Эволюция степени сжатия автомобильных двигателей

Таблица зависимости КПД бензинового двигателя от степени сжатия
Таблица зависимости КПД бензинового двигателя от степени сжатия

Хотя конструкторам автомобильных двигателей еще в 1900 г. было известно, что увеличение степени сжатия влечет за собой повышение мощности двигателя и сокращение расхода топлива (при прочих неизменных параметрах) величина степени сжатия автомобильных двигателей с момента их возникновения до первой мировой войны оставалась практически неизменной и не превосходила значения 4.

Главной причиной стабильности степени сжатия была малая стойкость топлива против детонации. И несмотря на то, что процесс детонации, т. е. горения со скоростью взрыва, был известен в науке (пероксидная теория окисления углеводородов создана академиком А. Н. Бахом в 1897 г.), никто не знал сущности явления, происходящего в цилиндрах автомобильных двигателей при чрезмерно высоких для того времени степенях сжатия. Только специальные исследования, проведенные Рикардо во время первой мировой войны и исследования, проведенные позднее, показали, что именно является причиной, препятствующей повышению степени сжатия, и как можно, пользуясь, прежде всего, более стойкими против детонации топливами и путем конструктивных усовершенствований двигателя, поднять величину степени сжатия двигателя, не нарушая его правильной работы. На основании опытов Рикардо была составлена таблица, в которой даны схемы форм камер сгорания и расположения свечей зажигания и, что самое ценное, пределы степени сжатия для двигателей с соответственными камерами сгорания. Исследования Рикардо были закончены к началу 20-х годов и опубликованы в 1923 г. во втором томе его труда «The Internal Combustion Engine».

Таблица Рикардо, являющаяся результатом систематических, научно поставленных опытов, не потеряла своего значения и до настоящего времени, так как она дает сравнительные результаты для камер различной формы. Однако необходимо заметить, что в то время, когда составлялась таблица применялся бензин с малой стойкостью против детонации (с октановым числом до 40), на котором работали автомобильные двигатели того времени; кроме того, опыты проводились при 1500 об/мин.

Было установлено, как самим Рикардо, так и многими другими экспериментаторами мира, что различные сорта бензина из нефтей разного происхождения обладают различной стойкостью против детонации, а также была определена высокая стойкость ароматических углеводородов и спиртов. Последующие исследования показали, какую положительную роль играет теплопроводность поршня и головки цилиндра на склонность двигателя к детонации. Особенно ценной оказалась схема камеры сгорания, предложенная Рикардо, дававшая при боковых клапанах результаты, близкие к наилучшим, получаемым при верхних клапанах. Эта камера сгорания — «головка Рикардо», почти не уступавшая по допустимой степени сжатия «шатровой» и «полусферической», так как не требовала применения верхних клапанов, сильно усложнявших конструкцию двигателя, продержалась долгие годы. Позднейшие исследования Дженуэй, Уатмоу и ряда других конструкторов внесли изменения в конструкцию камеры Рикардо. Появились новые модификации камер сгорания, позволившие предельно повышать степень сжатия и устранять в то же время «жесткость» работы двигателей.

Автомобильный двигатель с изменяемой степенью сжатия
Автомобильный двигатель с изменяемой степенью сжатия


  • Алчный москвич расскажет вам о первых шагах начинающего интернет-бизнесмена.
  • Блок Петра aka Darek - юриста по профессии, который решил заняться блоггингом.
  • Все про отдых на море, а также о том, как на него заработать.

  • Преимущества многоцилиндровых двигателей

    16-цилиндровый двигатель Cadillac 16-cylinders engine
    16-цилиндровый двигатель Cadillac

    Одним из важнейших преимуществ многоцилиндрового двигателя является существенное уменьшение хода поршня, а, следовательно, и скорости поршня, приводящее к уменьшению износа.
    Немаловажную роль в погоне за большим числом цилиндров сыграла большая легкость глушения шума выпуска при увеличении числа цилиндров и большая надежность и легкость пуска двигателя из-за частоты вспышек и малого момента инерции маховика.

    Стимулом к увеличению числа цилиндров является также удельный вес двигателя, представляющий отношение веса двигателя в килограммах к его мощности в лошадиных силах. С увеличением числа цилиндров удавалось значительно сократить удельный вес двигателя, облегчить автомобиль и улучшить динамику и комфортабельность (максимальную скорость, приемистость, бесшумность, отсутствие вибраций).

    Но на пути увеличения числа цилиндров стояли серьезные препятствия. Прежде всего, увеличение числа цилиндров влекло за собой увеличение деталей, удорожание производства, эксплуатации и ремонта автомобиля, усложняло уход за ним и требовало высокой квалификации водителя.
    Влияние всех этих факторов всегда ограничивало применение многоцилиндровых двигателей для дешевых автомобилей с двигателями малой мощности. Как правило, малолитражные автомобили имеют до настоящего времени четырехцилиндровые двигатели и редко двухцилиндровые.

    Шестицилиндровые двигатели преобладали на автомобилях среднего и отчасти высокого класса, начиная с момента их развития — после 1910 г. до 50-х г. Однако они в связи с усовершенствованием восьмицилиндровых двигателей начали уступать место последним сначала в США, где в 20-х годах преобладали шестицилиндровые, а в 30-х годах начался переход на восьмицилиндровые. Наконец, в 50-х годах с появлением короткоходных V-образных восьмицилиндровых двигателей восьмицилиндровые повсюду вытесняют все типы двигателей на автомобилях высокого и среднего класса.

    Необходимо заметить, что на первых шагах автомобилестроения, несмотря на высокое качество материалов, применяемых конструкторами и технологами, пробег автомобилей до ремонта был сравнительно невелик, так как не было еще опыта эксплуатации автомобилей и некоторые детали изнашивались значительно раньше других. Не были найдены еще наиболее стойкие сплавы, например для выпускных клапанов, не было правильных методов термической обработки ряда деталей, например закалки токами высокой частоты поверхностей трения и т. д., а поэтому сроки службы многих деталей и межремонтные пробеги были невысоки. Конструкторы старались снижать механические нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма и тепловые напряжения, особенно выпускных клапанов, уменьшая мощность, приходящуюся на один цилиндр. Таким образом, стремление к повышению прочности двигателя, наталкивало; конструкторов на мысль увеличить число цилиндров.

    Нужно отметить, что мощность одного цилиндра двигателей автомобилей средней и малой мощности долго не превосходила 15 л. с. До половины 20-х годов только в автомобилях высокой мощности, спортивных и первоклассных с шестицилиндровыми двигателями, можно было встретить мощность в одном цилиндре двигателя более 15 л. с. В 30-х годах шести- и восьмицилиндровые двигатели высокой мощности начали выходить за пределы 15 л. с. на один цилиндр и это было вполне закономерно, так как к этому времени конструкторы освоили высокопрочные материалы, наиболее рациональную термическую и механическую обработку и более совершенную конструкцию деталей, что повысило износостойкость деталей, позволило приблизиться к равнопрочности деталей двигателя и удлинило межремонтные пробеги. Кроме того, мощные двигатели, устанавливаемые на комфортабельных автомобилях, сравнительно мало времени работают при полной нагрузке и поэтому обычный режим их работы не вызывает чрезмерных износов.
    В настоящее время в двигателях автомобилей высокого класса с V-образными восьмицилиндровыми двигателями мощность приближается к 40-60 л. с. на один цилиндр.

    Гоночный автомобиль Monaco Trossi (1935) с нестандартной компоновкой двигателя
    Гоночный автомобиль Monaco Trossi (1935) с нестандартной компоновкой 16-цилиндрового двигателя


  • Ищете хорошо оплачиваемую работу в Кирове? Все актуальные вакансии Кирова можно обнаружить на сайте hh43.ru.
  • Ford Focus 2 - вторая редакция пользующегося большой популярностью в России автомобиля среднего класса.
  • Сreel.ru - уголок мечтателя и приют романтика.

  • Причины роста количества цилиндров в автомобильных двигателях

    Первый V-образный 8-цилиндровый двигатель производства Ford, выпущенный в 1932 году
    Первый V-образный 8-цилиндровый двигатель производства Ford, выпущенный в 1932 году

    Рассмотрев изменение числа цилиндров двигателей, остановимся на причинах, побуждавших конструкторов стремиться к увеличению числа цилиндров.

    Прежде всего, увеличивая число цилиндров, можно повысить мощность двигателя и, кроме того, добиться большой равномерности крутящего момента. Доведя число цилиндров до четырех, конструкторы получили равномерное чередование рабочих ходов, но в то же время в моменты одновременного прохода мертвых точек всеми поршнями и в конце каждого рабочего хода, когда открыт выпускной клапан, нет полезной работы газов в цилиндрах, что является источником неравномерности хода двигателя. Кроме того, исследование динамики четырехцилиндрового двигателя с симметричным валом показывает, что можно уравновесить только силы инерции первого порядка и их моменты, а силы инерции второго порядка не уравновешиваются без применения дополнительных валов, вращающихся с удвоенной скоростью.

    Неполная уравновешенность и недостаточная равномерность крутящего момента четырехцилиндрового двигателя заставили конструкторов обратиться к шестицилиндровым двигателям, полнее удовлетворяющим требованиям комфортабельности автомобилей. Анализ динамики шестицилиндрового двигателя показывает, что в нем уравновешиваются силы инерции как первого, так и второго порядка и их моменты, а кроме того, получается достаточно высокая равномерность хода двигателя, так как рабочие ходы, с учетом фазы выпуска, перекрывают друг друга.

    Восьмицилиндровый V-образный двигатель с симметричным коленчатым валом, как у четырехцилиндрового, позволяет улучшить равномерность хода двигателя, но динамика его такова же, как и у четырехцилиндрового, т. е. силы инерции второго порядка остаются неуравновешенными, и в этом отношении он уступает шестицилиндровому линейному.

    Восьмицилиндровый V-образный двигатель с крестообразным валом дает возможность при наличии противовесов уравновесить силы инерции первого и второго порядка и их моменты, хотя в отношении равномерности чередования рабочих ходов он уступает двигателю с симметричным валом, что, однако, не явилось препятствием к его применению.

    В линейном восьмицилиндровом двигателе с симметричным коленчатым валом силы инерции первого и второго порядков и их моменты уравновешиваются. Совершенно очевидно, что двенадцати- и шестнадцатицилиндровые двигатели по динамике подобны соответственно шести- и восьмицилиндровым линейным двигателям.
    К сказанному можно прибавить, что при увеличении числа цилиндров размеры их могут быть уменьшены и силы инерции по величине снижены как вследствие меньшей массы возвратно-поступательно движущихся деталей, так и вследствие уменьшения ускорений при укорочении хода поршня.

    Mercedes-Benz 770 (1935) - один из самых дорогих и престижных европейских автомобилей
    Mercedes-Benz 770 (1935) - один из самых дорогих и престижных европейских автомобилей


  • Купить ноутбук Dell в Харькове – красивый как самолет и надежный как трактор – можно на сайте Plaza.kh.ua.
  • Ужасная линкомаулия - вероятная причина скорого конца света!
  • Недорогая укладка мягкой кровли в Москве и области – это ООО СитиСнаб.

  • 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

    ← Раньше