять моментные показатели, достаточно увеличить объем «движка» внутреннего сгорания.

Есть несколько вариантов данной процедуры. Более дешевый способ, «народный» – производится расточка БЦ, под увеличенный диаметр поршня. Наиболее затратная работа – манипуляции по расточке, приобретение комплекта поршней, колец.

Другой способ подразумевает замену коленчатого вала. Монтируется другой элемент, у которого радиус кривошипа большой. Тогда у поршня больше становится ход, увеличивается объем. Предстоит приобрести такой коленчатый вал, где диаметр кривошипа составит от 74 мм. Еще потребуются специальные поршни (комплект), соответствующие данному коленвалу. Также осуществляется процедура по расточке присутствующего блока, согласно заданного комплекта.

Кстати, завышение объема рабочего у двигателя – пожалуй, не лучший вариант форсировки. Порой проще головку БЦ доработать, разместив необходимый распредвал. Чтобы возможности вала больше раскрылись, нужна доработка ГБЦ. Иногда осуществляется перепрессовка седел, клапана устанавливаются с завышенным диаметром. Предстоит переделать каналы (впускные, выпускные), по ним поступает смесь в цилиндры, перемещаются отработанные газы. Сечение компонентов следует увеличить, совершая внутреннюю полировку, меняя профиль. Влияние оказывает на характер агрегата содержимое БЦ, его «геометрия».

Следует учитывать соотношение длины по шатуну, ходу поршня, диаметр кривошипа — «дыхание» мотора зависит от этого. Показатель выставлен как R/S, при доработке его надо рассматривать. Когда стандарт R/S завышен, поршень дольше остается в ВМТ, обеспечивая лучшее горение. Только хорошего наполнения этих цилиндров не происходит. Ситуация меняется, когда параметр R/S малый. Отмечайте нагрузку, которая приходится на шатун, деталь может разрушиться. Также возникают обрывы, заклинивания, гидроудары. На стенки БЦ нагрузки увеличиваются, поршни, кольца. Компоненты изнашиваются быстрее, ухудшаются режимы смазки. Формат износа такого участка сказывается от смещения оси данного пальца относительно поршня. За счет короткого шатуна скорость перемещения поршня увеличивается. Весомым становится зависимость ускорения такого поршня от шатуна, его длины.

Когда ускорения большие, цилиндры быстрее наполняются на оборотах малых – происходит «тяговитость» двигателя. При оборотах высоких в трубе впуска наблюдается эффект запирания клапана.

Существуют «экстра ходы» такого поршня, которые компенсируются сокращением компрессионной высоты изделия (смещение пальца вверх), увеличением высоты БЦ. Раз высоту компрессионную уменьшить реально, можно попытаться блок цилиндров сменить на высокий вариант. Финансовые расходы не малые будут. Подобные мероприятия выполняют, чтобы формат R/S увеличить.

Нет комментариев »

avtofactovic.ru

Увеличение объема двигателя. Что обозначает значение R/S ?

Увеличение объема двигателя является простым способом поднять моментные и мощностные характеристики мотора. Существует несколько вариантов по увеличению объема двигателя.

Варианты увеличения объема двигателя

Первый (более «народный» – т.к. дешевый) – расточка блока цилиндров под больший диаметр поршня. Затратная часть – работы по расточке блока, стоимость комплекта поршней и колец большего диаметра.

Второй способ (более дорогой) – замена штатного коленчатого вала на другой, имеющий больший радиус кривошипа – больше ход поршня – больше объём. Затратная часть – коленчатый вал, комплект специальных поршней под данный коленчатый вал (т.к. блок цилиндров имеет определенную конечную высоту), поршневые кольца, ну и работы по расточке блока под заданный комплект поршней.

Рост рабочего объема двигателя не всегда самый выгодный способ форсировки – иногда, в зависимости от того, что хотите получить от мотора, выгоднее доработать головку блока цилиндров с установкой подходящего и после этих операций «снять» большую мощность с силового агрегата.

