Производительность двигателя


Механический коэффициент полезного действия

Механический коэффициент полезного действия, равный отношению среднего эффективного давления к среднему индикаторному, оценивает механические потери в двигателе:

Механический к. п. д. можно выразить и через мощности двигателя:

Таким образом, механический к. п. д. показывает в долях единицы или в процентах ту часть индикатор­ной мощности, которая передается на фланец коленчатого вала.

Анализ механических потерь в двигателе, выполненный нами ранее, позволяет сделать заключение, что значение механического к. п. д. двига­теля зависит: от степени быстроходности двигателя, от величины давления газов цикла и динамики его изменения, от качества изготовления и сборки деталей двигателя, от качества смазочного масла, от теплового состояния двигателя и режима загрузки его, от мощности навешенных вспомогатель­ных механизмов и от сопротивлений во впускной и выпускной системах двигателя.

При прочих равных условиях механический к. п. д. двигателя является функцией отношения среднего эффективного давления к максимальному давлению цикла; чем больше это отношение, тем выше механический к. п. д.

При уменьшении нагрузки на двигатель (сохраняя при этом число оборотов вала неизменным) мощность механических потерь Nmex примерно остается постоянной, а потому относительное ее значение возрастает и ме­ханический к. п. д. падает.

На рис. 105 приведены кривые изменения механического к. п. д. ?т при полной нагрузке (сплошные кривые) и при 30 % нагрузки (пунктирные кри­вые) двигателя с воспламенением от сжатия (кривая В; ? = 16) и двигателя с воспламенением от искры (кривая А; ? = 6). Данные кривые показывают, что при уменьшении нагрузки на двигатель при неизменном числе оборотов ?т значительно падает. Следует заметить, что при холостом ходе двигателя Ne== 0) из формулы (139а)

Таким образом, режим работы холостого хода можно охарактеризовать как режим, при котором механический к. п. д. равен нулю.

При одном и том же ре (как это видно из рис. 105) с увеличением числа оборотов двигателя (скоростная характеристика) ?т падает, что объясняется более интенсивным относительным ростом мощности механических потерь Nмех, чем эффективной мощности двигателя.

При работе двигателя с наддувом значение ?т изменяется в зависимо­сти от системы и степени наддува. Если двигатель переводится на работу с газотурбинным наддувом, то, как показывают опытные данные, мощность механических потерь Nмех при этом остается неизменной. Обозначим отно­шение ?н = p?н / p?, (степень наддува), где ра — давление в цилиндре в начале сжатия без наддува, а р?н—с наддувом. Можно принять, что отношение Nin / Ni также равно ?н, где Nin — индикаторная мощность двигателя с наддувом, а Ni — без наддува.

Если двигатель имел до наддува механический к. п. д. т. ?m, то при газо­турбинном наддуве он будет иметь:

Полученная формула показывает, что с повышением степени наддува при газотурбинном наддуве механический к. п. д. двигателя возрастает.

В том случае, когда газотурбонагнетатель кинематически связан с валом самого двигателя, отношение ?К = Nк / Ni может быть больше, меньше или равно отношению ?T = NT / Ni в зависимости от степени использования энергии отработавших газов двигателя. Здесь Nк — мощность, потребляе­мая наддувочным компрессором, а NT —мощность, развиваемая турбиной.

В этом случае, т. е. когда газотурбонагнетатель связан кинематически : валом двигателя, условный механический к. п. д. будет равен

где ?тд—механический к. п. д. собственно двигателя.

При ?T > ?К разность (?Т — ?К) называется положительным небалансом, а при ?т<?к(?к — ?Т) называется отрицательным небалансом.

Судовые дизели имеют следующие значения механического к. п. д.

vdvizhke.ru

Мощность и производительность машин | Авторская платформа Pandia.ru

Мощность

Равная работа может быть произведена за разное по продолжительности время. Например, лошадь вспашет 40 га за 50 дней, а трактор — за день. Электрический шагающий экскаватор за одни сутки совершает работу, которую землекоп выполняет несколько лет.

С ростом техники и объема производства нам приходится за равные отрезки времени выполнять все большие объемы работ. Вот почему сейчас одним из важных, основных направлений технического прогресса является систематический рост единичной мощности и производительности машин.

В школьном курсе физики мы встречались с понятиями КПД и мощности, а понятия производительности машины там не было. Быть может, термин «производительность» и не имеет отношения к физике, механике?

