Файл: Артамонов, М. Д. Основы теории и конструкции автомобиля учебник.pdf

повышением средней скорости поршня, что приводит к возраста­ нию сил инерции, а следовательно, к уменьшению величины меха­ нического к. п. д. и увеличению износа трущихся деталей двига­ теля. Кроме того, с повышением этого отношения увеличиваются высота и масса двигателя, а также ухудшаются наполнение цилин­ дров и индикаторный к. п. д. Однако при его увеличении диаметр цилиндра уменьшается, что снижает вероятность возникновения детонации.

скорости поршня, уменьшению высоты и массы двигателя, улуч­ шению наполнения и повышению индикаторного к. и. д. Однако при уменьшении этого отношения увеличивается диаметр поршня,

атакже сила давления газов на поршень.

§3. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ДВИГАТЕЛЯ

При рассмотрении цикла двигателя внутреннего сгорания было установлено, что только часть теплоты, которая выделяется при сгорании топлива в цилиндре, преобразуется в полезную эффек­ тивную работу двигателя. Остальная же часть теплоты представ­ ляет собой тепловые потери.

Распределение количества теплоты, выделяющейся прп сго­ рании топлива, па полезную работу и на различные потери харак­ теризуется внешним тепловым балансом двигателя. Тепловой баланс составляют по результатам испытаний при установившемся тепловом состоянии двигателя. Он может быть составлен для различных режимов его работы.

Величину каждой составляющей теплового баланса отиосят к единице времени ( 1 ч), а также определяют в процентах ко всему

количеству располагаемой теплоты.

При помощи теплового баланса можно установить степень совершенства двигателя и наметить пути для устранения причин, ухудшающих экономичность его работы.

Уравнение теплового баланса можно написать в следующем

(?ост — остаточный член теплового баланса, включающий в себя

все виды неучтенных потерь.

55

Если тепловой баланс составлен в процентах от всего коли­ чества располагаемой теплоты, то уравнение теплового баланса можно написать в таком виде:

Я = Яе + ?в 4" ?г + Яа + <7oct = Ю0%,

где

<7e = | l 0 0 %; gB= ^ 1 0 0 % и т. д.

Располагаемое количество теплоты Q, отнесенное к 1 ч, опре­ деляют по формуле

Q — GTHU,

ИЛИ

Qn = %Q-

Количество теплоты, отведенное в охлаждающую среду через стенки и головку цилиндра, а также через поршень и другие детали, при жидкостном охлаждении можно определить по фор­ муле

но и теплота, эквивалентная работе трения поршней в цилиндрах. Количество теплоты, отводимое маслом, для двигателей без мас­ ляного охлаждения поршней доходит до 2—3%, а в случае масля­ ного их охлаждения — до 8 —1 2 % располагаемой теплоты.

Количество теплоты (в кДж/ч), уносимое отработавшими

за выпускным патрубком и свежего заряда в К. Количество теплоты, которое не выделилось, вследствие непол­ ноты сгорания, определяют для теплового баланса только в слу­ чае, когда коэффициент а < 1. Если коэффициент а 1, эта потеря невелика, и поэтому ее включают в остаточный член теп­

лового баланса.

Потерю теплоты вследствие неполноты сгорания определяют

56

где, как указывалось выше,

ДЯ„ = 119 750 (1 - a) L0 кДж/кг.

Остаточный член теплового баланса двигателя, представляю­ щий собой суммарное количество теплоты неучтенных потерь, может быть определен как разность:

В остаточный член баланса включают тепловые потери вслед­ ствие пзлученпя теплоты впешнпмн поверхностями двигателя; теплоту, соответствующую работе трения, за исключением теп-

1. Значения составляющих внешнего теплового баланса автомобильных двигателей в %

лоты, которая выделяется при тренпи поршней о стенки цилин­ дров; теплоту, соответствующую кинетической энергии отрабо­ тавших газов; теплоту, не выделившуюся вследствие неполного испарения топлива и плохого его перемешивания с воздухом.

Рпс. 16. Зависимость теплового баланса'двигателя:

а — от угловой скорости коленчатого вала юе ; б — от состава смеси (коэффициента избытка воздуха сс)

57

Значения отдельных составляющих теплового баланса двига­ теля не являются постоянными, а изменяются в зависимости от нагрузки, степени сжатия, состава смеси, теплового состояния и угловой скорости коленчатого вала двигателя. В табл. 1 при­ ведены прпмерпые значения отдельных составляющих внешнего теплового баланса автомобильных двпгателей при максимальной их мощности.

На рис. 16 показаны графики изменения теплового баланса в зависимости от угловой скорости коленчатого вала двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке (рис. 16, я) п от состава смеси (рис. 16, б). Рассматривая графики, можно убедиться в том, что при увеличении угловой скорости гоя зна­ чения qv увеличиваются, a qu — уменьшаются, что вызвано умень­ шением времени, в течение которого теплота отработавших га­ зов частично отводится в охлаждающую среду, причем температура газов несколько повышается. Кроме того, наилучшая топливная экономичность двигателя (рис. 16, б) получается при коэффи­ циенте а = 1,05 -г- 1,15. Если коэффициент а ■< 1, то тепловые потери <7В п <7г уменьшаются, но вместе с тем возрастают тепловые

потерн qa из-за неполноты сгорания, что ухудшает топливную экономичность двпгателя.

§ 4. ПОВЫШЕНИЕ МОЩНОСТИ И УЛУЧШЕНИЕ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ

Развитие конструкций автомобильных двигателей пдет по пути повышения мощности и улучшения топливной экономичности, уменьшения габаритных размеров, снижения массы и увеличения срока службы.

Эффективную мощность (в кВт) двигателя определяют по формуле (49):

Подставляя вместо p i значение, найденное из выражения (43), п учитывая, что

My — aL0 и Ег = -ffpo,

1О

получим

где р0 — плотность воздуха в "кг/м3.

Из приведенных выше формул для определения мощности и давления ре следует, что мощность Ne можно повысить, изменяя параметры, входящие в эти формулы: например, увеличивая

58

рабочий объем Vh и число цилиндров iu. Однако это увеличивает габаритные размеры и массу двигателя. Такой способ можно при­ менить только в том случае, если использованы все остальные способы повышения литровой мощности двигателя.

Степень совершенства конструкции двигателя при условии хорошей топливной экономичности и повышенной износоустой­ чивости оценивают по его литровой мощности:

Формула (63) позволяет провести анализ влияния отдельных факторов на величину мощности Nn и наметить пути ее повышения.

При выборе способа повышения литровой мощности необ­ ходимо учитывать суммарное влияние всех факторов, входящих в правую часть уравнения (63).

ные величины оказывают влияние также и на экономические по­ казатели работы двигателя.

тельного цикла двигателя. Индикаторный к. п. д. в основном зависит от степени сжатия и состава горючей смеси. С увеличением степени сжатия и коэффициента избытка воздуха до определен­ ных пределов коэффициент гр увеличивается (рис. 17).

Максимальному значению коэффициента тр соответствует коэф­

~имеет при а > 1 , так как у них процесс смесеобразования

является менее совершенным, чем у карбюраторных двигателей: при а <: 1 цикл дизеля протекает при неполном сгорании топлива

и сопровождается выделением сажистых отложений в отработав­ ших газах.

Повышению литровой мощности карбюраторных двигателей способствует увеличение степени сжатия е и уменьшение коэф-

59