Главным показателем степени совершенства двигателя является его литровая мощность, т. е. число лошадиных сил, приходящееся на один литр рабочего объема цилиндров. Величина литровой мощности на современном этапе развития техники автомобилестроения определяется, в первую очередь, технологическими возможностями и зависит от качества материала деталей, их обработки и других факторов. Литровая мощность современных стандартных автомобильных двигателей находится в пределах 30—40 л. с. на 1 литр рабочего объема цилиндров, а в автомобилях высокого класса, в том числе спортивных, достигает 50 л. с. и более.
Достичь увеличения литровой мощности автомобильного двигателя можно, главным образом, путем повышения степени сжатия, увеличения скорости вращения коленчатого вала, уменьшения потерь на трение, улучшения наполнения цилиндров свежей смесью, а также рядом частных конструктивных усовершенствований.
Величина степени сжатия ограничивается возможностью двигателя работать без детонации на данном топливе, т. е. зависит от октанового числа. В странах Западной Европы октановое число бензина, поступающего в продажу, равно примерно 70. Поэтому мощность автомобильных двигателей здесь невелика, и степень сжатия у них обычно не превышает 7,0. Только в двигателях сравнительно большей мощности и в спортивных моделях степень сжатия доходит до 8,0—8,5 и выше.
В США так называемый «регулярный» бензин имеет октановое число 80—85, а специальный бензин, известный еще как «премиальный», 90—95. Соответственно степень сжатия двигателей американских автомобилей 1956 года колеблется в пределах 8,0—10,0. Мощные двигатели автомобилей Кадиллак (305 л. с.) и Паккард (310 л. с.) отличаются особенно высокими степенями сжатия (9,75 и 10,0).
Новейшие автомобильные двигатели строятся короткоходными, отношение хода поршня к диаметру в них близко к единице и меньше единицы. Этим удается значительно повысить число оборотов коленчатого вала в минуту, без большого возрастания величин сил инерции, и улучшить уравновешенность двигателя. Короткоходные двигатели обладают еще рядом преимуществ перед длинноходными — по наполнению цилиндров, величине механических потерь и износа, компактности, жесткости конструкции и т. д.
Уменьшение механических потерь в короткоходных двигателях легко объяснимо, поскольку с уменьшением пути поршня по зеркалу цилиндра сокращается и работа трения. Исследования показали, что в автомобильных двигателях до 65—80% всех механических потерь приходится на трение поршней и поршневых колец о стенки цилиндра, в то время как на трение в подшипниках коленчатого вала приходится лишь до 14% этих потерь. В поисках уменьшения потерь на трение конструкторы и технологи совершенствуют систему смазки двигателя, способы фильтрации масла, улучшают предварительную обработку трущихся поверхностей, качество заливки подшипников и т. д.
Лучшее наполнение цилиндров достигается при верхнем распределении, а .также путем усовершенствования впускного тракта, увеличения диаметра впускных клапанов и применения многокамерных карбюраторов. Новейшая практика автостроения показала, что наиболее рационально делать отдельную смесительную камеру карбюратора на каждую пару цилиндров. Для форсирования двигателей, особенно в спортивных автомобилях, конструкторы применяют на каждую пару цилиндров по две смесительные камеры, которые работают последовательно: первая при малых нагрузках и вторая — при больших, благодаря чему удается еще более повысить наполнение цилиндров рабочей смесью.