Производительность машины имеет прямое отношение к физическому, а значит, и механическому понятию мощности. Производительность — понятие аналогичное, хотя и не тождественное понятию мощности. Производительность машины есть мощность, выраженная не в единицах работы за единицу времени, а в единицах конкретной продукции за единицу времени.

Вот пример. Производительность электрического шагающего экскаватора ЭШ 100/100, т. е. экскаватора с длиной стрелы 100 м и объемом ковша 100 м3, составляет 16 • 106 м3 угля в год.

Ясно, что за каждый цикл экскавации, за переработку каждого кубометра угля, производится определенная работа. За время выполнения всей работы взят год. Таким образом, и здесь можно вести речь о работе за единицу времени, о мощности независимо от того, что здесь механическая работа заменена конкретной продукцией производства, а за единицу времени избран год, а не секунда. Если в изложенном случае мощность своеобразно выражена через производительность, то в современной технике встречается и противоположное, когда мощностью называют нечто, совершенно не соответствующее механическому понятию мощности. Например, в горной технике есть понятие «мощность горного пласта», которая измеряется в метрах и отвечает техническому понятию толщины слоя угольного пласта.

Как уже известно, в механике за единицу мощности принимается ватт, соответствующий работе 1 джоуль за 1 секунду. Кроме того, есть единицы, производные от ватта, — киловатт — 103 Вт и мегаватт — 106 Вт. Однако современная техника пока не отказалась от такой единицы мощности, как лошадиная сила. При необходимости перевода мощности из лошадиных сил в ватты используются соотношения:

1 л. с. = 736 Вт или 1 л. с. = 0,736 кВт.

До сих пор в лошадиных силах измеряется в технике мощность двигателей внутреннего сгорания тепловозов, мотовозов, двигателей дизель-поездов, автодрезин, автомотрисе, двигателей автомобилей, тракторов, тягачей, танков, самоходных установок, судовых и корабельных, авиационных и ракетных двигателей.

Заметим, что лошадиная сила — л. с. — и как единица мощности, и по названию неудачна.

В самом деле, почему за единицу мощности взято 75 кгс • м/с, а не 50 или 90? Разве единицу мощности по смыслу можно назвать силой? Разве мощность для лошади всегда постоянная величина? Сравните обыкновенную беспородную лошадку с тяжеловозом или орловским рысаком — и убедитесь в обратном. По весьма ненадежным подсчетам даже «средняя» лошадь обладает мощностью лишь в 0,6 — 0,7 л. с.

Нельзя считать равноценными и сравнивать механические лошадиные силы с мощностью живых лошадей, даже с учетом коэффициента 0,6. В самом деле, разве могут даже 100 лошадей, впряженных в автомобиль «Жигули», сообщить ему скорость 80 км/ч, хотя общая мощность их и будет равной мощности двигателя автомобиля — 60 л. с?

Не говоря уже о другом, нельзя согласовать усилия лошадей по времени. Опыт показывает, например, что 8 лошадей, впряженных в повозку, развивают мощность, равную лишь 3,8 мощности одной лошади. Справедлива все же французская пословица, гласящая, что «сто зайцев не заменят одного слона». Не следует забывать еще об одном обстоятельстве — что мощность может быть и кратковременной, и длительно развиваемой. Я И. Перельман в «Занимательной физике» приводит такой пример: «На хорошем, ровном шоссе автомобиль в 10 л. с. безусловно предпочтительнее повозки, запряженной двумя живыми лошадьми. Но на песчаной дороге такой автомобиль будет беспомощно увязать, между тем как пара лошадей, способных при нужде развивать мощность в 1,5 и более л. с, благополучно справляется с препятствиями в пути». Добавим, что эти две лошади без особого напряжения могут вытащить из песка и наш застрявший автомобиль, даже с неработающим двигателем.

В современной технике есть понятия конструкционной мощности и мощности, развиваемой машиной в какое-то время, в каких-то условиях. Конструкционной мощностью, которую нередко называют просто мощностью, называется максимально допустимая, предельная мощность машин, обусловленная ее конструкцией. Во всех справочниках, в паспортах машин, в проспектах на экспонаты выставок всегда указывается именно конструкционная мощность как постоянная, строго фиксированная характеристика машин.

