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.

Мощностные показатели: влияние различных факторов и способы повышения индикаторной, эффективной, литровой мощности.
Экономические параметры: влияние различных факторов и способы снижения удельного индикаторного, эффективного расхода топлива.
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.

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.