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)



Эволюция литража автомобильных двигателей

Малолитражный автомобиль БМВ Изетта (BMW Isetta) с двигателем 0.3 литра (1956-62)
Малолитражный автомобиль БМВ Изетта (BMW Isetta) с двигателем 0.3 литра (1956-62)

Весьма важной характеристикой двигателя является литраж, т. е. суммарный рабочий объем всех цилиндров, выраженный в литрах. Первые одноцилиндровые двигатели Даймлера и Бенца имели рабочий объем менее 1 л.
С появлением двухцилиндровых двигателей их литраж достиг 1,5—2,3 л и, наконец, в четырехцилиндровых двигателях начала XX в. 2,5—5,5 л, а в особенности мощных—7—9-цилиндровых — и в двигателях гоночных автомобилей до 12, 15 и 18л. К началу первой мировой войны максимальный литраж начал уменьшаться и наибольшее число наиболее комфортабельных автомобилей имели двигатели литражом до 6—7 л. После первой мировой войны число двигателей с литражом 6—7 л сократилось, и когда появились в 30-х годах двенадцати- и шестнадцатицилиндровые двигатели, их литраж был максимальным и достигал 6,5—7,5 л. С исчезновением после второй мировой войны двенадцати- и шестнадцатицилиндровых двигателей наметилось снижение литража, так как значительно поднялась литровая мощность, и максимальный литраж двигателей первоклассных автомобилей упал до 5,82 л.

За десятилетие (1945—1955 гг.) максимальный литраж незначительно сократился (на 0,1—0,2 л), а с 1955 г. начал снова расти вследствие увеличения диаметра цилиндров двигателей без изменения хода поршня. В настоящее время легковые автомобили Европы в преобладающем большинстве малолитражные. Получающие распространение в последнее время так называемые «микролитражные» автомобили имеют обычно двухцилиндровые двигатели с рабочим объемом 0,2— 0,5 л. Европейские легковые автомобили среднего литража имеют рабочий объем двигателей 1,5—2,5 л, при этом следует заметить стремление к некоторому небольшому повышению литража сравнительно с предшествовавшими моделями. Литраж автомобилей высокого класса в Европе колеблется в пределах 3,5—4,5 л и редко выше. Легковые автомобили США отличаются большим, чем в Европе литражом: для автомобилей высокого класса 4,5—6,13 л, для автомобилей среднего класса 2,5—4 л.

С литражом менее 2,5 л в США выпускается достаточно мало автомобилей, и они не получили широкого распространения. Литраж двигателей грузовых автомобилей достигает больших величин, как в Европе, так и в США, начиная с тех же значений, что и у легковых автомобилей. Литраж дизельных двигателей тяжелых грузовых автомобилей доходит до 15 л, а на специальных автомобилях и больше. Литраж бензиновых двигателей ограничивается в Европе 6—7 л, а в США до 9,5 л и иногда выше.

Aston Martin DB4 с 4,5-литровым двигателем мощностью 420 л.с. (1958-63)
Aston Martin DB4 с 4,5-литровым двигателем мощностью 420 л.с. (1958-63)


  • Эффективное и увлекательное обучение игре на гитаре на блоге начинающего музыканта Bloat.ru.
  • Блог Трубача
  • Записки бывшего солдата о службе, Родине и гражданке.

  • 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

    Позже →