Например, мощность двигателя автомобиля ГАЗ-24 «Волга» — 98 л. с, мощность восьми двигателей электровоза ВЛ-80 — 6320 кВт; мощность Красноярской ГЭС — 6 • Ю6 кВт, Саяно-Шушенской ГЭС – 6,4 • 10б кВт.

Мощность, фактически развиваемая в каждом конкретном случае машиной или агрегатом, например тяговым двигателем троллейбуса, может изменяться от нуля до конструкционной мощности.

В технике хотя и редко, но имеют место случаи, когда машина в период опытной эксплуатации устойчиво превышает конструкционную мощность. В таких случаях изменяют паспортные характеристики на фактически установленные. Например, для волжских гидростанций Самарской и Волгоградской изготовлены гидротурбины мощностью 105 000 кВт. Фактически в опытной эксплуатации они показали мощность, несколько превысившую 115 000 кВт. В паспорта турбин и в фирменные знаки на турбинах внесли новое значение мощности, а именно 115 000 кВт, с которой они и работают.

 

Мощность и производительность машин

Остановимся еще раз на росте в современной технике единичной мощности, КПД и производительности машин на примерах таких машин, которые необходимы нам для выполнения механической работы.

Для угольной промышленности и горнорудных работ, для гидротехнического и промышленного строительства нам с каждым годом требуется все большее количество и все более мощных автомобилей — самосвалов. Но какой смысл наращивать мощность, грузоподъемность и производительность машин? Оказывается, смысл есть, и большой.

Автосамосвал ЗИЛ-585 грузоподъемностью 3,5 т с карбюраторным двигателем имеет мощность 90 л. с, автосамосвал МАЗ-525 с дизельным двигателем — мощность 300 л. с, самосвал БелАЗ 549 с двигателем ди-

зеля — мощность 850 л. с. и грузоподъемность 75 т. Сделаем сравнение первой машины с последней, имея в виду, что рабочие скорости у них практически одинаковы.

Мощность машины возросла примерно в 9,4 раза, а пропорционально мощности и расход горючего во столько же раз. Грузоподъемность, а пропорционально ей и количество перевозимого груза (угля, руды) возросли в 21,4 раза. Это при том же расходе горючего. Причем дизельные двигатели экономичнее карбюраторных, а дизтопливо дешевле бензина. Учтем и следующее: для одной машины БелАЗ-549 необходимы шофер и помощник, а для двадцати одной машины ЗИЛ-585 необходимо минимум 21 человек. Фронт работ для 21 машины ЗИЛ-585 необходим по меньшей мере в 15 раз больший, чем для одной БелАЗ-549.

Уже изложенных преимуществ мощной машины перед менее мощными достаточно без продолжения сравнения в организационно-техническом плане. КПД мощной машины значительно выше, чем менее мощной. В настоящее время создан автомобиль БелАЗ-Э7521 грузоподъемностью 180 т, собственной массой 120 т, мощностью двигателя 2300 л. с, т. е. свыше 1690 кВт, и скоростью 50 км/ч. Впечатляют и размеры машины. Длина самосвала 14 м, ширина 8 м и высота 6 м. А в конструкторских бюро проектируются еще более мощные машины с грузоподъемностью 230 — 240 т.

Пример из другой области производства. Паровая турбина мощностью 5000 кВт расходует в сутки 90 т каменного угля, или 18 кг на 1 кВт мощности, а турбина мощностью 300 тыс. кВт — лишь 8 кг на 1 кВт мощности. Значит — и здесь с ростом мощности растет КПД машин.

Приведем в заключение сведения о наиболее мощных машинах из разных областей техники и их характеристиках.

Однажды один наш приятель спросил нас: «С каким, по вашему мнению, КПД работает двигатель автомобиля «Волга»?» Мы ответили, что, очевидно, с КПД, равным 0,18 — 0,19. «Ошибаетесь, друзья, — ответил он. — У моей «Волги» мощность двигателя 98 л. с, а контрольный расход бензина на 100 км пути по паспорту — 9 литров». Я подсчитал КПД, получается более 50%. Пришлось указать другу на его ошибку. Дело в том, что контрольный расход горючего определяется из расчета, что средняя мощность, развиваемая при этом двигателем легкового автомобиля, будет составлять 35%

конструкционной мощности. Значит, 9 литров бензина на 100 км «Волге» достаточно лишь при развитии ею 0,35 конструкционной мощности. Это всем автомобилистам надо иметь в виду.