Чтобы возможности распредвала раскрылись, необходима доработка ГБЦ – зачастую серьезная – вплоть до перепрессовки седел и установки клапанов большего диаметра. Кроме того, нельзя забывать про впускные и выпускные каналы, по которым топливно-воздушная смесь поступает в цилиндры, а отработанные газы «вырываются» с большой скоростью – , увеличивая до определенных пределов их сечение.

Кроме ГБЦ, большое влияние на характер мотора оказывает содержимое и «геометрия» блока цилиндров. Мы не будем обсуждать разные и их форму, весовые характеристики коленвалов, хотя они вносят определенный вклад в характер будущего мотора. Существует такое понятие, как отношение длины шатуна к ходу поршня, эта характеристика и сам диаметр кривошипа коленвала (ход поршня) существенно влияют на «дыхание» мотора: ведь по сути, ДВС – это насос, который прокачивает через себя определенный объем смеси воздуха с топливом за определенный промежуток времени.

Рассмотрим влияние соотношения длины шатуна и диаметра кривошипа коленвала на «характер» двигателей. В англоязычной литературе это соотношение именуется R/S – rod to stroke ratio, и ему уделяется серьезное внимание при доработке моторов. Многие источники считают, что «золотой серединой» является величина R/S, равная 1,75.

Эффект большого R/S

ЗА: Позволяет поршню дольше находиться в ВМТ, что обеспечивает лучшее горение топливной смеси, т.е. более полное сгорание топливной смеси, более высокое давление на поршень после прохождения ВМТ, более высокая температура в камере сгорания. В результате хороший момент на средних и высоких оборотах. Длинный шатун уменьшает трение пары «поршень-цилиндр», а это особенно важно при рабочем ходе поршня.

ПРОТИВ: Мотор, собранный с большим значением R/S не обеспечивает хорошее наполнение цилиндров на низких и средних частотах вращения коленвала, из-за снижения скорости воздушного потока (из-за уменьшения скорости движения поршня после ВМТ, в момент открытия впускного клапана). Большая вероятность появления детонации из-за высокой температуры в камере сгорания и длительного времени нахождения поршня в ВМТ.

Эффект малого R/S

ЗА: Обеспечивает хорошую скорость наполнения цилиндров на низких и средних частотах вращения коленвала, т.к. скорость движения поршня от ВМТ больше, разряжение нарастает быстрее, что улучшает наполнение цилиндров, более высокая скорость движения топливовоздушной смеси делает смесь более однородной, что способствует лучшему сгоранию. Преимущества: низкие требования к доработке и диаметрам каналов ГБЦ, чем на моторе с высоким соотношением R/S.

ПРОТИВ: Малая величина RS означает, больший угол наклона шатуна. Это значит, что большая сила будет толкать поршень в горизонтальной плоскости. Для мотора это означает следующее: большая нагрузка на шатун (особенно на центр шатуна), что делает разрушение шатуна более вероятным и увеличение нагрузки на стенки блока цилиндров, большая нагрузка на поршни и кольца, увеличение рабочей температуры вследствие повышенного трения, как результат, более быстрый износ стенок цилиндра, колец, и ухудшении условий смазки.

Более короткий шатун увеличивает скорость движения поршня, что влияет на износ и увеличение трения. Максимальная скорость поршня приходится на угол около 80 градусов поворота коленвала от ВМТ. Наиболее весомым является зависимость ускорения поршня от длины шатуна. Большие значения ускорения положительно влияют на наполнение цилиндров на малых оборотах, что ведет к «тяговитости» двигателя в следствии лучшего наполнения.

АВТОВАЗ комплектует моторы шатуном 121 мм — он обеспечивает R/S = 1.7, но для «тюнинга» используется коленвал с большим радиусом кривошипа. Шатун 121 мм обеспечивает не очень хорошее отношение R/S, поэтому на рынке «спортивных» запчастей существуют шатуны с большей длинной – 129, 132 мм.

portalvaz.ru

Кто такой R/S и с чем его едят! — бортжурнал Toyota Celica RS-Compressor 1999 года на DRIVE2

У меня в бортовом журнале в статье по ремонту двигателя был упомянут измененный R/S. В личку пришел вопрос, исходя из возникновения которого и пишется эта статья.

