Конструкция двигателей скоростных автомобилей
На автомобилях, принимающих участие в скоростных соревнованиях, применяют двигатели различных типов.
Серийные легковые автомобили, участвующие в соревнованиях, могут иметь лишь ограниченные изменения в конструкции двигателей, что строго оговаривается положением о соревнованиях.
Спортивные автомобили, построенные на базе агрегатов серийных автомобилей, могут иметь серийные или специальные двигатели без нагнетателей с определенным рабочим объемом и числом цилиндров для каждого класса автомобилей. Никаких других ограничений в конструкции двигателя не предусматривается.
Двигатели специальных гоночных автомобилей должны иметь рабочий объем в пределах, установленных для данного класса. Допускается установка на гоночных автомобилях любых поршневых двигателей внутреннего сгорания (газотурбинные и реактивные двигатели относятся к особой группе). Двигатели могут иметь нагнетатели различных типов. На многих гоночных автомобилях младших классов устанавливают двигатели гоночных мотоциклов.
Ввиду совершенно различного характера конструкции двигателей для серийных, спортивных и специально гоночных автомобилей ниже будут рассмотрены изменения конструкции двигателей серийных автомобилей и серийных двигателей для спортивных и гоночных автомобилей, построенных на базе стандартных агрегатов, а также специальные двигатели гоночных автомобилей.
Основные способы повышения мощности быстроходных автомобильных двигателей
В двигателях внутреннего сгорания в механическую работу превращается тепло, выделяемое при сгорании топлива в цилиндрах двигателя. При этом в полезную работу превращается лишь относительно небольшая часть тепла, выделяемого при сгорании топлива, а остальное тепло расходуется непроизводительно. Чтобы получить от двигателя наибольшую мощность, необходимо увеличить количество сгорающего в нем топлива, увеличив количество подаваемой в цилиндры горючей смеси, и уменьшить непроизводительные потери тепла.
Для быстроходных автомобильных двигателей распределение затрат тепла на полезную работу и различные потери, так называемый тепловой баланс двигателя, выглядит следующим образом:
- В полезную работу превращается 25—30% тепла при работе двигателя с полной нагрузкой; с уменьшением нагрузки двигателя использование тепла ухудшается.
- Потери тепла через систему охлаждения составляют от 25 до 35%. При увеличении числа оборотов потери относительно уменьшаются, так как в период каждого цикла сокращается время на теплопередачу в стенки цилиндра и охлаждающую воду. В эти потери включаются потери тепла, выделяющегося при трении поршней и колец о стенки цилиндров.
- Потери тепла с отработавшими газами являются наибольшими и составляют от 30 до 40% всего количества тепла, которое может быть выделено при сгорании топлива. С повышением числа оборотов эти потери увеличиваются.
- Потери тепла вследствие неполноты сгорания топлива в цилиндрах двигателя происходят в результате недостатка воздуха при работе на обогащенных смесях и недостаточно хорошего перемешивания топлива с воздухом. Эти потери достигают 5%.
- Потери тепла, затрачиваемые на работу трения и привод вспомогательных механизмов, составляют около 10%.
Таким образом, при работе двигателя с полной нагрузкой и большим числом оборотов распределение тепла можно характеризовать следующими данными (в %):
| Тепло, превращенное в полезную работу (эффективную) | 25 |
| Потери с водой | 25 |
| Потери с отработавшими газами | 35 |
| Потери от неполноты сгорания топлива | 5 |
| Потери на работу трения и привод вспомогательных механизмов | 10 |
| Итого | 100 |
Основным способом улучшения использования тепла, выделяемого при сгорании топлива, а следовательно, и увеличения мощности двигателя является повышение степени сжатия. При повышении степени сжатия уменьшается температура отработавших газов, а следовательно, и количество уносимого с ними тепла; несколько уменьшается и теплоотдача в охлаждающую воду ввиду уменьшения объема и поверхности камеры сгорания.
Большое значение имеет снижение потерь тепла на работу трения и приведение в действие вспомогательных механизмов. Эти потери увеличиваются с ростом числа оборотов. Если принять все эти потери за 100%, то они распределяются примерно следующим образом (в %):
| Трение поршней | 68 |
| Трение в подшипниках | 10 |
| Механизм распределения | 8 |
| Магнето | 7 |
| Масляные насосы | 3 |
| Водяной насос | 4 |
| Итого | 100 |
Следовательно, основную часть этих потерь составляют потери на трение, которые зависят от теплового режима двигателя, качества смазки, материала деталей и удельных давлений на поверхностях трения.
Ниже будут рассмотрены основные мероприятия, направленные на улучшение наполнения двигателей горючей смесью и снижение непроизводительных потерь тепла, за счет чего достигается повышение мощности автомобильных двигателей, используемых для спортивных целей.
Изменения конструкции двигателей серийных автомобилей
Двигатели серийных автомобилей, принимающих участие в скоростных соревнованиях, должны иметь: стандартные рабочий объем, число цилиндров и систему газораспределения с нижним расположением клапанов. Эти ограничения предусматривают сохранение всех основных деталей двигателя и возможность его дальнейшей эксплуатации.
Основные допускаемые изменения в конструкции серийного двигателя сводятся к его форсировке и усовершенствованию систем охлаждения и смазки.
Под форсировкой двигателя понимается весь комплекс работ, направленный на повышение мощности.
Основными способами повышения мощности двигателя являются: повышение степени сжатия; усовершенствование впускного тракта для увеличения коэффициента наполнения; уменьшение сопротивления выпуску отработавших газов; регулировка карбюраторов на мощностной состав смеси и повышение интенсивности зажигания.
Перед форсировкой новый двигатель должен быть правильно обкатан для обеспечения хорошей приработки деталей шатунно-кривошипного механизма.
Обкатку двигателя можно производить на автомобиле, находящемся в эксплуатации, с соблюдением всех правил, указанных в заводской инструкции. Как показывает практика подготовки автомобилей к соревнованиям, продолжительность обкаточного пробега желательно увеличить не менее чем до 5000 км.
Повышение степени сжатия. Двигатели отечественных серийных легковых автомобилей имеют степень сжатия 6,2—6,7. Увеличение степени сжатия дает первоначально резкий прирост мощности, который постепенно уменьшается с повышением степени сжатия.
 Рис. 14. Кривая изменения индикаторной мощности в зависимости от степени сжатия |
На рис. 14 приведена кривая изменения индикаторной мощности двигателя с увеличением степени сжатия; наиболее быстрый рост мощности двигателя происходит в пределах увеличения степени сжатия до 9.
Так как повышение степени сжатия связано с уменьшением объема камеры сгорания, то в двигателях с нижними клапанами повышение степени сжатия зависит от возможности получения меньшего объема камеры сгорания при одновременном обеспечении хорошего наполнения цилиндров горючей смесью.
Сокращение объема камеры сгорания в этих двигателях производят путем уменьшения толщины прокладки между головкой и блоком цилиндров, снятием слоя металла с плоской поверхности головки или изготовлением новых головок. К последнему способу прибегают при большем увеличении степени сжатия.
 Рис. 15. Проходные сечения в камере сгорания при различных степенях сжатия: |
Сфрезеровывание плоской поверхности головки уменьшает высоту камеры сгорания. При этом в двигателях с нижними клапанами уменьшается сечение для прохода смеси из пространства над клапанами в полость цилиндра (рис. 15). Для увеличения проходного сечения прибегают к устройству углубления в блоке возле впускного клапана и устраняют порог, снимая часть верхней кромки цилиндра (рис. 16).
 Рис. 16. Способы увеличения проходного сечения в камере сгорания |
Для лучшего отвода тепла чугунные головки цилиндров заменяют алюминиевыми.
Поверхность камеры сгорания тщательно полируют.
Указанные мероприятия обеспечивают достаточное проходное сечение в пределах повышения степени сжатия примерно до 8. Дальнейшее увеличение степени сжатия для двигателей с нижними клапанами, даже при изготовлении новых головок цилиндров, приводит к значительному дросселированию, уменьшает наполнение и не дает желаемого эффекта.
Замена стандартных прокладок головки блока необходима во всех случаях, так как они не обеспечивают достаточной плотности при повышенных давлениях в цилиндрах. Практика соревнований показывает, что сход автомобилей с дистанции часто происходит вследствие выхода из строя стандартных прокладок головки блока.
Стандартные прокладки лучше всего заменять прокладками из мягкой отожженной красной меди толщиною около 0,5 мм. Во избежание прорыва газов нужно производить равномерную затяжку всех шпилек крепления головки цилиндров блока, соблюдая при этом определенную последовательность, указываемую обычно в заводских инструкциях.
| ← Предыдущая страница | оглавление | Следующая страница → |
