Показники напруженості і межі форсування двигунів

Для оцінки теплової і динамічної напруженості, використання робочого об'єму двигуна і порівняння різних двигунів застосовуються такі показники, як літрова і поршнева потужність.

Під номінальною потужністю N_e двигуна розуміють ефективну потужність, гарантуєму заводом-виготовлювачем для визначених умов роботи (атмосферні умови, пробіг автомобіля, число оборотів вала, тривалість роботи і т.п.).

Літровою потужністю N_eл, кВт/л, двигуна називають номінальну потужність, віднесену до 1л робочого об'єму поршневої частини двигуна.

Поршнєвою потужністю N_eп, кВт/м², двигуна називають номінальну потужність, віднесену до 1м² сумарної площі поршнів двигуна.

За визначенням

.

З останнього вираження випливає, що літрова потужність двигуна залежить від середнього ефективного тиску, числа тактів і числа оборотів двигуна. Залежність літрової потужності від параметрів роботи двигуна можна знайти, якщо в це вираження підставити значення p_e = р_i×h_m. Тоді, використовуючи приведені вираження:

. (9.1)

Отримана формула дає можливість установити вплив параметрів робочого процесу на величину літрової потужності і намітити шляхи форсування двигуна для одержання найбільшої потужності при тих же геометричних розмірах.

Поршнева потужність

,

де D і S - діаметр і хід поршня.

Після підстановки в це вираження середньої швидкості поршня маємо

.

Як видно з останнього вираження, поршнева потужність двигуна залежить від середнього ефективного тиску, швидкохідности, яка характеризується середньою швидкістю поршня, і числа тактів двигуна.

Для поршневої потужності легко одержати наступну залежність

. (9.2)

Способи форсування двигунів за питомою потужністю

Одним із засобів зниження маси і зменшення габаритних розмірів двигуна є його форсування за питомою потужністю. Їх можна виявити з аналізу виражень (9.1) і (9.2). З цих залежностей випливає, що питома потужність залежить від наступних факторів:

1) нижчої теплоти згоряння пальної суміші, яка характеризується відношенням H_u/l_o;

2) числа тактів t двигуна;

3) якості протікання робочого процесу, обумовленого відношенням індикаторного ККД до коефіцієнта надлишку повітря (h_i/a);

4) механічного ККД h_m;

5) швидкохідності, яка оцінюється частотою обертання n;

6) кількості свіжого заряду, що знаходиться в циліндрі до початку стиску, який характеризується добутком коефіцієнта наповнення на щільність повітря чи суміші, тобто h_Vr_k.

З перерахованих факторів для збільшення питомої потужності можна використовувати тактність t двигуна, відношення (h_i/a), частоту обертання вала n і добуток h_Vr_k. Звідси випливають основні шляхи збільшення питомої потужності.

Здійснення двотактного циклу

Експериментальні дослідження і порівняльні розрахунки показують, що літрова потужність двотактного двигуна при інших рівних параметрах більше літрової потужності чотиритактного двигуна в 1,5 - 1,7 рази.

Збільшення ступеня стиску

З ростом ступеня стиску підвищується індикаторний ККД, а, отже, і питома потужність двигуна. При цьому зменшується відносна кількість теплоти, що виділяється в основній фазі згоряння, і збільшується частка палива, що догоряє в процесі розширення. Унаслідок підвищення максимальної температури в циліндрі збільшується інтенсивність дисоціації і теплопередачі в стінки циліндра. Це приводить до уповільнення росту h_i, а, отже, і літрової потужності зі збільшенням e. З підвищенням тиску газів у циліндрі двигуна збільшується і тиск механічних утрат.

У дизелях величину e вибирають виходячи з умов забезпечення надійного пуску і припустимого навантаження на його деталі. Подальше підвищення e не викликає росту питомої потужності і може привести навіть до її зменшення, що поясняється зниженням механічного ККД.

Карбюраторні двигуни мають такі ступені стиску, при яких їхнє подальше підвищення збільшує питому потужність і поліпшує економічність. Зростання механічних втрат, затруднення пуску і необхідність підвищення октанового числа палива зі збільшенням ступеня стиску обумовлюють недоцільність підвищення ступеня стиску вище 12 у двигунах із примусовим запалюванням.