Рис. 1. Поперечный разрез двигателя Бюик

Укорочение хода поршня, при сохранении заданного литража, вызывает необходимость увеличения диаметра цилиндров, что в линейных восьмицилиндровых двигателях ведет к непомерному увеличению длины двигателя. В свою очередь это требует сокращения размеров пассажирского помещения или расширения базы (расстояния между осями) автомобиля. Поэтому сейчас наблюдается явная тенденция к установке цилиндров V-образно, под углом в два ряда, что позволяет уменьшить длину двигателя и получить надежную компактную конструкцию. Цилиндры отливаются заодно, коленчатый вал с пятью коренными подшипниками имеет большой диаметр шеек, что при коротких кривошипах придает ему жесткость. Увеличение нагрузки от сил газов и сил инерции при повышении степени сжатия и числа оборотов не вызывает в V-образных короткоходных двигателях больших деформаций и опасных вибраций.
Короткоходные автомобильные двигатели V-образной конструкции хорошо уравновешены и компактны, позволяют сократить базу и общую длину автомобиля, а следовательно, уменьшить и расход металла; при этом улучшаются также динамика и маневренность автомобиля. Опыт показал, что V-образная корот-коходная конструкция двигателя получается на 25% легче, на 30% короче, а по мощности на 30—40% превосходит линейную. В последнее время появился целый ряд V-образных конструкций шестицилиндровых двигателей. Такие двигатели строят заводы Лянчиа и Мазерати в Италии, Ман и Дейц — в Германии, Грэф-Штифт — в Австрии, Пегасо — в Испании, Ла Саль и Форд — в США.
На рис. 1 показан поперечный разрез короткоходного V-образного восьмицилиндрового двигателя Бюик, конструкцию которого можно в основном считать типичной для американского высокоразвитого двигателестроения. На рис. 2 приведены для сравнения габариты двух двигателей Паккард. Черным изображен линейный восьмицилиндровый двигатель 1954 года и белым— V-образный 1955 года.
Усовершенствование автомобильных двигателей дало возможность повысить технико-эксплуатационные показатели автомобилей — увеличить скорости и ускорения, уменьшить расход топлива, облегчить управление. В последнее время хорошие результаты получены благодаря замене карбюратора системой непосредственного впрыска бензина при зажигании отэлектрической запальной свечи (как в обычных бензиновых двигателях). Отсутствие карбюратора на линии всасывания уменьшает сопротивление, позволяет увеличить наполнение цилиндров и значительно повысить число оборотов коленчатого вала. Кроме того, непосредственный впрыск улучшает смесеобразование, смесь становится более однородной по качеству.
В качестве примера можно назвать двигатель автомобиля «Мерседес-Бенц 300» (рабочий объем цилиндров 2,996 литра), который с карбюратором развивает мощность 125 л. с. при 4500 об/мин, а с системой непосредственного впрыска (на спортивной модели) 215 л. с. при 5800 об/мин. Большую роль играет размещение двигателя на автомобиле, так как от этого зависит распределение веса между осями и удобное расположение пассажирских мест. В этом отношении давно наметились три направления. Сторонники первого направления придерживаются стандартного расположения двигателя — спереди, с приводом к задним ведущим колесам. При этом основные старания конструкторов направлены к тому, чтобы по возможности сместить двигатель вперед и перенести пассажирские сидения в пространство между осями. Но расположение длинного карданного вала под полом пассажирского отделения заставляет прибегать к установке промежуточного шарнира на специальной опоре и вводить гипоидную передачу. Только таким образом удается устранить тоннель в полу, уменьшить высоту кузова и площадь лобового сопротивления, а также снизить центр тяжести автомобиля.
Сторонники второго направления устанавливают двигатель сзади, с приводом на задние колеса, в связи с чем отпадает забота о карданном вале. Габариты автомобиля и вес его при такой компоновке сокращаются, обтекаемость кузова улучшается. Подобная схема расположения агрегатов получает все более широкое распространение на малолитражных европейских автомобилях, как, например, «Фи-ат-600», «Рено-Спорт», «Порше», «Фольксваген» и др. Сторонники третьего направления применяют, при обычном расположении двигателя спереди, привод на передние колеса. Такая компоновка, характерная для французских автомобилей «Ситроен» и «Панар», германских— «Ллойд», ИФА, «Голиаф», ДКВ и др., гарантирует от заноса на скользкой дороге и избавляет от длинного карданного вала под полом автомобиля.
Следует заметить, что стандартная компоновка с расположенным спереди двигателем и ведущими задними колесами имеет преимущественное распространение в Европе и на всех легковых автомобилях США, где установка двигателя сзади применяется только на автобусах. Все сказанное выше относится главным образом к легковым автомобилям. К этому можно добавить, что на грузовых автомобилях до 1,5—2 тонн используются по большей части такие же двигатели, как и на легковых автомобилях. Двигатели грузовиков большего тоннажа отличаются меньшими степенями сжатия и оборотностью, так как они чаще работают на режимах мощности, близких к полной нагрузке, и рассчитываются на большие межремонтные пробеги.
На автомобилях грузоподъемностью более 5 тонн и многоместных автобусах в Европе устанавливаются, как правило, дизельные двигатели, расходующие меньше топлива. Грузовики среднего тоннажа (от 3 до 5 тонн) строятся в зависимости от топливной конъюнктуры как бензиновыми, так и дизельными. Особенно распространены дизельные автомобили в Германии, где около 30% грузовых автомобилей и автобусов выпускается с дизелями. В то же время в США выпуск дизельных грузовых автомобилей и автобусов не превышает 1,5% от общего выпуска автомобилей.
Дизельные двигатели на легковых автомобилях начали появляться несколько лет назад, и в настоящее время серийный выпуск дизельных легковых автомобилей налажен на заводах «Мерседес-Бенц» и «Боргвард» в Германии, «Стандард», ВМС и «Турнер» в Англии, а также «Фиат» в Италии. Однако развитию легкового автодизелестроения мешает еще ряд непреодоленных конструктивных недостатков. Основные качества, по которым дизельные двигатели уступают бензиновым, — меньшая литровая мощность и больший удельный вес (т. е. вес двигателя, приходящегося на единицу мощности). Это/ объясняется главным образом тем, что в дизеле необходимо для полного сгорания топлива иметь больший коэффициент избытка воздуха, что влечет за собой худшее использование рабочего объема цилиндров; играют также роль сравнительно низкое число оборотов коленчатого вала у дизелей (из-за трудностей смесеобразования), а также высокие давления вспышки, что заставляет выполнять детали дизелей более массивными, чем в карбюраторных двигателях, т. е. повышать их вес.
В заключение следует подчеркнуть, что есть основания ожидать в ближайшем будущем широкого развития газотурбинных двигателей на автомобилях.


Рис. 2. Сравнение габаритных размеров линейного и V-образного двигателя Паккард.