 

Энергия

Что такое энергия, вам известно из курса физики VII класса. Тогда вы узнали, что энергия есть мера возможности совершить работу. Известно, что энергия является той общей мерой различных форм движущейся материи, величина которой остается неизменной при любых взаимных ее превращениях.

В физику термин «энергия» ввел в 1807 г. английский физик Томас Юнг.

Энергии присущи следующие признаки. Это, во-первых, единая мера различных форм движения материи; во-вторых, сохранение ее при всех превращениях из одного вида в другой.

Тела, обладающие энергией, способны совершать механическую работу, и наоборот — за счет механической работы тел можно получить энергию. Например, обладающая потенциальной энергией «падающая масса» копра совершает работу забивки сваи, и наоборот — механическая работа подъема вверх «падающей массы» копра переходит в потенциальную энергию этой «падающей массы».

Таким образом, механическая работа и энергия эквивалентны. Измеряется энергия в тех же единицах, что и работа, а именно — в джоулях, килоджоулях, килограмм-метрах.

Когда речь идет о механической энергии, имеются в виду две ее формы: энергия потенциальная и энергия кинетическая, или соответственно энергия взаимного расположения тел и энергия движения.

Характеризуя тела с энергетической точки зрения, можно говорить о «механическом состоянии тела», а поскольку энергетические возможности тела определяются его положением по отношению к другим телам и скоростью по отношению к ним, механическое состояние тела и определяют его координатами и скоростью.

Поинтересуемся потенциальной энергией. Мы уже знаем, что это энергия взаимного расположения тел или частей тела, обусловлена она взаимным притяжением тел по закону всемирного тяготения или упругостью де-

формированного или сдавленного тела, к примеру сжатой пружины, газа под давлением. Значит, говоря о потенциальной энергии, мы всегда при этом должны иметь в виду как минимум два тела или две части тела, о взаимном расположении и взаимодействии которых и может идти речь.

Вследствие относительно небольших масс, которыми обладают окружающие нас тела, мы не ощущаем притяжения к ним, ибо оно измеряется сотыми долями ньютона, и не говорим о потенциальной энергии по отношению к ним.

Мы хорошо знаем, что все притягивается к Земле, и потому потенциальную энергию поднятых над Землей тел относим именно к Земле. Кстати, абсолютно не нарушая физического смысла, мы с равным успехом можем говорить о потенциальной энергии земного шара по отношению к поднятому над ним телу.

Кинетическая энергия обусловлена скоростью движения тела и измеряется половиной произведения массы тела на квадрат его скорости, т. е. Ек = —. Отсюда ясно, что кинетическая энергия одного и того же движущегося тела в разных системах отсчета будет различной, ибо скорость любого тела в различных системах отсчета может быть неодинаковой.

В книге В. Н. Внукова «Физика и оборона страны» есть глава с оригинальным названием: «Можно ли рукой поймать пулю и погибнуть от неподвижной пули?» В ней как раз рассматривается вопрос об относительности скорости пули и ее кинетической энергии. Если скорости самолета и летящей рядом с ним параллельным курсом пули одинаковы или близки по модулю, то взять пулю руками пилот может без каких-либо опасений.

Кинетическая энергия в механических процессах может переходить в потенциальную, и наоборот, тело, обладающее энергией, может совершать механическую работу деформации, перемещения и даже разрушения тел, например молот дробит камень, превращая его в щебенку. Известен шуточный диалог двух охотников: «Ну как бьет твое новое ружье?» — «Отлично. Вчера со стены упало — пять горшков разбило!» Чисто физическое событие: ружье, находясь на какой-то высоте над горшками, обладало потенциальной энергией, которая затем превратилась при падении в кинетическую, и ружье, обладающее ею, совершило механическую работу разрушения горшков.

Ясно, что тела могут одновременно обладать и потенциальной, и кинетической энергией. Например, летящий самолет обладает потенциальной энергией, обусловленной его весом и высотой полета над Землей. Он обладает и кинетической энергией, обусловленной его массой и скоростью полета. При определенных данных высоты и скорости полета кинетическая и потенциальная энергия могут стать равными.

 

Голубой уголь

Энергия имеет первостепенное значение в развитии экономики, науки и культуры, и область хозяйства, производящая энергию, — энергетика — является ключевой областью народного хозяйства.

Весьма существенным и все возрастающим по удельному весу является производство электроэнергии за счет механических источников — энергии текущей и падающей воды, т. е. гидроэнергии рек, а также энергии морских приливов и отливов.

