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



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


Позже →