Pojemność silnika: co to jest i jak się ją oblicza? Na co wpływa?
Współczesne silniki spalinowe są coraz mniejsze, co stanowi ukłon w stronę ograniczenia emisji spalin. Aby to zrozumieć warto poznać czym jest pojemność silnika, jak się ją oblicza i na co ona wpływa.
Amerykanie mają słynne powiedzenie: „there is no replacement for displacement”. Czyli „nic nie zastąpi pojemności skokowej”. Zgodnie z nim przez lata wytwarzali oni jednostki napędowe o pojemności skokowej wyraźnie przewyższającej silniki europejskie czy japońskie.
Choć Stary Kontent jest już od lat pogrążony w downsizingu, w Stanach Zjednoczonych nadal sprzedaje się samochody z dużymi jednostkami napędowymi. Choć nie takimi, jak lata temu.
Co to jest pojemność silnika?
Pojemność silnika wyrażana jest w centymetrach sześciennych lub w litrach. W Stanach Zjednoczonych określa się ją z kolei przy pomocy cali sześciennych. Stanowi ona sumę różnic pomiędzy maksymalną a minimalną objętością każdego cylindra.
W praktyce, im większą jednostka napędowa ma pojemność, tym jest w stanie spalić więcej mieszanki paliwowo-powietrznej. Dzięki temu wytwarza wyższy moment obrotowy.
Pojemność silnika nazywana jest również pojemnością skokową. Dlaczego? Ponieważ to tak naprawdę objętość walca, w którym porusza się tłok, pomnożona przez liczbę cylindrów.
Jak obliczyć pojemność silnika?
Aby obliczyć pojemność silnika należy skorzystać z poniższego wzoru:
V=[0,785 x D² x S x N]/1000
- V to pojemność silnika w cm3
- 0,785: liczba π/4
- D: średnica cylindra
- S: skok tłoka
- N: liczba cylindrów
Pojemność można obliczyć również za pomocą innego wzoru:
V=[3,14 x R² x S x N] / 1000
- 3,14: liczba π
- R: promień cylindra
- S: skok tłoka
- N: liczba cylindrów
Jak obliczyć moc silnika?
Moc silnika to praca wytworzona przez ciśnienie gazów, działających na denko tłoka w jednostce czasu. W przypadku jednostek napędowych o dwóch lub większej liczbie cylindrów stanowi ona sumę mocy cylindrów, które wchodzą w jej skład.
Powszechnie w przypadku danych technicznych samochodów używa się mocy znamionowej. Jest ona równa mocy, jaką silnik samochodu może rozwinąć przy stałym obciążeniu w określonym przedziale czasu. Oczywiście, bez ryzyka uszkodzenia czy przegrzania (TUTAJ przeczytasz, jak długo trwa całkowite schłodzenie silnika).
Trzeba jednak pamiętać, że moc, podobnie jak moment obrotowy, ulega zmianie wraz z obrotami silnika.
Moc silnika oblicza się według poniższego wzoru:
P= M * ω
- M: moment obrotowy silnika (w Nm)
- ω: prędkość kątowa wału korbowego silnika (rad/s)
W ten sposób uzyskujemy wynik w watach. Aby zamienić go na kW, z których korzysta się przy podawaniu mocy silnika samochodu w danych technicznych, wynik należy pomnożyć przez 1000 (TUTAJ przeczytasz o chip tuningu).
Jaka jest optymalna pojemność silnika?
Według zespołu niemieckich naukowców uniwersyteckich optymalna pojemność pojedynczego cylindra to 500 cm3. Dlaczego? Korzystnie wpływa to bowiem na proces spalania, minimalizując stosunek powierzchni wewnętrznej do objętości jednostki napędowej, gdy tłok zbliża się do górnego martwego punktu.
Dążąc do optymalizacji mocy i zużycia paliwa przy jednoczesnej redukcji emisji spalin, trzy niemieckie potęgi motoryzacyjne – BMW, Mercedes i Volkswagen – szybko dołączyły do klubu 500, oferując klientom silniki z bezpośrednim wtryskiem i długim skokiem.
Najbardziej entuzjastycznym zwolennikiem cylindra o pojemności 500 cm3 pozostaje jednak BMW. Praktycznie cała rodzina jego silników – trzy-, cztero- i sześciocylindrowych – ma cylinder o właśnie takiej wielkości. Dotyczy to zarówno jednostek benzynowych, jak i wysokoprężnych. Dzięki temu silniki BMW są modułowe, przez co mogą „dzielić się częściami" (TUTAJ poznasz największe silniki, jakie montowano w autach z Europy).
Liczy się nie tylko pojemność skokowa 500 cm3, ale także wymiary, które ją zapewniają. Miłośnicy kręcenia silników muszą jednak zaakceptować nieco niższe maksymalne obroty. W zamian zyskują lepszą elastyczność, wynikającą z szerszej rozpiętości maksymalnych wartości mocy i momentu obrotowego.
Pojemność silnika: czy lepiej jest mieć silnik większej pojemności?
Silnik o dużej pojemności zapewnia wyższą moc. Większe komory spalania oznaczają jednak, że potrzebuje więcej powietrza i paliwa, aby wytworzyć mieszankę paliwowo-powietrzną.
W rezultacie już od lat odchodzi się od nich na rzecz jednostek napędowych w duchu downsizingu (TUTAJ poznasz wady i zalety silników benzynowych i wysokoprężnych).
Czym jest downsizing?
Silniki wykonane, zgodnie z ideą downsizingu cechują się niewielką pojemnością skokową, ale i dodatkowym wspomaganiem w postaci turbosprężarki. Pierwsza z nich pomaga uzyskać jak mniejsze zużycie paliwa przy jeździe z niewielkim obciążeniem.
Z kolei turbodoładowanie pozwala na uzyskanie wysokiej mocy w momencie, kiedy będzie to koniecznie. Czyli np. przy przyspieszaniu podczas wyprzedzania. W rezultacie silnik uzyskuje wysoką moc – zupełnie, jakby miał dużą pojemność – ale przy spokojnej jeździe, dzięki niewielkim komorom spalania, zużywa niewiele paliwa.
Moc a moment obrotowy. Co wynika z tych dwóch parametrów?
Silniki o wysokim momencie obrotowym wyróżniają się wyższą siłą. W rezultacie nadają się np. do ciągnięcia przyczepy. Z kolei te o większej mocy – lepiej przyspieszają. Tyle że łatwo tracą ciąg, np. przy podjeździe pod wzniesieniem, jeśli mają niewielki moment obrotowy.
Moc i moment obrotowy są ze sobą ściśle powiązane. Zresztą moc to inaczej moment rozwijany w jednostce czasu. Idealne parametry silnika to proporcjonalne wartości mocy i momentu w jak najszerszym zakresie obrotów.
FAQ: najczęściej zadawane pytania.
Czy silniki 3-cylindrowe są dobre?
Współczesne silniki 3-cylindrowe zdecydowanie różnią się od swoich odpowiedników sprzed lat. Wyróżniają się znacznie poprawioną kulturą pracy – szczególnie redukcją wibracji – potrafią szybko i płynnie nabierać obrotów, a przede wszystkim zużywają niewiele paliwa.
Wśród współczesnych jednostek tego typu są oczywiście lepsze i gorsze, ale ogólnie nie należy się ich bać (TUTAJ poznasz wady i zalety silnika 1.9 TDI).
Po czym poznać pojemność silnika?
Informację o pojemności najczęściej znajdziemy z boku silnika, na jego pokrywie lub na tabliczce znamionowej.