Гораздо большее количество энергии, чем реки, несут над территорией нашей страны ветры. По оценке профессора Н. В. Красовского, они могут давать нам до 18 триллионов кВт • ч энергии в год. Однако на пути практического использования этих исполинских энергетических возможностей много технических трудностей. В числе их — неравномерность и непостоянство ветров: резкое снижение скорости воздушных потоков, а значит, их энергии по мере снижения их уровня над Землей, вынуждающее ставить ветровые колеса как можно выше над ее поверхностью; не решены многие конструкционные задачи, возникающие в связи с этим.

В силу изложенного энергия ветра используется у нас в стране пока мало. Очень ценными оказались ветроэлектрические станции — ВЭС — на полярных станциях в арктическом бассейне и в Антарктиде. Там устойчивые ветры обеспечивают сравнительно бесперебойное снабжение полярников электрическим светом и теплом.

Как можно рассчитать и определить мощность ветродвигателя?

Кинетическая энергия воздушного потока Ек, проходящего через поверхность, ометаемую ветровым колесом

(рис. 41), £4=-г-, где т—масса воздушного потока; v—скорость воздушного потока.

А мощность воздушного потока равна кинетической энергии потока, проходящего через поверхность за единицу времени:

Масса воздуха, составляющего воздушный поток, проходящий через ометаемую ветровым колесом площадь за единицу времени, равна у=ру, где V—объем

воздушного потока, т. е. плотность воздуха р, умноженная на объем воздушного потока V, протекающего за единицу времени.

Объем воздушного потока равен V= SI, т. е. произведению площади поперечного сечения потока S на дли-

, V SI

ну /, а в единицу времени - = — = Sv, т. е. произведению объема воздушного потока на его скорость.

Площадь поперечного сечения потока 5 равна

5 = кг2,

где г—радиус площади круга, ометаемого лопастями ветрового колеса. Отсюда, сделав элементарные подстановки в формулу ЛГ = -£-, получим: N = yprV.

А если учесть КПД двигателя ч, то в итоге формула мощности ветрового колеса будет выглядеть так:

N= jprVr|.

Если мы хотим получить результат в единицах СИ, т е мощность потока в ваттах, все остальные физические единицы должны быть соответственно выражены: р-кг/м3; г—м; v—м/с, ^ — отвлеченное число, коэффициент полезного действия двигателя. Теоретически возможным КПД считается 0,6, практически осуществимым пока 0,35.

Исходя из изложенного, можно зависимость мощности от скорости ветра для ветроколес разного диаметра выразить так: мощность ветроколеса возрастает с ростом диаметра колеса и скорости ветра, приводящего его в движение.

В Балаклаве (Крым) был установлен ветродвигатель Центрального гидроаэродинамического института — идти — с диаметром ветрового колеса 30 м. На месте древней Генуэзской сторожевой башни была воздвигнута металлическая ферма, на которой были установлены трехлопастные ветродвигатели.

Пользуясь приведенной формулой расчета мощно>-сти ветродвигателя, приняв за плотность воздуха р -= 1,22 кг/м3, легко определить, что при скорости ветра 10 м/с Балаклавский ветродвигатель развивал полезную мощность порядка 150 кВт.

Чтобы ветроколеса вращались с наибольшей скоростью, отдавая максимальную мощность, они всегда поворачиваются против ветра специальным устройством — виндрозами.

Одной из основных трудностей эксплуатации ветросиловых установок является непостоянство ветра по скорости, вызывающее неравномерность вращения ветрового колеса. В лучших ветродвигателях удается снизить колебания их хода в пределах 2,5 — 1,5% от средней скорости вращения.

Обычно на валу ветрового колеса устанавливается электрический генератор, превращающий механическую энергию вращения ветроколеса в электрическую. Генераторы оборудуют устройствами стабилизации напряжения, на которое рассчитана электросеть, питаемая от силовой установки.

Если энергия, вырабатываемая ветроэлектростанцией — ВЭС, не в любое время суток может быть использована, то на ВЭС устанавливаются аккумуляторные батареи большой емкости, позволяющие использовать эту энергию в другое время, когда из-за слабости ветра ветродвигатель не сможет работать.

Основной вклад в теоретическую разработку и создание конструкций ветродвигателей на основе трудов Н. Е. Жуковского внесли его ученики — В. Н. Ветчинкин, Г. X. Сабинин, Н. В. Красовский.

