Увеличение срока службы двигателя

Современный двигатель для грузовых автомобилей MAN с ресурсом 1 500 000 км
Современный двигатель для грузовых автомобилей MAN с ресурсом 1 500 000 км

На протяжении истории развития автомобилей идет непрерывное совершенствование его конструкции, повышение качества применяемых материалов, улучшение методов термической и механической обработки деталей. Все эти меры дают возможность повысить долговечность деталей, увеличить межремонтные пробеги и приблизиться к совершенству — равнопрочности деталей. Достигнуть полной равнопрочности не удается, так как ряд деталей неизбежно испытывает более высокие механические и тепловые нагрузки и подвергается износу в большей степени, чем остальные детали.

В настоящее время наименее стойкими оказываются клапаны, особенно выпускные, и вкладыши подшипников коленчатого вала. Также сравнительно сильно подвержены износу поршневые кольца, над которыми усиленно продолжают работу, как конструкторы, так и технологи, стараясь разработать наиболее рациональную конструкцию с позиций наиболее равномерного давления на стенки цилиндра, сохранения упругости в процессе работы, стойкости против износа, наиболее эффективных методов изготовления и пр.

Автомобильные двигатели первых лет не отличались долговечностью, хотя их конструкторы и не скупились на материалы самого высокого качества. Часто дорогие материалы расходовались совершенно нерационально, а их ценные свойства использовались неправильно. Например, клапаны делали из вольфрамовых сталей, обладающих высоким удельным весом, что повышало массу клапана, ухудшало динамику клапанного механизма, требовало более сильных пружин, в то время как гораздо более рационально использование кремнехромистых сталей, обладающих низким удельным весом и большой стойкостью при высоких температурах.

Материал клапанных пружин, их термическая обработка и конструкция не обеспечивали длительной работы и они часто ломались, даже при тех сравнительно невысоких числах оборотов, какими отличались двигатели того времени.

Модель Mercedes W140 S-klasse, для которой не редкость пробег 1 000 000 и более километров
Модель Mercedes W140 S-klasse, для которой не редкость пробег 1 000 000 и более километров



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)



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)



← РаньшеПозже →