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

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

Превышение двигателями порога безопасности движения

Трехосный самосвал МАЗ-530 (1956—1962) с двигателем 450 л.с.
Трехосный самосвал МАЗ-530 (1956—1962) с двигателем 450 л.с.

Рост мощности автомобильных двигателей после того, как скорость движения автомобилей намного превысила скорость конных повозок, объясняется стремлением повысить максимальную скорость. Однако автомобили очень быстро достигли таких скоростей движения, которые намного превзошли скорости, допустимые условиями безопасности движения. Пришлось вводить даже ограничительные законы. И все же мощность двигателей росла, причем цель ее увеличения была уже не в достижении еще больших скоростей, опасных для обычных автомобилей, а в достижении высоких ускорений при трогании с места, разгоне автомобиля и обгонах других машин.

Кроме того, что повышение мощности двигателей улучшает динамику автомобилей, с увеличением мощности легче достигается бесшумность работы двигателя, износ его уменьшается, увеличиваются межремонтные пробеги, долговечность и надежность автомобиля возрастают и облегчается управление. Но безрассудное увеличение мощности, как это имеет место в США, где главным стимулом является реклама, приводит к чрезмерно большим мощностям двигателей, которые не диктуются никакими конструктивными и эксплуатационными соображениями. Рост мощности двигателей связан также с необходимостью увеличения запаса мощности при переходе к бесступенчатым трансмиссиям, а также обусловлен увеличением затраты мощности на привод различных вспомогательных устройств автомобиля.

Мощность бензиновых двигателей грузовых автомобилей обычно ниже аналогичных двигателей легковых автомобилей, однако, следует выделить класс большегрузных автомобилей, у которых мощность двигателей часто значительно превышает максимальную мощность двигателей легковых автомобилей. Так, советские дизельные двигатели Д-12А, устанавливаемые на автомобилях-самосвалах большой грузоподъемности (25—40 т), имеют мощности 300 и 450 л. с., такие же мощности имеет ряд зарубежных автомобильных дизельных двигателей. Отдельные карбюраторные двигатели грузовых автомобилей также имеют весьма высокую мощность. Так, карбюраторные двигатели, применяемые для грузовых автомобилей в США, имеют мощности около 800 л. с.

РСЗО 9К58 «Смерч» с дизельным двигателем Д-12А
РСЗО 9К58 «Смерч» с дизельным двигателем Д-12А

Эволюция советского автомобиля

АМО Ф-15 - первый советский грузовой автомобиль 1924 г.
АМО Ф-15

После Великой Октябрьской социалистической революции Московский завод АМО постепенно перешел от ремонта автомобилей для нужд армии на производство двигателей, а с 1924 г. начал выпускать первые советские автомобили. Первые десять автомобилей AMO Ф-15 были выпущены к годовщине Октябрьской революции и приняли участие в параде 7 ноября 1924 г. С 1925 г. начал выпуск автомобилей Ярославский автомобильный завод.

Однако число автомобилей, выпускаемых двумя заводами, было совершенно недостаточно, и по решению Советского правительства было начато строительство заводов-гигантов: в Москве на базе завода АМО производительностью 25000 автомобилей в год и в Горьком на 100000 автомобилей в год.

Московский завод начал массовый выпуск автомобилей в сентябре 1931 г., Горьковский в апреле 1932 г. В это же время был реконструирован Ярославский автомобильный завод.

Во второй пятилетке производительность советских автомобильных заводов возросла почти в 10 раз по сравнению с выпуском за годы первой пятилетки, а по выпуску грузовых автомобилей (более 200 000 шт. в год) СССР вышел на первое место в Европе и на второе место в мире.

Дальнейший рост числа автомобилей, увеличение и разнообразие моделей выпускаемых машин и повышение их эксплуатационно-технических показателей продолжалось до второй мировой войны, когда автомобильные заводы были перестроены для удовлетворения потребностей фронта в необходимых типах машин.

автомобиль ГАЗ М-20 “Победа” - массовая советская машина
ГАЗ М-20 “Победа”

По окончании Великой Отечественной войны автомобильная промышленность была реконструирована, вступили в строй новые автомобильные заводы (в Минске, Кутаиси, Миассе и Ульяновске), были поставлены на производство более совершенные конструкции автомобилей (М-20 «Победа», ГАЗ-51, ЗИЛ-150, МАЗ-200, ЗИЛ-110 и др.), разработанные во время войны. На XX съезде КПСС были даны директивы по созданию новых, более совершенных по своим технико-эксплуатационным показателям автомобилей, не уступающим лучшим показателям наиболее совершенных машин, выпускаемых лучшими заводами мира.

По данным ЦСУ СССР в 1959 г. в СССР было выпущено 125 тыс. легковых и 370 тыс. грузовых автомобилей, в 1960 г. 139 тыс. легковых и 385 тыс. грузовых.

Наряду с увеличением выпуска автомобилей намечены коренные изменения качественного состава автомобильного парка. В несколько раз возрастает за семилетие выпуск грузовых автомобилей большой грузоподъемности (Кременчугский и Белорусский автомобильные заводы), прицепов и полуприцепов, седельных тягачей и специализированных автомобилей.

Автобусы будут выпускаться малой, средней и большой вместимости для городов и сельской местности, для внутрирайонных и междугородных сообщений (Ликинский, Львовский, Рижский и другие автобусные заводы).

ЗАЗ-965 «Запорожец» ушастый горбатый “Запор”
ЗАЗ-965 «Запорожец»

Парк легковых автомобилей пополнится микролитражным автомобилем ЗАЗ-965 «Запорожец», выпуск которого начат с 1960 г. Запорожским автомобильным заводом «Коммунар».
Советские автомобили «Москвич-407», М-21 «Волга», М-13 «Чайка», ЗИЛ-111, ЗИЛ-130, ГАЗ-52, МАЗ-500 и многие другие по основным показателям не уступают заграничным автомобилям, а по ряду показателей превосходят их. Направление развития советской автомобильной промышленности характеризуется строгой научной обоснованностью количественных и качественных показателей.