Снижение веса автомобильного двигателя

Современный 12-цилиндровый двигатель от компании Фольксваген
Современный 12-цилиндровый двигатель от компании Фольксваген

Только облегчение двигателей позволило создать пригодный для автомобиля агрегат. Уже первые бензиновые автомобильные двигатели имели значительно меньший вес по сравнению со стационарными двигателями. В дальнейшем вес двигателей изменялся под воздействием большого ряда факторов. Для анализа изменения веса проследим изменение удельного веса двигателей (кг/л.с.) и веса, приходящегося та 1 л рабочего объема двигателя (кг/л).

Первые двигатели Даймлера и Бенца имели удельный вес в несколько десятков килограммов на лошадиную силу, но уже к 1895 г. удельный вес сократился до 17—12 кг/л.с. К началу первой мировой войны удельный вес автомобильных двигателей еще уменьшился и достиг значений 5—7 кг/л.с. Снижение удельного веса в ранний период развития происходило как вследствие роста литровой мощности, так и вследствие снижения литрового веса. Последнее происходило как следствие непрерывного процесса формирования деталей и узлов двигателя. По мере того, как детали двигателей все более приобретали формы, свойственные автомобильным двигателям, и отходили от форм, присущих паровым машинам и стационарным двигателям внутреннего сгорания, снижение веса конструкции, приходящегося на 1 л рабочего объема, уменьшалось и решающее влияние на уменьшение удельного веса проявлялось в увеличении литровой мощности.

В последующие годы развития автомобильных двигателей их удельный вес неуклонно снижается. Этот процесс протекает довольно интенсивно и в настоящее время, хотя казалось бы, что возможности снижения веса в большой степени исчерпаны. Следует отметить, что уже
продолжительное время снижение удельного веса происходит главным образом вследствие возрастания литровой мощности.

Автомобиль Citroen Traction Avant (1934-1957)
Автомобиль Citroen Traction Avant (1934-1957)



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)



Повышение литровой мощности автомобильных двигателей

Один из первых автомобилей Даймлера
Один из первых автомобилей Даймлера

Характерной оценкой степени совершенства автомобильного двигателя является его литровая мощность, представляющая отношение максимальной эффективной мощности к литражу.
Литровая мощность первых двигателей Даймлера и Бонна была около 1 л.с./л. К.1895 г. литровая мощность автомобильных двигателей достигла 3,0—3,5 и к концу XIX в. 4 л. с./л.

К 1905 г. литровая мощность в обычных двигателях легковых автомобилей достигла 6, а в лучших образцах комфортабельных автомобилей, спортивных и гоночных вариантах повысилась до 7—8 и даже более 9 л. с./л. К началу первой мировой войны средняя литровая мощность была около 9, а к 1925 г. достигла 15 л.с./л. В период 1935—1945 гг. средняя литровая мощность была 25; к 1955 г. приблизилась к 35—40 л.с./л., а в форсированных двигателях до 50 л.с./л. В 1961 г. литровая мощность многих двигателей составляла от 40 до 50 л.с./л, а в отдельных— до 65 л.с./л. К 2009 году литровая мощность достигла 100л.с./л.

Повышение литровой мощности достигалось вследствие повышения числа оборотов коленчатого вала двигателя и увеличения среднего эффективного давления. О мерах, применяемых для увеличения числа оборотов, было сказано выше, поэтому коснемся вкратце способов повышения среднего эффективного давления.

Чтобы с повышением числа оборотов коленчатого вала не происходило падения среднего эффективного давления, необходимо обеспечить достаточно высокий коэффициент наполнения и уменьшить механические потери в двигателе. Кроме того, поднять величину среднего эффективного давления позволяет увеличение степени сжатия, что вместе с увеличением числа оборотов дает рост литровой мощности.

Автомобиль Peugeot 402 (1936) со оригинальным расположением передних фар
Автомобиль Peugeot 402 (1936) со оригинальным расположением передних фар



← РаньшеПозже →