Предпосылки повышения литровой мощности двигателей

Volvo P-1800 1961 г.в. (1960-1963), которому удалось проехать за 40 лет более 4 млн. км без капремонта двигателя
Volvo P-1800 1961 г.в. (1960-1963), которому удалось проехать за 40 лет более 4 млн. км без капремонта двигателя

Величина литровой мощности обычных, широко эксплуатируемых автомобильных двигателей на том или ином этапе их развития соответствует уровню развития техники и в полной мере отражает технологические возможности автомобильной промышленности. Несмотря на то, что есть и всегда была полная возможность выпускать двигатели с литровой мощностью, превосходящей среднюю величину, характерную для данного периода, большинство заводов, даже в рекламных целях не стремится к этому, а придерживается значений, обеспечивающих долговечность двигателей. Если предел повышения степени сжатия зависит от октанового числа топлива, то число оборотов коленчатого вала двигателя ограничивается технологическими возможностями, степенью совершенства балансировки и уравновешивания двигателя, методами обработки, износостойкостью и прочностью деталей.

Конструкторы автомобилей, исходя из реальных возможностей, не стремятся достигнуть рекордно высоких литровых мощностей автомобильных двигателей, а главной характеристикой двигателей считают их долговечность при эксплуатации на обычном топливе и масле в любых климатических и дорожных условиях. В результате такой установки межремонтные пробеги получаются достаточно высокими, затраты на ремонт и эксплуатацию сокращаются и надежность автомобилей возрастает.

Литровая мощность двигателей грузовых автомобилей, как правило, ниже, чем двигателей легковых автомобилей. В грузовых вариантах двигателей при неизменной их конструкции с двигателями легковых автомобилей обычно при помощи предельного регулятора уменьшается степень сжатия и ограничивается число оборотов.

Американские грузовики, отличающиеся внушительным ресурсом двигателя (несколько млн. км)
Американские грузовики, отличающиеся внушительным ресурсом двигателя (несколько млн. км)



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



Эволюция фаз газораспределения

Шестицилиндровый двигатель BMW с возможностью регулировки фаз газораспределения
Шестицилиндровый двигатель BMW с возможностью регулировки фаз газораспределения

Подобно тому, как развивалось опережение впуска, развивались и другие фазы газораспределения. К 1930 г. средние числа оборотов коленчатого вала при максимальной мощности для ряда двигателей легковых автомобилей приблизились к 3000 об/мин. Вопрос о фазах газораспределения в то время стоял особенно остро, так как увеличивались не только максимальные обороты, но и диапазон оборотов, которому должны соответствовать неизменные фазы газораспределения. К этому времени относится ряд больших научно-исследовательских работ в СССР и за границей, посвященных исследованию влияния различных факторов на процесс наполнения. В конце 20-х и начале 30-х годов появились предложения конструкции с фазами газораспределения, изменяемыми при изменении числа оборотов, однако в связи со сложностью конструкции эти проекты в промышленность
внедрены не были.

В 30-х годах было установлено, что фазы газораспределения в большой степени обусловлены такими явлениями, как дозарядка после н.м.т., продувка цилиндра в в.м.т., влияние импульсов во впускном и выпускном трубопроводах и другими явлениями.

Помимо развития фаз газораспределения увеличение числа оборотов коленчатого вала было неразрывно связано с развитием конструкции органов газораспределения.

Весьма сильное влияние на рост числа оборотов коленчатого вала, особенно в первые годы развития двигателестроения, оказывало состояние теории и техники уравновешивания и балансировки двигателей.

Рост числа оборотов коленчатого вала двигателей исторически обусловлен также развитием способов воздействия на процесс сгорания. В частности в 30-х годах начался, а в 40-х годах завершился переход к автоматическому регулированию угла опережения зажигания, так как применявшееся до этого ручное регулирование в условиях возросшего диапазона изменения числа оборотов не могло обеспечить нормальный рабочий процесс. В последние годы числа оборотов коленчатого вала двигателей приближаются к таким значениям, при которых следует принимать меры к ускорению процесса сгорания, так как в связи с сокращением времени, отводимого на процесс расширения, увеличивается доля тепла, выделяющаяся при значительном удалении поршня от в.м.т., что ведет к понижению экономичности.

В настоящее время высокооборотные двигатели уже не рассчитывают на возможность работы на «разносных» оборотах. Для предотвращения поломок двигателей при случайном повышении числа оборотов коленчатого вала на современных двигателях легковых автомобилей, работающих при числе оборотов свыше 4000 об/мин, и на многих двигателях грузовых автомобилей устанавливают регуляторы чисел оборотов.

Помимо указанных выше факторов для увеличения числа оборотов коленчатого вала большое значение имела постепенная доводка механизмов в целях снижения потерь на трение. Постепенно совершенствовались чистота поверхностей деталей, микрогеометрия, конфигурация и специально подбирались материалы трущихся пар.

420-сильный мотор BMW M3 с 8-ю цилиндрами, развивающий крутящий момент в 400 Нм
420-сильный мотор BMW M3 с 8-ю цилиндрами, развивающий крутящий момент в 400 Нм