Данная статья не прентендует на абсолютное мнение по данному вопросу. Она призвана задуматься прочитавшего — а все ли я сделал, чтобы мой двигатель работал как надо!)

Существует такое понятие, как отношение длины шатуна к ходу поршня (R/S — rod to stroke ratio), эта характеристика и сам диаметр кривошипа коленчатого вала (ход поршня) существенно влияют на «дыхание» мотора. Двигатель аналогичен поршневому насосу который прокачивает через себя некий объем смеси воздуха с топливом за единицу времени.

Для лучшего понимания приведу выгрызку из статьиwww.speedfreak.ru/forum/viewtopic.php?id=2610

Эффект большого R/S:

ЗА: Позволяет поршню дольше находиться в ВМТ, что обеспечивает лучшее горение топливной смеси, т.е. более полное сгорание топливной смеси, более высокое давление на поршень после прохождения ВМТ, более высокая температура в камере сгорания. В результате хороший момент на средних и высоких оборотах. Длинный шатун уменьшает трение пары «поршень-цилиндр», а это особенно важно при рабочем ходе поршня.

ПРОТИВ: Мотор, собранный с достаточно большим значением R / S не обеспечивает хорошее наполнение цилиндров на низких и средних частотах вращения КВ, из-за снижения скорости воздушного потока (из-за уменьшения скорости движения поршня после ВМТ, в момент открытия впускного клапана). Большая вероятность появления детонации из-за высокой температуры в камере сгорания и длительного времени нахождения поршня в ВМТ.

Эффект малого R / S :

ЗА: Обеспечивает очень хорошую скорость наполнения цилиндров на низких и средних частотах вращения КВ, так как скорость движения поршня от ВМТ больше, разряжение нарастает быстрее, что улучшает наполнение цилиндров, более высокая скорость движения топливовоздушной смеси делает смесь более гомогенной (однородной) что способствует лучшему сгоранию. Преимущества: более низкие требования к доработке и диаметрам каналов ГБЦ, чем на моторе с высоким соотношением R / S.

ПРОТИВ: Малая величина RS означает, больший угол наклона шатуна. Это значит, что большая сила будет толкать поршень в горизонтальной плоскости. Для мотора это означает следующее:

Большая нагрузка на шатун (особенно на центр шатуна), что делает разрушение шатуна более вероятным. Разрушение шатуна само по себе мало вероятно, кроме случаев обрыва, при заклинивании и гидроударе, как правило, шатун рвется у верхней илинижней головки под углом приблизительно 45 градусов к оси шатуна.Увеличение нагрузки на стенки блока цилиндров, большая нагрузка на поршни и кольца, увеличение рабочей температуры вследствие повышенного трения, как результат, более быстрый износ стенок цилиндра, колец, и ухудшении условий смазки. Износ этого участка зависит от величины смещения оси пальца отн. оси поршня и от значения максимального угла наклона шатуна, т.е. при применении "кованных" поршней со смещенным пальцем, износ будет меньше чем при применении стандартных поршей.Более короткий шатун также увеличивает скорость движения поршня, что влияет на износ и увеличение трения. Максимальная скорость поршня приходится на угол около 80 градусов поворота коленчатого вала от ВМТ. Наиболее весомым является зависимость ускорения поршня от длины шатуна. Большие значения ускорения положительно влияют на наполнение цилиндров на малых оборотах, что ведет к «тяговитости» двигателя в следствии лучшего наполнения. Но на высоких оборотах из-за инерционности потока во впускной трубе происходит эффект запирания на впускном клапане (т.е объем цилиндра над поршнем растет быстрее, чем может заполняться через клапанную щель, что ведет к ухудшению наполнения и мощностных характеристик на высоких оборотах). В случае длинного шатуна на малых оборотах происходит обратный выброс смеси, но на высоких нет явления запирания.