Интересна последняя работа Г. X. Сабинина. Это миниатюрная, портативная ветроэлектростанция мощностью 120 Вт. Она имеет двухлопастный ветродвигатель диаметром 2 м, на валу которого укреплен электрический генератор. ВЭС устанавливается на обычном высоком столбе. Работать двигатель начинает при скорости ветра 3,5 м/с, а полную мощность развивает при скорости ветра 8 м/с. Станция имеет аккумуляторную батарею, которая заряжается во время работы двигателя. Центробежный регулятор установки автоматически изменяет угол атаки лопастей ветродвигателя и обеспечивает равномерность его вращения, поэтому ВЭС не опасен даже ураганный ветер. Аккумуляторная батарея и электрический генератор включены через реле обратного тока, как это делается в пассажирских вагонах поездов, автомобилях, на самолетах. В результате чего генератор заряжает аккумуляторную батарею, но аккумуляторная батарея не может превратить электрогенератор в электродвигатель, как это обычно и имеет место в схемах с реле обратного тока.

pandia.ru

4. Повышение мощности двигателя

Выявить резервы форсирования двигателя можно с привлечением формулы для расчета эффективной мощности, кВт:

,

где - среднее эффективное давление, МПа;- рабочий объем цилиндра, дм3;- количество цилиндров двигателя;- частота вращения KB, 1/мин;- тактность двигателя (для 2-тактных двигателей= 2, а для 4-тактных=4).

Принимая во внимание то обстоятельство, что современные автомобильные двигатели являются высокооборотными, можно утверждать, что дальнейшее форсирование их путем повышения частоты вращения KB является мало перспективным. Оснований для такого вывода несколько. Во-первых, при возрастании неизбежно повышаются потери на трение в подшипниках и в сопряжении поршней с цилиндровыми втулками, растут потери на осуществление насосных ходов и т.п., что ведет к уменьшению механического КПДи снижению экономичности двигателя. Во-вторых, это ведет к уменьшению ресурса двигателя. Поэтому данный способ форсирования находит применение лишь на двигателях спортивных автомобилей, предназначенных для установления рекордов скорости и не претендующих на долговечность.

Из приведенной формулы видно, что повысить мощность можно также как за счет увеличения рабочего объема цилиндра путем изменения диаметра и хода поршня, так и за счет увеличения количества цилиндров. Увеличение количества цилиндров неизбежно связано с ростом габаритных размеров двигателя, что не всегда приемлемо из-за ограниченного пространства моторного отсека автомобиля. Увеличение хода поршня может быть осуществлено как путем замены KB на новый, так и путем эксцентричнного обтачивания, например, шатунных шеек на уменьшенный диаметр. Немаловажным здесь является и то обстоятельство, что замена KB на новый, с увеличенным радиусом вращения кривошипа, сопровождается некоторым увеличением массы двигателя.

Поскольку , то очевидно, что увеличение диаметра цилиндраD оказывает на повышение мощности большее влияние, чем такое же увеличение хода поршня S. Если принять во внимание, что многие автомобильные двигатели имеют резерв для увеличения диаметра поршня без изменения внешних габаритов блока цилиндров, т.е. за счет расточки цилиндровых втулок под поршни увеличенного диаметра, то этот путь для тюнинга двигателя выглядит достаточно привлекательным.

Наконец, повысить мощность двигателя можно за счет увеличения среднего эффективного давления. Наиболее действенным способом увеличения является наддув. При наддуве улучшается наполнение цилиндров свежим зарядом, что позволяет сжигать в цилиндрах большее количество топлива и получать за счет этого более высокую агрегатную мощность двигателя.

4.1. Увеличение рабочего объема двигателя

Рассмотрим некоторые результаты увеличения рабочего объема двигателя, устанавливаемого на наиболее популярные модели автомобилей ВАЗ.

Увеличение хода поршня с 71 мм до 74,8 мм путем замены KB на новый, с противовесами на всех щеках, и доработка клиновидной камеры сгорания двигателя ВАЗ-21083 позволяют увеличить его рабочий объем с 1500 см3 до 1600 см3. Заметим, что наличие противовесов на всех щеках KB позволяет разгрузить коренные подшипники двигателя от действия центробежных сил инерции неуравновешенных вращающихся масс и тем самым увеличить их срок службы. Чтобы сохранить неизменной степень сжатия, имеющийся комплект поршней или дорабатывается или заменяется на новый. Одновременно несколько увеличивается объем камеры сгорания в головке цилиндров. При доработке днище поршней обтачивается, в результате чего высота головки поршня уменьшается на 1,5 мм. Утопание поршней при положении их в ВМТ относительно торца блока цилиндров не должно превышать 0,1 мм.

