Предпосылки улучшения экономичности двигателя

Бензовоз Faneol (1930)
Бензовоз Faneol (1930)

Изменение эффективного к.п.д. автомобильных карбюраторных двигателей в процессе развития характеризуется резким ростом экономичности от начала появления бензиновых двигателей до 1925—1927 гг., далее рост идет с несколько ослабленным темпам.

Сильное улучшение экономичности в первые годы развития автомобильных двигателей обусловлено постепенным устранением различных недостатков рабочего процесса, имевших место в подавляющем большинстве двигателей. К этим недостаткам можно отнести следующие. Низкие степени сжатия вследствие неудовлетворительных форм камер сгорания. Ненормальное смесеобразование, обусловленное применением тогда конструкций карбюраторов, не обеспечивающих хорошего распыливания топлива. Частые нарушения нормального состава смеси в стороны переобогащения или переобеднения. Слишком большая нестабильность состава смеси по цилиндрам, обусловленная неудовлетворительным распыливанием топлива и неудачными конструкциями впускного и выпускного трубопроводов. Частое несоответствие момента зажигания режиму работы двигателя. Нарушения режима охлаждения — зачастую стремление к поддерживанию ненормально низкой температуры охлаждающей воды и т. п.

Наряду с устранением различных ненормальностей в рабочем процессе и конструкции двигателя сильное влияние на рост экономичности обусловило повышение степени сжатия, которая при небольших значениях влияла на экономичность значительно сильнее. В последующие годы экономичность двигателей неуклонно улучшалась главным образом благодаря постепенному повышению степени сжатия.

Автомобиль Pontiac Grand Ville (1973)
Автомобиль Pontiac Grand Ville (1973)



Улучшение экономичности двигателя

Роскошный роадстер Ford Phaeton (1934)
Роскошный роадстер Ford Phaeton (1934)

При изготовлении первых автомобилей еще не задавались экономией топлива. Главное стремление конструкторов заключалось в том, чтобы обеспечить бесперебойное движение. Вскоре было обращено внимание и на расход топлива, поскольку именно он определял размеры баков, обеспечивающих заданный запас хода, а при определенном объеме баков ограничивает его.

Рассмотрим изменение удельного расхода топлива в граммах на одну эффективную л.с. в час. Расход топлива в первых двигателях превосходил 500 г э.л.с.ч. и доходил даже до 1 кг/э. л. с. ч. В 1905г. испытания на стендах показывали удельный расход в 400—700 г/э.л.с.ч., а минимальный расход доходил до 350 г/э.л.с.ч. Автомобильные двигатели периода, предшествовавшего первой мировой войне, давали уже минимальный расход бензина в 270—300 г/э.л.с.ч.

Повышение степени сжатия и усовершенствование карбюраторов позволили в дальнейшем снизить расход бензина до 240—220, а в лучших современных бензиновых двигателях — до 120 г/э.л.с.ч. и более. Применение непосредственного впрыска бензина и повышение степени сжатия позволят еще снизить удельный расход топлива, приближая его к расходу дизельного двигателя.

Дизельные двигатели отличаются более высокой экономичностью и в зависимости от метода распыливания топлива дают расход 100—200 г/э.л.с.ч. дизельного топлива. В более старых конструкциях дизельных двигателей расход топлива составлял 180—220 г/э.л.с.ч., при этом меньшие значения относятся к двигателям с непосредственным впрыском (струйное распыливание). При оценке топливной экономичности следует учитывать теплотворность топлива, поэтому более точно экономичность можно оценить эффективным коэффициентом полезного действия, который для современных карбюраторных бензиновых двигателей колеблется от 0,20 до 0,30 и для дизельных двигателей от 0,27 до 0,39.

Chevrolet Pickup (1930)
Chevrolet Pickup (1930)



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)



← РаньшеПозже →