В двигателе 2zz отношение диаметра коленвала к длинне шатуна (RS) отличается от уже давно обоснованного для идеального сочетания характеристик наполнения, продувки цилиндра, и давления на стенку цилиндра поршня. Возможно это связано с тем что на цилиндрах 2zz нанесена композитная матрица с алюмо-силикатными волокнами и включениями, которая имеет другой (отличный от чугунной гильзы) коэффициент трения. Скорее всего это и стало причиной создания двигателя с R/S отличным от других двигателей с чугунным БЦ. Может за счет укороченного шатуна пытались добиться повышенного момента на низких оборотах. В любом случае при установке наддува и гильзовке неплохо было бы исправить то что было заложено в исходной конструкции.

Так как во время усиления двигателя производится гильзовка чугунными гильзами, то и RS тоже придется исправлять в идеале. Для этого меняются шатуны на усиленные подходящей длинны. Чтобы все в сборе уместилось по высоте цилиндра в ВМТ изменяется конфигурация поршня, смешается палец относительно дна.

Могу сказать что в результате изменения R/S поменялся звук двигателя, стал более басовитым что ли. Ну а результат по мощности будет виден при окончательной настройке двигателя после решения всех вопросов по компрессору и приобретению пары дополнительных датчиков.

Использованы материалы статейwww.toyota-club.net/files…aq/04-09-10_faq_2zzge.htmwww.speedfreak.ru/forum/viewtopic.php?id=2610

www.drive2.ru

Увеличение объема двигателя. Что обозначает значение R/S ?

Увеличение объема двигателя является простым способом поднять моментные и мощностные характеристики мотора. Существует несколько вариантов по увеличению объема двигателя.

Варианты увеличения объема двигателя

Первый (более «народный» — т.к. дешевый) — расточка блока цилиндров под больший диаметр поршня. Затратная часть — работы по расточке блока, стоимость комплекта поршней и колец большего диаметра.Второй способ (более дорогой) — замена штатного коленчатого вала на другой, имеющий больший радиус кривошипа — больше ход поршня — больше объём. Затратная часть — коленчатый вал, комплект специальных поршней под данный коленчатый вал (т.к. блок цилиндров имеет определенную конечную высоту), поршневые кольца, ну и работы по расточке блока под заданный комплект поршней.

Рост рабочего объема двигателя не всегда самый выгодный способ форсировки — иногда, в зависимости от того, что хотите получить от мотора, выгоднее доработать головку блока цилиндров с установкой подходящего спортивного распредвала и после этих операций «снять» большую мощность с силового агрегата.Чтобы возможности распредвала раскрылись, необходима доработка ГБЦ — зачастую серьезная — вплоть до перепрессовки седел и установки клапанов большего диаметра. Кроме того, нельзя забывать про впускные и выпускные каналы, по которым топливно-воздушная смесь поступает в цилиндры, а отработанные газы «вырываются» с большой скоростью — их необходимо дорабатывать, увеличивая до определенных пределов их сечение.Кроме ГБЦ, большое влияние на характер мотора оказывает содержимое и «геометрия» блока цилиндров. Мы не будем обсуждать разные типы поршней и их форму, весовые характеристики коленвалов, хотя они вносят определенный вклад в характер будущего мотора. Существует такое понятие, как отношение длины шатуна к ходу поршня, эта характеристика и сам диаметр кривошипа коленвала (ход поршня) существенно влияют на «дыхание» мотора: ведь по сути, ДВС — это насос, который прокачивает через себя определенный объем смеси воздуха с топливом за определенный промежуток времени.Рассмотрим влияние соотношения длины шатуна и диаметра кривошипа коленвала на «характер» двигателей. В англоязычной литературе это соотношение именуется R/S — rod to stroke ratio, и ему уделяется серьезное внимание при доработке моторов. Многие источники считают, что «золотой серединой» является величина R/S, равная 1,75.

