автомобильных двигателей, которые большую часть времени работают на неполных нагрузках.
С увеличением степени сжатия уменьшаются потери с выпускными газами, что также благоприятно сказывается на экономичности двигателя. Потери в охлаждающую воду с повышением степени сжатия практически остаются постоянными.
Повышение числа оборотов. Из выражений (189) и (190) следует, что удельная мощность прямо пропорциональна числу оборотов п вала двигателя. Однако в действительности такая зависимость удельной мощности от числа оборотов вала двигателя наблюдается лишь в узком диапазоне изменения п вблизи р. или М, когда величины р или изменяются незначительно и удельная мощность может быть принята прямо пропорциональной п.
Величина удельной мощности достигает максимального значения при числах оборотов, соответствующих максимальному значению произведения
С увеличением числа оборотов вала механические потери в двигателе увеличиваются, а механический к. п д. уменьшается. Поэтому все мероприятия, направленные на повышение механического к. п. д.., будут способствовать также и повышению литровой мощности. К таким мероприятиям можно отнести уменьшение отношения хода поршня к диаметру (что очень широко используется в практике современного двигателестроения), применение конструкций вспомогательных агрегатов с наибольшими к. п. д., применение подшипников качения, правильный подбор смазочного масла, оптимальная регулировка температуры масла и воды и т. д.
Величина отношения характеризующая качество рабочего процесса
двигателя, мало изменяется при изменении скоростного режима работы двигателя. Особенно это относится к карбюраторному двигателю, у которого величина коэффициента избытка воздуха во время работы при полностью открытой дроссельной заслонке с переменным числом оборотов остается почти постоянной. У двигателей с воспламенением от сжатия пределы изменения величины а несколько шире, чем в карбюраторных двигателях.
С уменьшением числа оборотов величина -ц увеличивается и достигает максимума при каком-то определенном скоростном режиме: у тихоходных двигателей этот максимум лежит в области более низких чисел оборотов, чем у быстроходных. Для того чтобы с увеличением быстроходности кривая у\у лежала выше и протекала более полого, необходимо правильно подобрать фазы газораспределения и свести к минимуму сопротивление впускной и выпускной систем, увеличивая проходное сечение клапанов и впускной и выпускной систем.
Таким образом, характер изменения литровой мощности при форсировке двигателя по оборотам зависит, в основном, от изменения произведения
(4vj/) так как величина изменяется мало. При равенстве значений
коэффициента наполнения на скоростных режимах до и после форсировки по оборотам величина литровой индикаторной мощности Л/,.,2 форсированного двигателя при условии сохранения постоянными также величины а и f\,f связана с индикаторной мощностью A/j нефорсированного двигателя соотношением
Аналогичная зависимость может быть получена и для поршневой мощности.
Повышение числа оборотов вала двигателя вызывает увеличение средней скорости поршня и нагрузки от сил инерции. В результате этого увеличиваются потери на трение, износ трущихся деталей, возрастают напряжения в коленчатом валу, шатуне, шатунных болтах и других деталях двигателя, что может вызвать необходимость применения материалов более высокого качества.
Увеличение мощности путем наддува рассмотрено в гл. VIII.
Литровая мощность карбюраторных двигателей может быть увеличена путем замены карбюраторного смесеобразования непосредственным впрыском топлива (см. гл. IX).
Заканчивая рассмотрение способов повышения удельной мощности двигателя, следует отметить, что выбор того или иного метода форсирования зависит от типа, конструкции и назначения двигателя. Наиболее рациональными способами повышения удельной мощности двигателей с воспламенением от сжатия следует считать переход на двухтактный цикл и применение наддува, особенно газотурбинного. Большие возможности имеет также форсирование двигателей с воспламенением от сжатия путем повышения быстроходности.
