Форсированные двигатели с наддувом (компрессорные)

Дюзенберг Родстер (1931) - один из первых автомобилей с компрессоным двигателем (машина гангстера Коломбо из “В джазе только девушки”)
Дюзенберг Родстер (1931) - один из первых автомобилей с компрессоным двигателем (машина гангстера Коломбо из “В джазе только девушки”)

Кроме автомобилей массового выпуска, многие заводы, особенно европейские, выпускают спортивные автомобили с форсированными двигателями, причем форсирование производится как в результате повышения степени сжатия (при условии использования высокооктановых топлив и смесей), так и в результате увеличения числа оборотов. В связи с форсированием литровая мощность двигателей гоночных автомобилей повышается до 100-120 и даже выше 120 л.с/л. Для гоночных вариантов дальнейшее форсирование возможно путем установки нагнетателя, увеличивающего наполнение двигателя, особенно при значительном повышении числа оборотов коленчатого вала.

Следует заметить, что автомобили с “компрессорными двигателями”, как раньше называли двигатели с наддувом, выпускались в период между первой и второй мировыми войнами. Это германские автомобили Мерседес-Бенц ССК, американский Дюзенберг. Первый из них развивал литровую мощность выше 30, а второй — около 47,5 л.с/л.

Наддув, как средство повышения литровой мощности, широко применяется на автомобильных дизельных двигателях, у которых при относительно небольших оборотах коленчатого вала достигнуты весьма высокие значения литровой мощности (свыше 30 л.с/л). Для карбюраторных двигателей форсировка наддувом ограничивается детонацией и величина давления наддува не может быть высокой. Это было установлено еще в 30-х годах и дальнейшее развитие двигателей шло по пути повышения степени сжатия и числа оборотов коленчатого вала.

Редкая спортивная модель с форсированным мотором - Mercedes CCK
Редкая спортивная модель с форсированным мотором - Mercedes CCK



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



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 →