Эффект большого R/S

ЗА: Позволяет поршню дольше находиться в ВМТ, что обеспечивает лучшее горение топливной смеси, т.е. более полное сгорание топливной смеси, более высокое давление на поршень после прохождения ВМТ, более высокая температура в камере сгорания. В результате хороший момент на средних и высоких оборотах. Длинный шатун уменьшает трение пары «поршень-цилиндр», а это особенно важно при рабочем ходе поршня.ПРОТИВ: Мотор, собранный с большим значением R/S не обеспечивает хорошее наполнение цилиндров на низких и средних частотах вращения коленвала, из-за снижения скорости воздушного потока (из-за уменьшения скорости движения поршня после ВМТ, в момент открытия впускного клапана). Большая вероятность появления детонации из-за высокой температуры в камере сгорания и длительного времени нахождения поршня в ВМТ.

Эффект малого R/S

ЗА: Обеспечивает хорошую скорость наполнения цилиндров на низких и средних частотах вращения коленвала, т.к. скорость движения поршня от ВМТ больше, разряжение нарастает быстрее, что улучшает наполнение цилиндров, более высокая скорость движения топливовоздушной смеси делает смесь более однородной, что способствует лучшему сгоранию. Преимущества: низкие требования к доработке и диаметрам каналов ГБЦ, чем на моторе с высоким соотношением R/S.ПРОТИВ: Малая величина RS означает, больший угол наклона шатуна. Это значит, что большая сила будет толкать поршень в горизонтальной плоскости. Для мотора это означает следующее: большая нагрузка на шатун (особенно на центр шатуна), что делает разрушение шатуна более вероятным и увеличение нагрузки на стенки блока цилиндров, большая нагрузка на поршни и кольца, увеличение рабочей температуры вследствие повышенного трения, как результат, более быстрый износ стенок цилиндра, колец, и ухудшении условий смазки.Более короткий шатун увеличивает скорость движения поршня, что влияет на износ и увеличение трения. Максимальная скорость поршня приходится на угол около 80 градусов поворота коленвала от ВМТ. Наиболее весомым является зависимость ускорения поршня от длины шатуна. Большие значения ускорения положительно влияют на наполнение цилиндров на малых оборотах, что ведет к «тяговитости» двигателя в следствии лучшего наполнения.

АВТОВАЗ комплектует моторы шатуном 121 мм — он обеспечивает R/S = 1.7

autoexpert.today

Физика камеры сгорания. Часть 10. Точка в вопросе об R/S. Общественное мнение — DRIVE2

Всем привет!

Некогда в данном цикле статей я рассматривал кинематику и динамику шатунно-поршневого ДВС, в процессе описания которого сделал для себя вывод, что статьи об R/S, которые как по кальке копируются с одного форума на другой, в том числе немало и в блогах на драйв2, сильно преувеличивают влияние данного параметра на характеристики двигателя либо приписывают данному соотношению иной смысл.

Сегодня мы посвятим время детальному рассмотрению этой темы и поставим точку. И разбор будет тотальный.Кому не хватит подробностей, милости прошу в ранние рассмотрения кинематики и динамики:Статья 1. КинематикаСтатья 2. ДинамикаСтатья 3: Кинематика в графикахСтатья 4: Динамика в графиках, часть 1Статья 5: Динамика в графиках, часть 2

Сейчас наша цель — R/S, R/S и ничего, кроме R/S. Тема никак не уложится в одну статью хотя бы по причине того, что имеется ограничение на количество текста и картинок, но я постараюсь сегодня за одну ночь разместить весь материал в необходимом количестве частей.

Зайдём с общепринятых распространяемых догм. Не будем обращаться к различного рода статьям, которые обычно и источников не указывают, а обратимся к тем, кого часто называют гуру автомобильной тематики на канале Youtube, ибо их мнение должно быть основано на каких-то размышлениях и практическом опыте, что немаловажно, в отличие от юнцов, беспощадно копирующих кем-то когда-то написанный текст. Прежде, чем продолжить чтение дальше, рекомендую посмотреть ролики, которые

Итак, поехали:

Первый популярный автор у нас представлен на канале от Lty D.