При увеличении частоты вращения KB с 5550 1/мин до 5800 1/мин мощность двигателя возрастает с 52,3 кВт (71 л.с.) до 62,6 кВт (85 л.с.). Максимальный крутящий момент двигателя в диапазоне средних и низких частот вращения KB увеличивается на 10%. В результате выполненного тюнинга коэффициент приспособляемости уменьшается с значения =1,18 до=1,15. Полученные результаты достигаются при соответствующей настройке и регулировке систем питания и зажигания двигателя. У двигателя с системой впрыскивания производится, кроме того, замена программы управления.

Для придания двигателю ВАЗ-21083 "спортивного характера", при котором сохраняются названные выше преимущества в диапазоне средних и низких частот вращения KB, а мощность повышается до 69,9 кВт (95 л.с.) при 6200 1/мин с сохранением "эластичности" во всем диапазоне нагрузок - настройка "спорт", в дополнение к уже перечисленным мероприятиям производятся следующие работы:

  • имеющиеся поршни заменяются на "спортивные", изготовленные методом ковки, с эксцентричным расположением отверстия под поршневой палец;

  • стандартный распределительный вал заменяется на новый, обеспечивающий ход клапанов 10,26 мм;

  • клапаны регулируются на новую базу распределительного вала; для тонкой настройки фаз газораспределения на распределительный вал устанавливается разрезная шестерня, зубчатый венец которой можно перемещать относительно ступицы;

  • впускные и выпускные каналы головки цилиндров спрямляются и увеличиваются в сечении, после чего подвергаются полированию;

  • контуры фланцев впускных и выпускных каналов в головке цилиндров и обоих коллекторов обрабатываются по шаблону, после чего их центрирование производится посредством штифтов;

  • для улучшения теплоотвода от клапанов их чугунные направляющие в головке цилиндров заменяются на бронзовые;

  • для уменьшения сопротивления на впуске-выпуске радиус перехода от стержня клапана к его головке уменьшается.

Тюнинг двигателя ВАЗ-21083 в указанном объеме еще не позволяет раскрыть полностью его имеющийся потенциал. При наличии системы впрыскивания мощность двигателя может быть доведена до 81 кВт (110 л.с.) - настройка "супер". Справедливости ради следует отметить, что при этом не удается сохранить "эластичность" работы двигателя во всем диапазоне нагрузок - до частоты вращения 2500 1/мин наблюдаются "провалы". Однако, такой двигатель может доставить настоящее удовольствие любителям спортивной езды.

Для получения указанной мощности тюнинг двигателя включает следующие дополнительные мероприятия:

  • установка впускного коллектора объемом 3 л;

  • стандартный распределительный вал заменяется на новый, обеспечивающий ход клапанов 11,2 мм.

При выполнении всех видов названных выше мероприятий удается устранить ряд недостатков, заложенных в двигатель на стадии производства, и при сохранении его ресурса и ремонтопригодности существенно увеличить мощность за счет внесения конструктивных изменений, разработанных для двигателей спортивных автомобилей.

studfiles.net

Факторы, влияющие на мощность двигателя

Мощность двигателя согласно уравнению зависит от среднего индикаторного давления р^ диаметра цилиндра D, хода поршня S, числа оборотов п и тактности т.

Иэ уравнения видно, что с увеличением числа цилиндров iи рабочего объема Vhмощность двигателя повышается. Однако такое повышение мощности связано с увеличением габаритных размеров и массы двигателя. Поэтому необходимо стремиться найти способы увеличения мощности, приходящейся на единицу рабочего объема.

Конструкцию двигателя принято оценивать по литровой мощности.

Уравнение позволяет произвести анализ влияния основных факторов на величину литровой мощности двигателя.

1.Для применяемых в двигателях жидких топлив величинаколеблется в небольших пределах и практически не влияет наШл.

2.Величина — характеризует совершенство процесса в двигателе. Индикаторный к.п.д. определяет теплоиспользование в действительномцикле. Дляувеличениямощностинеобходимо стремиться к тому, чтобы отношение — было по возможности большим.

