Повышение мощности или увеличение КПД 4-хтактного двигателя

В середине XIX века, когда был изобретен первый двигатель внутреннего сгорания бельгийским механиком Жаном Этьеном Ленуаром, началась гонка по усовершенствованию и модернизации двигателя. Первый рабочий двигатель внутреннего сгорания, работающий на бензине, изобрели два друга Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах. Их детище, по современным меркам, было больших размеров, однако его КПД составляло менее 15%, а мощность даже не смогла бы потягаться с современными малолитражками.

Время шло, и прогресс не стоял на месте. Например, в США мощность двигателя достигала необходимых пределов за счет увеличения рабочего объема и количества цилиндров. Так называемые МаслКары «Muscle Cars» были хитами продаж начала 1960-х - конца 1970-х годов. В это время бензин стоил недорого и никто не задумывался об экологии. Европейцы, наоборот, стремились к повышению мощности путем правильной геометрии впрыска и системы продувки, увелечения степени сжатия и компрессии. Европейский мотор объемом 4,2 л не уступал по мощности американскому шестилитровому мотору. При этом европеец был более экономичен и динамичен благодаря инновационным конструктивным решениям.
В наши дни одно из этих решений компания "Хонлинг Заказ" воплотила в головке цилиндра для двигателей 139QMA/QMB.
Сегодня можно приобрести головку цилиндра с увеличенными каналами и клапанами, производители обещают повышение мощности. Однако никто никогда не обращал внимания на то, что вместе с увеличением клапанов увеличивается и камера сгорания (V _кс = объём камеры сгорания, то есть, объём, занимаемый бензо-воздушной смесью в конце такта сжатия).
Увеличенная камера сгорания влечет за собой понижение степени сжатия ε (отношение эффективного объема двигателя (объем цилиндра при нахождении поршня в нижней мертвой точке, НМТ) к объему камеры сгорания, а затем приводит к детонации топливной смеси в цилиндре ДВС. Возникает звонкий металлический «стук», вибрация, а также перегрев двигателя, что в итоге может вызвать его повреждение. Одним словом, большинство головок, выдаваемых за тюнингованные, ведут к необратимой «гибели» мотора.

Головки цилиндра, разработанные инженерами компанией ХонлингЗаказ совместно с командой «Формула-3» (класса 1600 см³), поставляются с увеличенными клапанами и сечением впускных и выпускных каналов. При этом объем камеры сгорания не увеличивается, а остаётся прежним, правильно рассчитанным под объем ЦПГ (цилиндро-поршневой группы), что позволяет достичь степени сжатия равной 10,5-11,5:1 и компресссии 11-12 кг/см². Повышение степени сжатия в общем случае повышает его мощность, кроме того, увеличивает КПД двигателя как тепловой машины, что способствует снижению расхода топлива.

Приведем некоторые цифры:
При рабочем объеме цилиндра в 50 см³, камера сгорания должна составлять не более 5,2 мл
При объеме 62 см³ – не более 6 мл
При объеме 72 см³ – не более 7 мл
При объеме от 82 до 90 см³ – не более 8 мл
Объем камеры сгорания состоит из 2-частей:
1-я – от поршня, в положении ВМТ (верхней мертвой точки), до края цилиндра.
2-я - от прокладки головки цилиндра до свечного отверстия.

Расчет степени сжатия:

где ε - степень сжатия
V_раб – рабочий объём двигателя
V_кс - объём камеры сгорания
Для 4-х тактных двигателей степень сжатия (ε):
От 9,5 до 10,5 при АИ 92
От 10,5 до 11,5 при АИ 95