У него имеется в арсенале лекция, которая носит название "R/S двигателя" от 14 декабря 2013 года и на момент написания статьи имеющая 5398 просмотров.

Второй гораздо более зарекомендовавший себя канал от популярного тюнера и успешного практика Власа Прудова

ВНИМАНИЕ: в видео содержится ненормативная лексика!

Он не мог обойти стороной данный вопрос и у него имеется выпуск под названием "ГЕОМЕТРИЯ ДВИГАТЕЛЯ (МОТОРА)". Выпуск достаточно свежий, датирован 21 декабря 2016 года, но уже набрал на данный момент 57 874 просмотра.

Третий очень популярный видеоблогер Евгений Травников, который для многих является несомненным авторитетом, многим позволил познать и понять многое на канале "Теория ДВС"

Его подход к данному вопросу происходил поэтапно:Шаг 1 — Теория ДВС Кривошипно-шатунный Механизм (Часть 1)Ролик от 3 февраля 2011 года, набрал 59375 просмотров.Шаг 2 — Теория ДВС: КШМ Часть 2Ролик от 19 января 2013 (изначально 20 сентября 2011), 14290 просмотров.Шаг 3 — Теория ДВС: R/S и длина шатуна в реальных двигателяхРолик от 30 декабря 2013 года, и к этому моменту набрал 35708 просмотров.

Сразу оговорюсь, что цель данного разбора – это поиск истины, а не попытка кого-то обвинить в клевете, но мнения разнятся, и «точка зрения, как и дырка на пятой точке, есть у каждого (цитата Власа Прудова)». Но вопрос об R/S стоит остро, мнения расходятся и с этим нужно что-то делать.

Ну, что же, усаживаемся поудобнее и знакомимся с видеоматериалами, если Вы ещё не видели их.

========= Lty D==================================Первый автор шикарен. Он практически отображает все замороченные и непросветленные головы нашей молодежи.Цитата 1: « Такой важный параметр как R/S, т.е. соотношение длины шатуна к ходу поршня». Т.е. достаточно большое количество автолюбителей действительно считают этот параметр важным.Цитата 2: «На что влияет R/S двигателя? Во-первых это влияет на то, с какой скоростью будет поршень отходить от ВМТ и с какой скоростью об будет приходить и отходить от нижней мертвой точки. На R/S максимальном каком-нибудь там, — делает поправку на то, что шатун имеет бесконечную длину, — поршень с одинаковой скоростью будет двигаться, что вблизи верхней мёртвой точки, что вблизи нижней мёртвой точки.»Цитата 3: «Чем выше RS, тем двигатель будет лучше чувствовать себя на высоких оборотах, потому как будут меньше мгновенные скорости поршня и будет меньше перегрузок для поршня.»Цитата 4: «При снижении скорости отхода от верхней мёртвой точки двигатель будет лучше себя чувствовать на высоких обортах, потому как скорость горения смеси у нас всегда одинакова, а чем выше обороты, тем у нас меньше времени остается на то, чтобы смесь горела при высоком давлении вблизи ВМТ, поэтому чем больше RS, тем медленнее отходит поршень от ВМТ, тем у нас более лучшее именно сгорание непосредственно ТВС и тем выше, кстати говоря, и термодинамический КПД двигателя.»

