Повышение литровой мощности автомобильных двигателей

Один из первых автомобилей Даймлера
Один из первых автомобилей Даймлера

Характерной оценкой степени совершенства автомобильного двигателя является его литровая мощность, представляющая отношение максимальной эффективной мощности к литражу.
Литровая мощность первых двигателей Даймлера и Бонна была около 1 л.с./л. К.1895 г. литровая мощность автомобильных двигателей достигла 3,0—3,5 и к концу XIX в. 4 л. с./л.

К 1905 г. литровая мощность в обычных двигателях легковых автомобилей достигла 6, а в лучших образцах комфортабельных автомобилей, спортивных и гоночных вариантах повысилась до 7—8 и даже более 9 л. с./л. К началу первой мировой войны средняя литровая мощность была около 9, а к 1925 г. достигла 15 л.с./л. В период 1935—1945 гг. средняя литровая мощность была 25; к 1955 г. приблизилась к 35—40 л.с./л., а в форсированных двигателях до 50 л.с./л. В 1961 г. литровая мощность многих двигателей составляла от 40 до 50 л.с./л, а в отдельных— до 65 л.с./л. К 2009 году литровая мощность достигла 100л.с./л.

Повышение литровой мощности достигалось вследствие повышения числа оборотов коленчатого вала двигателя и увеличения среднего эффективного давления. О мерах, применяемых для увеличения числа оборотов, было сказано выше, поэтому коснемся вкратце способов повышения среднего эффективного давления.

Чтобы с повышением числа оборотов коленчатого вала не происходило падения среднего эффективного давления, необходимо обеспечить достаточно высокий коэффициент наполнения и уменьшить механические потери в двигателе. Кроме того, поднять величину среднего эффективного давления позволяет увеличение степени сжатия, что вместе с увеличением числа оборотов дает рост литровой мощности.

Автомобиль Peugeot 402 (1936) со оригинальным расположением передних фар
Автомобиль Peugeot 402 (1936) со оригинальным расположением передних фар



Временная эволюция степени сжатия двигателей

8,3-литровый двигатель спорткара Dodge Viper мощностью 507 л.с.
8,3-литровый двигатель спорткара Dodge Viper мощностью 507 л.с.

Рассмотрим характер изменения величины степени сжатия по годам. Прежде всего, следует сказать, что в начале развития автомобилестроения, несмотря на то, что конструкторы двигателей знали преимущества высоких степеней сжатия, им приходилось назначать почти как стандартную величину степень сжатия, равную 4. Главной причиной подобного ограничения было октановое число топлива, не превышавшее 40. Основным требованием к топливу в то время была его легкая испаряемость, необходимая для пуска двигателя, поскольку при малом совершенстве карбюраторов пуск был всегда затруднительным даже при прекрасных показателях испаряемости бензина. При пробе бензина требовали, чтобы капля его, падая с высоты человеческого роста, успевала испариться, не достигнув земли. Оценку бензина вели также по удельному весу, что совершенно не характеризует его испаряемости и антидетонационной стойкости. Степень сжатия заводы подбирали по выполненной конструкции обычно практически, чтобы при работе не было стуков от «самовоспламенения смеси», как тогда называли все явления, связанные со стуками в двигателях, зависящими от несвоевременного (раннего) сгорания. В число таких стуков входили и детонационные. Чтобы обеспечить спокойную и нормальную работу двигателя, некоторые конструкторы ограничивались степенью сжатия 3,5—3,8, а некоторые превосходили 4, что можно было делать в двигателях с верхними клапанами, большим числом оборотов и большим запасом мощности, устанавливавшихся обычно на комфортабельных легковых автомобилях высокого класса.

Но все же подавляющее число конструкторов принимало, как правило, степень сжатия в пределах до 4 и поэтому даже в технических характеристиках, даваемых в научных трудах для инженеров, степени сжатая для отдельных марок не указывались.

До опубликования результатов опытов Рикардо (Engineering, IX, 1920) о степени сжатия не давалось никаких сведений, как в инженерной литературе, так и в справочных материалах фирм, что вполне естественно, так как степень сжатия во всех двигателях была близка к 4. К 1925 г. следует отнести начало опубликования данных о степенях сжатия, как обязательном параметре двигателя. В 1925 г. в США появились двигатели со степенью сжатия 5. К 1935 г. средняя степень сжатия приблизилась к 6, а в некоторых, особо форсированных двигателях, до 7 и даже выше. К 1945 г. средняя степень сжатия была на уровне 6,5 и, наконец, в 1955 г. превзошла 7,5. Следует заметить, что в Европе величина средней степени сжатия несколько ниже, чем в США (приблизительно на единицу), так как октановые числа бензинов, применяемых в Европе, меньше. Средняя величина октанового числа европейских бензинов 70 или несколько больше, в то время как в США широко распространенный «регулярный» бензин имеет октановое число около 85, а специальный, так называемый «премиальный», около 95. На автомобилях высокого класса в США в 1956 г. степень сжатия двигателей дошла до 10 (Паккард), а в 1961 г. до 11 (Шевроле). Правда, в Европе также имеются спортивные автомобили с высокими степенями сжатия двигателей, но для них необходимы топлива с повышенными октановыми числами.

В карбюраторных двигателях грузовых автомобилей степень сжатия соответственно ниже, так как они работают на режимах, более близких к полной нагрузке, и пониженных числах оборотов.

