Увеличение числа цилиндров

Один из первых автомобилей Даймлера (1886)
Один из первых автомобилей Даймлера (1886)

Первые двигатели, установленные Даймлером на мотоцикле и Бенцем на автомобиле, были одноцилиндровыми. Последующие их модели, а также двигатели других конструкторов, начавших выпускать автомобили, также имели один цилиндр. Но уже в 1895 г. победители гонок — автомобили Панар — Левассор и Пежо имели двухцилиндровые двигатели. Первый четырехцилиндровый двигатель построил французский конструктор де Форре в 1891 г., и к концу XIX в. наиболее прогрессивные конструкторы начали их применять для автомобилей (Панар — Левассор с 1897 г.). К началу XX в. большинство автомобилей имело четырехцилиндровые двигатели, хотя в сравнительно дешевых и маломощных конструкциях оставались еще долго двух- и даже одноцилиндровые двигатели. Следует отметить, что фирмы Панар — Левассор (Франция) и Ланчестер (Англия) в это время создали трехцилиндровые модели двигателей для легких машин. Изучение динамики и конструкции трехцилиндровых двигателей послужило базой для постройки наиболее совершенных шестицилиндровых двигателей, сыгравших большую роль в создании высококомфортабельных автомобилей.

Преимущество шестицилиндровых двигателей, обладавших наиболее совершенной динамикой и высокой мощностью, было известно в самом начале XX в. Первый шестицилиндровый двигатель мощностью 30 л. с. на комфортабельном по тому времени шасси английского автомобиля Нэпир демонстрировался на выставке в Кристаль Палласе в 1903 г. В 1906 г. после тщательного исследования работы двух-, трех-, четырех-, шести- и восьмицилиндровых двигателей завод Роллс-Ройс, убедившись в преимуществах 6-цилиндровых двигателей, начал производство получивших мировую известность комфортабельных автомобилей с шестицилиндровым двигателем. Эта модель продержалась как базовая почти 20 лет (до 1925 г.). Широкое распространение шестицилиндровые двигатели получили после 1910 г., особенно в США, при этом исключительно на легковых автомобилях. К началу первой мировой войны почти все крупные автомобильные фирмы выпускали, кроме обычных широко распространенных четырехцилиндровых моделей, комфортабельные дорогие автомобили с шестицилиндровыми двигателями.

Двухцилиндровый двигатель Даймлера
Двухцилиндровый двигатель Даймлера

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

Увеличение коэффициента наполнения двигателя

Гоночный автомобиль Bugatti Type 37 Replica 1927 года выпуска
Гоночный автомобиль Bugatti Type 37 Replica 1927 года выпуска

Повысить коэффициент наполнения двигателя удалось, прежде всего, в результате доводки фаз распределения. В первых двигателях применялись автоматические клапаны впуска, открытие их начиналось после верхней мертвой точки (в. м. т.). До 1900 г. более половины всех двигателей имели автоматические впускные клапаны и только после 1902 г. их число стало быстро падать и после 1905 г. оставалось менее 5% таких двигателей. Но конструкторы, определяя начало фазы впуска при механических впускных клапанах, еще долгое время устанавливали начало открытия клапана с запаздыванием на величину до 15 и даже 25° поворота коленчатого вала, хотя наиболее проницательные из них принимали величину запаздывания менее 5 до 0° (Дион — Бутон). Наконец, после более точных исследований условий наполнения цилиндра наиболее прогрессивные конструкторы убедились, что открытие впускного клапана необходимо производить с опережением тем большим, чем быстроходнее двигатель. До первой мировой войны только на некоторых гоночных автомобилях (Бугатти) встречалось опережение впуска и только к концу 20-х гг. XX в. наиболее прогрессивные конструкторы начали применять опережение впуска на стандартных широко распространенных автомобилях. В 30-х годах опережение впуска стало общепризнанным. Если в двигателях ранних конструкций редко можно было встретить продолжительность впуска 190° и выпуска 230°, то в современных двигателях легко достигают продолжительности обеих фаз 260°.

Для повышения коэффициента наполнения, кроме увеличения фаз, постепенно совершенствовали впускной тракт и смесительную камеру карбюратора. В результате у двигателей, работающих при высоких числах оборотов, были получены высокие значения коэффициента наполнения.


Сервис Блогун


Блогун - монетизируем блоги

Повышение числа оборотов коленчатого вала

Устройство и принцип работы коленчатого вала
Устройство и принцип работы коленчатого вала

Решить задачу постройки двигателя для автомобиля удалось только благодаря увеличению числа оборотов коленчатого вала до нескольких сотен в минуту. Двигатель Даймлера, установленный на первом его мотоцикле, развивал до 600—800 об/мин, а двигатель первого автомобиля Бенца только 300—400 об/мин.

Вскоре в одно- и двухцилиндровых двигателях автомобилей число оборотов коленчатого вала достигло 1000—1200 и даже 1500 об/мин. К 1905 г. даже четырехцилиндровые, сравнительно тогда менее быстроходные двигатели, развивали максимальную мощность при 1000—1200 об/мин. К 1915 г. число оборотов коленчатого вала поднялось до 1500, а в наиболее быстроходных до 1800 об/мин.

После первой мировой войны число оборотов коленчатого вала двигателя достигло 2000—2500 об/мин (к 1925 г.), к 1935 г.—3200-3400 об/мин, к 1945 г.—4000 и к 1955 г.—4500—5000 об/мин, а к 1961 г.—6000 об/мин.

Как упомянуто выше, двигатели грузовых автомобилей характеризуются соответственно меньшим числом оборотов коленчатого вала. Дизельные двигатели остаются тихоходными, и за тридцатилетие число оборотов коленчатого вала повысилось только от 1000 до 2000 об/мин. Только в некоторых, как, например, советских дизельных двигателях ДБ (двигатели P. H. Бриллинга) число оборотов коленчатого вала достигает 3000 об/мин. Также следует указать на двигатели Перкинс, достигавшие 4000 об/мин еще в середине 30-х годов XX в.

Стремление повысить число оборотов коленчатого вала двигателей было естественным, так как только многооборотные двигатели позволили получить легкую, компактную и достаточно мощную конструкцию, пригодную для автомобиля. Но, достигнув 1000 — 1500 об/мин, конструкторы столкнулись с рядом затруднений, из которых главнейшими были ухудшение наполнения цилиндров свежей смесью, необходимость хорошего уравновешивания кривошипно-шагунного механизма и уменьшения механических потерь, сильно возраставших с повышением числа оборотов коленчатого вала.

Внешний вид коленчатого вала
Внешний вид коленчатого вала

← РаньшеПозже →