Мощностные показатели: влияние различных факторов и способы повышения индикаторной, эффективной и литровой мощности.

Лекция 7.

Мощностные, экономические и экологические показатели работы двигателей, причины их изменения.

Введение

Эффек­тивная мощность двигателя может быть повышена путем воздействия на ряд параметров двигателя. Однако повыше­ние мощности за счет увеличения лит­ража связано с увеличением га­баритов и массы двигателя. Поэтому этот метод целесообразно применять после того, как исчерпаны другие воз­можности.

Из эксплуатационных факторов, вли­яющих на развиваемую двигателем мощность, кроме нагрузочного и скоростного режимов работы и состава смеси, необходимо отметить условия технической эксплуа­тации и технического обслуживания, а также климатические условия рабо­ты двигателя. Так, своевременная очистка впускного тракта от засорения или смена фильтрующего элемента спо­собствует поддержанию на уровне про­ектных значений коэффициента напол­нения двигателя.

Основ­ными индикаторными показателями двигателя являются индикаторная мощ­ность и соответствующий удельный рас­ход топлива. Эти показатели даже при полной нагрузке двигателя не остаются постоянными и в значительной степени зависят от скоростного режима его работы, так как изменение частоты вращения коленчатого вала двигателя су­щественно влияет на характер протекания отдельных процессов цикла.

При увеличении пробега автомоби­ля с начала эксплуатации обычно растет и содержание токсичных ве­ществ в ОГ по следующим основным причинам: изменение тех­нического состояния карбюратора! (засорение или износ главного и' вспомогательного жиклеров; нару­шение уровня топлива в поплавко­вой камере; изменение регулировки карбюратора); неисправности в си­стеме зажигания, вызывающие из­менение установки зажигания и ослабление мощности искры (подго­рание контакторов прерывателя и электродов свечей, нарушение изо­ляции проводов, замыкание обмоток катушки высокого напряжения и др.); износ клапанов, втулок в газо­распределительном механизме; износ цилиндропоршневой группы и отло­жение нагара в цилиндрах двига­теля.

1. Мощностные показатели: влияние различных факторов и способы повышения индикаторной, эффективной, литровой мощности.
2. Экономические параметры: влияние различных факторов и способы снижения удельного индикаторного, эффективного расхода топлива.
3. Экологические показатели: влияние состава смеси, нагрузки скоростного и температурного режимов, технического состояния.

МОЩНОСТНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ: ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ И СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ИНДИКАТОРНОЙ, ЭФФЕКТИВНОЙ И ЛИТРОВОЙ МОЩНОСТИ.

Совершенствование автомобильных двигателей осуществляется в направле­нии увеличения мощности, улучшения экономичности, уменьшения габарит­ных размеров, снижения массы и повышения надежности и срока службы.

Эффек­тивная мощность двигателя может быть повышена путем воздействия на ряд параметров двигателя. Однако повыше­ние мощности за счет увеличения лит­ража связано с увеличением га­баритов и массы двигателя. Поэтому этот метод целесообразно применять после того, как исчерпаны другие воз­можности.

Совершенство рабочего процесса и конструкции двигателя оценивается по литровой мощности.

Из выражения для индикаторного к. п. д. после подстановки и имеем

,

следовательно, среднее эффективное давление

,

а литровая мощность

.

Выражение позволяет проана­лизировать влияние различных факто­ров на литровую мощность и наметить возможные пути ее повышения.

Значения для автомобильного жидкого топлива изменяются незначи­тельно и поэтому на литровую мощ­ность практически не влияют. Следова­тельно, повышение литровой мощности двигателя может осуществляться за счет увеличения , , , , и изменения условий наполнения и .

Индикаторный к. п. д. в основном за­висит от степени сжатия и состава рабочей смеси , причем наибольший , а значит, и экономич­ность двигателя достигаются при .

Рис.41.Зависимость индикаторного кпд от степени сжатия (а) и состава смеси (б).

Отношение характеризует каче­ство протекания рабочего процесса. Наибольшее значение для карбю­раторных двигателей имеет место при . Для дизелей, у ко­торых процесс смесеобразования менее совершенный, наибольшее значение имеет место при .

Рис. 42.Зависимость от состава смеси в карбюраторном двигателе.

Анализируя приведенные графики, можно сделать вывод, что повышению литровой мощности карбюраторных двигателей способствует увеличение степени сжатия и приближения значе­ния к 0,9. Улучшение экономичности достигается путем повышения степени сжатия и выбора состава смеси с .

