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


Методика измерения октанового числа топлива

Топливо с различными октановыми числами на автомобильной заправке
Топливо с различными октановыми числами на автомобильной заправке

Большую роль для определения антидетонационных свойств бензина сыграла методика их количественного измерения. Рикардо предложил для этого «толуоловый эквивалент», который определялся таким образом: в опытном двигателе с переменной степенью сжатия сначала определяли наивысшую допустимую степень сжатия для данного бензина, а после этого подбирали такую смесь толуола с гептаном (имеющим весьма низкие антидетонационные свойства), которая выдерживает ту же степень сжатия; процент толуола в этой смеси и показывал толуоловый эквивалент. Но с повышением стойкости бензинов толуоловый эквивалент оказался малоудобным и потребовалась более стойкая эталонная смесь. Поэтому в качестве эталонной была принята смесь весьма стойкого против детонации изооктана с нестойким нормальным гептаном; процент изооктана в смеси, имеющей такие же антидетонационные свойства, что и данный бензин, называется его октановым числом. Для определения октанового числа в конце 1930 г. был установлен так называемый «исследовательский метод» (метод F-1), при помощи специального одноцилиндрового двигателя с переменной от 4 до 12 степенью сжатия. В 1933 г. метод определения октановых чисел на такой же установке был уточнен, получил название «моторного метода» и принят в качестве стандартного (ГОСТ 511-46). В настоящее время моторный метод перестает быть удовлетворительным, так как он малонадежен при исследовании бензинов с октановым числом, близким 100 и особенно более 100. Выработаны также методы оценки детонационной стойкости топлив, весьма стойких против детонации.

Оценка антидетонационных свойств топлива, исследования мер борьбы с детонацией и пути, найденные конструкторами двигателей и технологами топливной промышленности, позволили довести степень сжатия карбюраторных двигателей до 8—10 и даже 12. Предположительный предел повышения степени сжатия около 14, дальше которого при современном состоянии двигателестроения заметного сокращения расхода топлива и увеличения мощности двигателя ожидать нельзя. Кроме того, при этом будет иметь место увеличение нагрузки и износа деталей.

Прибор для измерения октанового числа топлива ОКТАН-И
Прибор для измерения октанового числа топлива ОКТАН-И


  • Тюменский блог про авто, дороги и ГАИ расскажет о новых моделях, дорожной обстановке и штрафах.
  • Создание, раскрутка и поддержка сайтов во Владивостоке - это компания «Аниматика».
  • Недорогие запчасти Нonda для всего модельного ряда предлагает ООО «Все автозачасти».

  • Эволюция антидетонационных свойств топлива

    Схема процессов термического и каталитического крекинга
    Схема процессов термического и каталитического крекинга

    Открытые исследованиями конструктивные пути противодействия детонации не давали таких больших результатов, как повышение антидетонационных свойств топлива. Заметим, что автомобилисты не пошли на замену бензина бензолом или спиртом, более стойкими против детонации. Не привились также смеси бензола, бензина и спирта. Объясняется это хорошими пусковыми качествами бензина, низкой температурой застывания, хорошей испаряемостью, а главное, наличием больших запасов нефти, налаженностью производства бензина и сравнительно низкой его ценой. Высокая температура застывания бензола, его меньшая теплотворность, более высокая цена, несмотря на высокие антидетонационные качества, не дали преимуществ бензолу даже в Германии, где усиленно стремились культивировать бензольные смеси в качестве автомобильного топлива рядом законодательных мер. Французское законодательство создавало стимулы к замене бензина спиртом, что также не дало ощутимых результатов. Большой недостаток этилового спирта — высокая теплота испарения и плохая динамическая испаряемость — совершенно исключают пуск двигателя на спирте. Метиловый спирт нежелателен для двигателей, так как дает при сгорании продукты, вызывающие коррозию деталей, а его теплота испарения также высока.
    Нефтяная промышленность должна была учесть требования автомобилистов к антидетонационным качествам топлива, в связи с этим начались поиски сырья, дающего более стойкий бензин, а также методов переработки, позволяющих получать более высокие антидетонационные его свойства.

    В это же время начали применять новый способ получения бензина — крекинг, изобретенный В. Г. Шуховым в 1891 г., но не нашедший в то время применения. Первая установка В. Бортона, начавшая работать в 1913 г., была весьма несовершенна и малопроизводительна, но построенные вскоре высокопроизводительные крекинг-установки дали много бензина с новыми свойствами, из которых самым ценным была значительная стойкость против детонации. Усовершенствования последующих лет дали возможность получать путем парофазного крекинга еще более стойкий бензин и, наконец, к концу 30-х годов каталитический крекинг, а затем и реформинг дали возможность получать высокооктановые бензины.

    Процесс повышения антидетонационных свойств бензина шел очень медленно. Прошло более 40 лет с момента предъявления требований на антидетонационные топлива к нефтяной промышленности, но она и до сих пор не успевает поставлять бензин, выдерживающий такие степени сжатия, какие могли бы задать конструкторы двигателей.

    Современная установка для каталитического крекинга бензина
    Современная установка для каталитического крекинга бензина


  • Volvo xc90 - самый большой и безопасный шведский внедорожник.
  • Оперативный ремонт компьютеров на дому, компьютерная помощь.
  • Форум о компьютерах Pchelpforum.ru способен ответить на многочисленные вопросы новичков об устройстве и принципе работы различных комплектующих.