Далее автор хочет продемонстрировать эффект наглядно и приводит пример с двумя ДВС, имеющими одинаковый радиус кривошипа с радиусом 37,5 мм, но с различными шатунами – 150 и 120 мм.Производит вычисления для нижнего треугольника:Хн = 37,5* cos(30) = 32,47 (автор указал 32,5)Y = 37,5*sin(30) = (посчитает даже школьник, ибо синус 30 дает половину) = 18,75 (автор указал 18,5)Далее идут вычисления для верхнего треугольника с шатуном 150 мм:Xв = корень(150^2 – 18,75^2) = 148,82 (автор получил 148,9)И производит вычисление изменения длины, что у нас получается 1,18 (у автора 1,1)Следом аналогично для шатуна 120 мм:Xв = корень(120^2 – 18,75^2) = 118,52 (автор получил 118,6)И производит вычисление изменения длины, что у нас получается 1,48 (у автора 1,4)На основании полученных данных автор делает вывод, что чем короче шатун относительно коленвала, тем быстрее поршень будет отходить от ВМТ.Тут хотелось бы сделать некую поправку: когда идёт сравнение таких параметров, как изменение длины или чего-то ещё при прочих равных условиях, то не берётся значение «на сколько», а следует брать процентное соотношение от общего хода коленчатого вала. Правильный подход был бы таковым:_____________________________________________________________________При повороте коленчатых валов двух двигателей на один и тот же угол 30 градусов, поршни совершили движение:ДВС1: на дельту = (37,5-32,47) + (150-148,82) = 6,21 мм (или 8,28 процентов хода)ДВС2: на дельту = (37,5-32,47) + (120-118,52) = 6,51 мм (или 8,64 процента хода)Разница при повороте кривошипа на 30 градусов составила 0,36 процента от общего хода.------------------------Далее, коль уж речь идёт о скорости, следовало бы для наглядности сделать следующее:Ср.скорость поршней на данном участке (пусть при 3000 об/мин):<v1> = 6,21мм*3000об/мин*360гр/об /(60с/мин*30гр) = 3725 мм/с = 3,725 м/с<v2> = 6,51мм*3000об/мин*360гр/об /(60с/мин*30гр) = 3906 мм/с = 3,906 м/с------------------------На основании полученных данных можно было бы сделать вывод:При увеличении длины шатуна (косвенно, и R/S, хоть его можно менять не только шатуном) в 1,25 раз (N = 150/120 = 1,25), или на 25 процентов, на участке 0…30 градусов поворота коленчатого вала поршень прошёл бы на 0,36 % хода больше, при этом его средняя скорость уменьшилась на данном участке в 1,048 раз (3,906/3,725= 1,048), или на 4,8 процента._____________________________________________________________________После такого расклада многое стало бы очевидно. Проведи аналогичные расчёты с ходом коленвала, и вопрос о скорости при R/S отпал бы собой, но нет.Расчёт демонстрирует просто наличие разницы, и этого автор считает достаточным и убедительным. Далее автор утверждает, что «когда коленвал проходит отметку 90 градусов, то поршень идёт медленнее».…Вот с такими заявлениями вообще надо быть осторожным и хоть иногда почитывать книжки. Поршень уже задолго до 90 градусов поворота коленчатого хода начал замедляться!

После следует объяснение:«При очень высоком R/S просядут низкие обороты двигателя, потому что при маленьком R/S поршень отходит от ВМТ быстрее и на низких оборотах наполняемость цилиндра уменьшается, потому что поршень быстрее ускоряется и через ТВК быстрее заходит заряд ТВС. В случае с R/S большим у нас ход как бы равномерный, меньше ускорение и наполняемость хуже».

Даже комментировать не буду.

Далее фраза убила:«от ВМТ поршень отходить вверх быстрее»Ну, все мы можем оговориться=)После речь пошла о том, что впускной клапан после НМТ еще остается отрытым для дозарядки, и при большом R/S поршень начинает двигаться вверх быстрее, тем самым на низких оборотах он выталкивает смесь из-за того, что та не успела набрать энергию. При низком же RS на низких оборотах дозаряжается более хорошо, а после пошла речь о термодинамическом КПД, что является выводом из мнения о значительном изменении скорости движения поршня, высказанного ранее. Как окончательные аргументы в защиту концепции R/S автор приводит примеры формульных и мотоциклетных моторов с большим R/S (более двух), а также рассказывает про неудачные доводки моторов, когда объём ДВС был увеличен путём увеличения рабочего хода.Можно комментировать, но всё бессмысленно. По поводу малого R/S для справки: мотор S38B38 от М5 имел ход коленчатого вала 90 мм при длине шатуна 142,5 мм (т.е. R/S = 1,58) и при этом развивал мощность 340л.с./6900 оборотах. И таких примеров достаточно.