Индикаторный к.п.д. имеет наибольшее значение при а = = 1,05-5-1,15. Дальнейшее увеличение а приводит к ухудшению процесса сгорания.

Отношение^! имеет максимальное значение при а = 0,85-^-0,9. а Указанныепределыограничиваютдиапазонрегулировкикарбюратора (заштрихованная область).

На рис. 72, б показана зависимость щ и *~ от адлядизелей,

в которых, как известно, применяется качественное регулирование. При увеличении коэффициента избытка воздуха а (см. рис. 71) индикаторный к.п.д. возрастает. Наименьшее значение а, при котором происходит полное сгорание топлива, будет всегда больше единицы (ада1,25 ч-1,4). При дальнейшем обогащении смеси процесс сгорания резко ухудшается, появляется дым в отработавших газах и происходит недопустимый перегрев двигателя.Величина а, при котором отношение — имеет максимальное значение (точка а), соответствует предельно допустимому обогащению смеси. Незначительное дальнейшее уменьшение а приводит к резкому ухудшению процесса и сильному дымлению. Вследствие этого количество подаваемого топлива ограничивают так, чтобы предельное значение а соответствовало абсциссе точки Ъ (рис. 72, б).

3.Для получения возможно большей мощности необходимо увеличитькоэффициентнаполнения.

4.Тактность двигателя влияет на наибольшую мощность двигателя. Из уравнения (266) видно, что в случае применения двухтактных двигателей (т = 2) при прочих равных условиях мощность увеличивается в 2 раза по сравнению с четырехтактными (т = 4). В действительности такого увеличения мощности не происходит, так как в двухтактном двигателе процесс газообмена осуществляется при положении поршня вблизи н.м.т. и часть рабочего объема теряется на этот процесс. Кроме того, затрачивается мощность на приведение в действие компрессора. В результате этого при применении двухтактных двигателей литровая мощность по сравнению с четырехтактными при одних и тех же числах оборотов коленчатого вала и литраже возрастает примерно на 40—60%.

5.Чем выше механический к.п.д., тем больше литровая мощность двигателя. Для увеличения механического к.п.д. необходимо уменьшить потери мощности на трение и привод вспомогательных механизмов. Качество обработки сопряженных деталей и сборки двигателя существенно влияет на величину механических потерь. Кроме того, они зависят от сорта масла, применяемого для смазки двигателя, и его температуры, а также температуры охлаждающей воды. При эксплуатации двигателя необходимо строго придерживаться технических условий.

6.При больших числах оборотов двигателя литровая мощностьегоувеличивается.

Число оборотов ограничивают исходя из условий удовлетворительного протекания процесса и износа основных деталей двигателя. Допустимое предельное число оборотов определяют по средней скорости поршня. Для современных двигателей грузовых автомобилей скорость поршня на номинальном режиме vn= 9 ч-4-11 м/сек; для двигателей легковых автомобилей vn= 11-н — 5-15 м/сек.

Число оборотов можно увеличить при сохранении допустимых значений средней скорости поршня, уменьшив ход поршня, т. е. применяякороткоходнуюконструкцию.

Теория короткоходных быстроходных двигателей разработана чл.-корр. АНСССРН. Р. Брилингом. Применение короткоходной конструкции, где^ = 1,0-ь0,80, создаетряд преимуществ,

главными из которых являются: 1) повышение числа оборотов при сохранении в допустимых пределах средней скорости поршня; 2) уменьшение отдачи теплоты в воду и повышение экономичности двигателя при увеличении числа оборотов коленчатого вала; 3) увеличение проходных сечений клапанов; 4) большая жесткость коленчатого вала; 5) большая компактность двигателя; 6) уменьшение массы двигателя.

7. Литровая мощность двигателя зависит от плотности поступающего в цилиндр воздуха. При работе двигателя в высокогорных условиях необходимо учитывать, что чем выше над уровнем моря эксплуатируется двигатель, тем меньше плотность воздуха р0. Если уменьшение р0 не компенсируется наддувом, то мощность двигателя с подъемом на высоту снижается.

Повышение литровой мощности достигается применением наддува (см.§ 60).

Литровая мощность современных автомобильных двигателей без наддува находится в следующих пределах: карбюраторные двигатели NJl= 20-н37 квт/л = 27-5-50 л.с./л и дизели без наддува Ыл = 13 — г — 23квт/л = 17^-30л.с./л.

maestria.ru


Смотрите также