Влияние различных факторов на индикаторную мощность и момент

На индикаторную мощность и момент, кроме значения , влияют количество тактов, количество цилиндров и рабочий объем цилиндра (основные размеры двигателя), а на - также n (частота вращения).

● Количество тактов. В двухтактных двигателях индикаторные показатели (, ) ниже, чем в четырехтактных. Это связано с менее совершенной очисткой цилиндров от продуктов сгорания, повышенное содержание которых может ухудшить процесс сгорания и теплоиспользование.

Среднее индикаторное давление двухтактных двигателей, отнесенное к полному рабочему объему, меньше, чем в четырехтактных, в связи с потерей части рабочего объема на осуществление газообмена, несколько меньшего , а также обычно большего , к чему прибегают для снижения тепловой напряженности деталей двигателя. В результате для двигателей без наддува при прочих равных условиях применение двухтактного цикла вместо четырехтактного способствует увеличению мощности и момент лишь на 60...70%.

В четырехтактных двигателях из-за большой энтальпии ОГ и меньшей тепловой напряженности деталей могут применяться более эффективные системы газотурбинного наддува, чем на двухтактных двигателях. При наддуве от приводного нагнетателя в четырехтактных. двигателях меньше удельные затраты мощности на привод нагнетателя, так как меньше, в частности, подача воздуха на единицу расходуемого топлива. Поэтому при прочих равных условиях для двигателей с наддувом мощность четырехтактного двигателя может даже превышать мощность двухтактного.

● Количество цилиндров. при неизменных основных размерах цилиндра пропорциональны количеству цилиндров. Увеличение количества цилиндров приводит к усложнению конструкции и эксплуатации двигателей.

● Размеры цилиндра и номинальная частота вращения. Размеры цилиндра, выраженные через диаметр цилиндра D и ход поршня S, зависят для заданной мощности от номинальной частоты вращения . Из выражения средней скорости поршня следует, что при увеличении n, чтобы избежать роста , от которой зависят механические потери двигателя, его надежность и износостойкость, следует уменьшить S. При неизменном уменьшение S должно сопровождаться увеличением D. Это возможно, однако, лишь до определенных пределов, так как чрезмерное уменьшение S/D может привести к неблагоприятному изменению массовых и габаритных показателей двигателя, росту механических и термических нагрузок и ухудшению теплоиспользования. Опыт создания дизелей показывает, что в случае однополостных камер сгорания малого диаметра и разделенных камер сгорания наилучшие показатели обеспечиваются при S/D = 1,0...1,4. При меньших S/D ухудшается использование воздуха вследствие увеличения содержания его в «мертвых» зонах.

Как показывает анализ расчетных циклов, с увеличением S/D при неизменной частоте вращения и прочих равных условиях (D, ) уменьшается относительная потеря теплоты в среду охлаждения и повышается КПД цикла. Это связано с тем, что количество вводимой теплоты возрастает практически пропорционально S, апотери теплоты в среду охлаждения – в существенно меньшей степени, т.к. увеличение поверхности теплообмена происходит лишь в заключительной части такта расширения, когда интенсивность теплообмена мала. Если, однако, вести анализ не для равных значений n, а для одинаковых значений средней скорости поршня, то результат получается обратным из-за увеличения времени теплообмена в связи с меньшими значениями n при большем S.

В дизелях с однополостными камерами сгорания большого диаметра, как показал Н.Р. Брилинг, целесообразно применение S/D < 1. В двигателях с искровым зажиганием применяются S/D = 0,85...1,10.

При неизменных величинах S/D и увеличение связано с уменьшением номинальной частоты вращения.

Отмеченная взаимосвязь является причиной того, что индикаторная мощность растет не пропорционально . Дополнительное влияние может оказать тепловая напряженность деталей. С увеличением увеличиваются размеры деталей, термические сопротивления, перепады температуры и, как следствие, термические напряжения. С целью снижения их необходимо применять меньшие степени форсирования, больший избыток воздуха, что также ограничивает прирост при увеличении .

По мере совершенствования материалов, технологии их обработки, топлив и масел, естественно, создаются возможности обеспечения высокой надежности и износостойкости двигателей при больших значениях . Поэтому повышение номинальной частоты вращения является при соответствующем выборе S/D одним из способов повышения мошности при сохранении массы и габаритов двигателя. В наибольшей степени это справедливо для двигателей с искровым зажиганием. В дизелях, особенно без наддува и с разделенными камерами сгорания, повышение номинальной частоты вращения также в ряде случае может оказаться целесообразным. При использовании наддува в дизелях нередко прибегают к снижению номинальной частоты вращения с целью повышения экономичности на соответствующем режиме за счет повышения механического КПД.

В обоих случаях увеличение номинальной частоты вращения целесообразно только в том случае, если это не приводит к резкому снижению и ухудшению процессов смесеобразования и сгорания . В противном случае уменьшение может сводить на нет эффект от повышения n.