Думаю, мнение первого автора мы усвоили.

========= Влас Прудов==================================

Следующий автор: Влас (Ещё раз повторю: ВНИМАНИЕ: в видео этого автора ненормативная лексика!)

Вначале ролика обсуждается соотношение диаметра к ходу. Достаточно интересная тема, у меня есть свои предпочтения по этому вопросу (кто со мной хорошо знаком, тот знает, что я отдаю предпочтение моторам с D/S >1), но помним, сегодня нас интересует R/S, R/S и только R/S.Чтобы минимизировать психику от лексикона, можно перемотать ролик на 13.20, оттуда начинается речь про соотношение длины шатуна к ходу поршня.

Всё мнение Власа можно уложить одной, пусть и не короткой, цитатой:«Чем больше R/S, тем кверху поршень немножко замедляется и назад так, потом раз и ускоряется и внизу тоже замедляется. Чем R/S выше, тем он (поршень) больше здесь (возле мертвых точек) замедляется. Для чего это нужно, особенно у верховых моторов, особенно у формулы 1, где у них R/S достигает 2,2-2,4 и … его знает сколько. Для чего это сделано? Для того, чтобы смесь, когда она сожмётся замедленно, она взорваться успела и сгорела полностью, чтобы это пламя распространилось и нормально произошла отдача на коленвал и на маховик и так далее.»Дальше Влас сообщил о том, что обратный эффект у малого R/S, а после начался разговор про клапана.

Влас – технически грамотный человек. Готов признать, что и я, автор данной статьи, что-то почерпнул из его роликов. Важное преимущество Власа перед автором первого ролика – это опыт. Ну, и конечно же знания. Но мы видим общее представление Власа с предыдущим оратором о том, что увеличение R/S достаточно значимо влияет на скорость поршня возле мёртвых точек. И речь не об отдельном ходе коленчатого вала, который действительно вносит серьёзные поправки в физику работы двигателя в отличие от его соседа шатуна. Опять же мы видим избитый пример про формульные моторов.

=========Теория ДВС==================================

А вот автор третьего канала, который посвятил соотношению R/S аж три видеоролика, меня приятно удивил. Почему удивил? Потому что пару раз я был разочарован его высказываниями в адрес некоторых конкретных ДВС и особенно меня расстроило то, что он в серьёз взялся за сборку двигателя Ибадуллаева. Честно признаться, сев писать статью, я ожидал, что Евгений будет защищать R/S или хотя бы будет относиться к нему как к данности. Но нет! Он как раз-таки отрицал необходимость акцентирования внимания на нём и достаточно популярно в последнем из приведённых роликов объяснил конструктивную необходимость установки длинных шатунов в двигателе мотора Формулы 1.Согласно мнению Евгения, необходимо ставить максимально короткий шатун. И с этим утверждением сложно спорить хотя бы потому, что короткий шатун легче и прочнее (динамика и сопромат).

==================Итог анализа общественного мнения=======================

На данный момент соотношение длины шатуна к ходу поршня представляет собой серьёзную проблему. Существует массово распространённая информация об эффективности данного параметра и существует категория людей, которые отказываются верить в данный феномен.Общение с некоторыми знакомыми, имеющими непосредственное отношение к автомобилям, дало понять, что некоторые даже никогда не слышали или не задумывались о том, что это вообще такое. К ним можно отнести также и тех людей, кто вообще не интересуется тюнингом и двигателестроением.

Можно сказать, что мир автолюбителей и профессионалов разделился на три фронта: за R/S, против R/S и те, кому фиолетово.Но ведь это какой-то бред! Обычное геометрическое соотношение в 21-м веке не должно представлять собой очередной вид религии!Поэтому далее мы с Вами окончательно разберёмся с этим вопросом.

На сим всё;)Продолжение следует=)

www.drive2.ru