Восьмицилиндровый двигатель автомобиля BMW M3
Восьмицилиндровый двигатель автомобиля BMW M3


33_prevrawenie_1_pr.JPG


Методика измерения октанового числа топлива

Топливо с различными октановыми числами на автомобильной заправке
Топливо с различными октановыми числами на автомобильной заправке

Большую роль для определения антидетонационных свойств бензина сыграла методика их количественного измерения. Рикардо предложил для этого «толуоловый эквивалент», который определялся таким образом: в опытном двигателе с переменной степенью сжатия сначала определяли наивысшую допустимую степень сжатия для данного бензина, а после этого подбирали такую смесь толуола с гептаном (имеющим весьма низкие антидетонационные свойства), которая выдерживает ту же степень сжатия; процент толуола в этой смеси и показывал толуоловый эквивалент. Но с повышением стойкости бензинов толуоловый эквивалент оказался малоудобным и потребовалась более стойкая эталонная смесь. Поэтому в качестве эталонной была принята смесь весьма стойкого против детонации изооктана с нестойким нормальным гептаном; процент изооктана в смеси, имеющей такие же антидетонационные свойства, что и данный бензин, называется его октановым числом. Для определения октанового числа в конце 1930 г. был установлен так называемый «исследовательский метод» (метод F-1), при помощи специального одноцилиндрового двигателя с переменной от 4 до 12 степенью сжатия. В 1933 г. метод определения октановых чисел на такой же установке был уточнен, получил название «моторного метода» и принят в качестве стандартного (ГОСТ 511-46). В настоящее время моторный метод перестает быть удовлетворительным, так как он малонадежен при исследовании бензинов с октановым числом, близким 100 и особенно более 100. Выработаны также методы оценки детонационной стойкости топлив, весьма стойких против детонации.

Оценка антидетонационных свойств топлива, исследования мер борьбы с детонацией и пути, найденные конструкторами двигателей и технологами топливной промышленности, позволили довести степень сжатия карбюраторных двигателей до 8—10 и даже 12. Предположительный предел повышения степени сжатия около 14, дальше которого при современном состоянии двигателестроения заметного сокращения расхода топлива и увеличения мощности двигателя ожидать нельзя. Кроме того, при этом будет иметь место увеличение нагрузки и износа деталей.

Прибор для измерения октанового числа топлива ОКТАН-И
Прибор для измерения октанового числа топлива ОКТАН-И


  • Тюменский блог про авто, дороги и ГАИ расскажет о новых моделях, дорожной обстановке и штрафах.
  • Создание, раскрутка и поддержка сайтов во Владивостоке - это компания «Аниматика».
  • Недорогие запчасти Нonda для всего модельного ряда предлагает ООО «Все автозачасти».

  • Применение антидетонаторов топлива

    Старая АЗС в г. Кент, штат Орегон, перед своим закрытием продававшая бензин по цене $0.66 за галлон
    Старая АЗС в г. Кент, штат Орегон, перед своим закрытием продававшая бензин по цене $0.66 за галлон

    Большую роль в повышении степени сжатия двигателей сыграли антидетонаторы. Сначала для повышения детонационной стойкости бензина к нему прибавляли ароматики — бензол и толуол, но эффект от их добавки был незначителен и не удовлетворял автомобилистов. Тогда начали пробовать другие вещества, способные сильно повышать антидетонационные свойства бензина, при небольших количествах антидетонатора. Испытания анилина, ксилидина, дифениламина и других антидетонаторов дали положительные результаты: эффект во много раз превзошел результаты работы с бензолом. Еще эффективнее оказалось применение карбонилов железа, никеля и этиловых соединений свинца.

    Самым эффективным из всех, известных до сих пор антидетонаторов, является тетраэтиловый свинец,
    известный химикам с 1853 г. Антидетонационные свойства тетраэтилосвинца были открыты только в 1921 г. Кеттерингом, Миджлеем и Бойдом. Эти экспериментаторы, работавшие в лаборатории американской автомобильной корпорации Дженерал моторс, нашли, что небольшие добавки к бензину тетраэтилового свинца (практически добавляется не более 0,2% объема бензина) сильно повышают его детонационную стойкость. Через два года, а именно 1 февраля 1923 г., начали широко применять так называемый “этилированный” бензин, а еще через два года было уже продано почти 750 млн. л этого бензина. В 1939 г. этилированный бензин составлял 75% всего количества бензина, потребляемого в США. Нужно заметить, что в связи с многочисленными отравлениями (было зарегистрировано 138 случаев, из них 13 со смертельным исходом) в 1925 г. этилированный бензин был запрещен, но в 1926 г. снова было разрешено его применение. Использование этилированного бензина требует выполнения мер предосторожности, поэтому были выработаны обязательные правила обращения с ним, а, кроме того, чтобы всегда можно было отличить ядовитый этилированный бензин, его окрашивают в красный (реже - в синий) цвет.

    Есть еще один антидетонатор, мало уступающий тетраэтиловому свинцу, — пентакарбонил железа но при сгорании он образует твердые окислы, вызывающие износ двигателя и, кроме того, он склонен к разложению, особенно при действии света.

    Ядовитость, сравнительно высокая цена и сложность производства тетраэтилового свинца, несмотря на большой эффект применения, заставляют добиваться получения высокооктановых бензинов технологическим путем в самом процессе их производства. Так возникло стремление получать стооктановый бензин на триптановой основе (триптан — углеводород парафинового ряда, более стойкий, чем изооктан, применяющийся для определения октановых чисел, особо стойких против детонации топлив).

    Нефтяная вышка


    ← РаньшеПозже →