В карбюраторном автомобильном двигателестроении в настоящее время в основном используют следующие способы увеличения удельной мощности: увеличение степени сжатия и числа оборотов коленчатого вала. Степень сжатия большей части современных бензиновых автомобильных двигателей лежит в пределах 7-8,5, достигая у отдельных образцов 9,5 и более; наиболее широко применяемые числа оборотов колеблются в пределах 3800-5000 в минуту, достигая у отдельных моделей 6000 в минуту и более. В последнее время увеличивается также применение непосредственного впрыска при форсировке бензиновых двигателей.
§ 13. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС И ТЕПЛОНАПРЯЖЕННОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ
Химическая энергия сжигаемого в двигателе топлива полностью не используется. В полезную, эффективную работу обычно превращается 20- 40% от располагаемой теплоты, остальная часть теряется в охлаждающую среду, с отработавшими газами и пр.
Распределение располагаемой теплоты топлива на полезную работу и тепловые потери характеризуется внешним тепловым балансом. Внешний тепловой баланс двигателя определяется экспериментально. Знание отдельных составляющих теплового баланса позволяет судить о теплонапряжен-ности двигателя, рассчитать систему охлаждения, выяснить возможности использования теплоты отработавших газов и т. д. Количество теплоты, распределяющейся по различным составляющим теплового баланса, подсчитывают в калориях или за единицу времени (1 час), или на 1 л. с. ч., или за время расходования единицы количества топлива ( 1 кг или 1 м). Величину каждого члена баланса определяют также в процентах по отношению ко всему количеству затраченной теплоты. Наиболее распространено составление баланса в процентах и в калориях на 1 кг (м) израсходованного топлива.
Тепловой баланс можно построить для самых разнообразных условий испытания, например: для нагрузочной характеристики двигателя, для
Если известна литровая мощность механических потерь двигателя N„2> то литровая мощность форсированного двигателя
Q = Я„\/ ккал/час. (201)
Теплота, эквивалентная полезной эффективной работе двигателя за 1 час,
Q = 632A ккал/час. (202)
Отношение теплоты к располагаемой теплоте Q определяет полезное использование теплоты в двигателе и численно равно эффективному к. п. д. T\g.
Теплота, воспринимаемая внутренними поверхностями рабочего цилиндра, отводится в окружающую среду при помощи газообразного или жидкого вещества - охладителя. Наиболее распространенными охладителями являются воздух, вода, масло.
Теплообмен между нагретыми газами и стенками рабочего цилиндра осуществляется в результате теплопроводности конвекции и лучеиспускания. Теплоотдача от газов в стенки происходит в период сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Тепловоспринимющая поверхность рабочего цилиндра изменяется по времени и образуется поверхностями внутренних стенок цилиндра, днища поршня, крышки (головки), клапанов и выпускного патрубка. При неохлаждаемом поршне большая часть теплоты, воспринятая поршнем от газов, отводится в стенки цилиндра. В стенки цилиндра отводится также теплота, эквивалентная работе трения поршня в цилиндре, составляющая 60-70% теплоты, эквивалентной всей работе трения двигателя.
ВИНТОВОЙ характеристики, для внешней характеристики, для характеристики по составу смеси и т. д.
В обш,ем виде уравнение внешнего теплового баланса составляется следующим обр азом:
где Q - теплота израсходованного топлива, т. е. так называемая располагаемая теплота;
Qg - теплота, эквивалентная полезной эффективной работе двигателя; - теплота, потерянная в охлаждающей среде через стенки рабочего цилиндра;
гф - физическая теплота отработавших газов; Qj - теплота, соответствующая неполноте сгорания; Qocm - так называемый остаточный член баланса, равный сумме всех других
потерь теплоты, не вошедших в первые четыре члена правой
части.
При определении величин теплового баланса в процентах его уравнение представится в следующем виде:
Qe + Q + Ягф + Я.х + Яост = ЮО- (199)
в данном случае каждое слагаемое в левой части уравнения (199) представляет собой количество теплоты в процентах по отношению ко всей располагаемой теплоте Q, т. е.
, = 100; 9=-100 и т. д.
Располагаемую теплоту Q практически определяют по низшей теплотворной способности топлива H и часовому расходу топлива Gc или Уцас м1час:
