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)



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».

  • Позже →