За счет применения двухтактного цикла вместо четырехтактного литровая мощность двигателя повышается только на 40—70%, а не в два раза, что объясняется по­терей части рабочего объема цилиндра (продувочные окна) и расходом мощно­сти на предварительное сжатие свеже­го заряда. При двухтактном цикле в карбюраторных двигателях ухудшается экономичность их работы в связи с непроизводительной затратой горючей смеси на продувку цилиндра.

Влияние механического к. п. д. и коэффициента наполнения на мощ­ность двигателя рассмотрено выше. До­полнительно следует отметить, что для повышения современные быстроход­ные двигатели имеют верхнее располо­жение клапанов и оснащаются двух­камерными карбюраторами. Для умень­шения механических потерь в приводе вентилятора системы охлаждения уста­навливают термостатически управляе­мую муфту его отключения, что позво­ляет уменьшить мощность, расходуе­мую на привод механизмов системы охлаждения.

Влияние частоты вращения коленча­того вала на литровую мощность двигателя необходимо оценивать по комплексному множителю . При повышении частоты вращения для фор­сирования двигателя необходимо, чтобы этот множитель был максимальным. Величины же и зависят глав­ным образом от сопротивления впускной системы и средней скорости поршня. Так, при увеличении средней скорости поршня уменьшается, ускоряется из­нашивание двигателя и увеличиваются силы инерции поступательно движу­щихся масс. Поэтому для высокоско­ростных автомобильных двигателей применяются короткоходные конструк­ции к. ш. м. , что позво­ляет также уменьшить удельную массу, снизить тепловые потери, сделать дви­гатель более компактным.

Итак, увеличение степени сжатия, по­вышение частоты вращения коленчато­го вала, верхнее расположение клапа­нов совместно с использованием короткоходной конструкции позволяют увеличить литровую мощность, уменьшить расход топлива и удельную массу дви­гателя.

Из эксплуатационных факторов, вли­яющих на развиваемую двигателем мощность, кроме рассмотренных выше нагрузочного и скоростного режимов работы и состава смеси, необходимо отметить условия технической эксплуа­тации и технического обслуживания, а также климатические условия рабо­ты двигателя. Так, своевременная очистка впускного тракта от засорения или смена фильтрующего элемента спо­собствует поддержанию на уровне про­ектных значений коэффициента напол­нения двигателя. При отклонении угла опережения зажигания (или впрыска) от оптимального также ухудшаются индикаторные и эффективные показа­тели работы двигателя, в том числе снижается эффективная мощность. Не­правильная регулировка тепловых зазоров в приводе клапанов нарушает рас­четные фазы газораспределения и мо­жет служить причиной снижения развиваемой двигателем мощности вслед­ствие ухудшения условий наполнения цилиндров. Эксплуатация автомобиля в горных условиях, когда изменяются температура и давление окружающей среды, сопровождается значительным изменением эффективных показателей двигателя из-за изменения плотности свежего заряда. Например, при подъеме автомобиля на высоту 1000 м эффек­тивная мощность двигателя уменьшает­ся на 12,5 %. При этом индикаторный к. п. д. снижается, так как ухудшают­ся условия сгорания вследствие пере­обогащения смеси.

Одним из наиболее эффективных ме­роприятий, увеличивающих литровую мощность двигателя, является наддув. Под наддувом понимается принудитель­ная подача свежего заряда в цилинд­ры двигателя под давлением, превы­шающим давление окружающей сре­ды.

Из формулы видно, что чем боль­ше давление и меньше температура окружающей среды, определяющие дав­ление и температуру при наполнении цилиндра, тем больше масса свежего заряда, а, следовательно, мощность дви­гателя. Плотность, а значит и массу свежего заряда можно значительно увеличить, повышая давление перед по­ступлением в цилиндры, что и делается при наддуве. Повышение давления све­жего заряда осуществляется в специ­альном компрессоре (нагнетателе).

Для наддува двигателей применяют­ся центробежные и объемные нагнета­тели. Привод центробежных нагнета­телей осуществляется или от коленча­того вала двигателя, или от специальной газовой турбины, использующей энергию отработавших газов (газотур­бинный наддув). В последнем случае, естественно, улучшается экономичность двигателя.

Наибольшее распространение в авто­мобильных двигателях имеет газотур­бинный наддув. В дизелях давление наддува ограничивается лишь нагруз­ками на детали к. ш. м., а в карбюраторных двигателях главным образом из-за возможной детонации. В связи с этим наддув почти не применяется в карбюраторных двигателях.