Теоретическая часть

Как известно из теории крутящий момент двигателя определяется значением среднего эффективного давления по следующей зависимости

В свою очередь среднее эффективное давление является функцией коэффициента наполнения, цикловой подачи топлива, индикаторного и механического КПД.

Таким образом, для повышения величины крутящего момента необходимо улучшать наполнение цилиндров свежей смесью, увеличивать цикловую подачу топлива, уменьшать тепловые и механические потери.

На малых оборотах величина крутящего момента, как правило, невысока. Объясняется это ухудшением процесса смесеобразования, так как малые скорости воздуха во впускном трубопроводе и малая интенсивность вихрей в цилиндре; большими потерями тепла в стенки в следствии значительного времени соприкосновения горячих газов с более холодными стенками; плохим наполнением цилиндров по причине обратного выброса.

Для повышения величины крутящего момента на малых частотах вращения целесообразно применять газодинамический наддув (использовать волновые процессы во впускном трубопроводе). Это достигается увеличением длины впускного трубопровода. Для дополнительного уменьшения обратного выброса желательно использовать переменные фазы газораспределения (уменьшение угла опаздывания закрытия впускного клапана).

На средних частотах вращения коленчатого вала крутящий момент увеличивается. Это объясняется прекращением обратного выброса смеси (увеличивается скорость входящей смеси); уменьшением относительной теплоотдачи; повышением скорости сгорания из-за лучшего смесеобразования.

На больших частотах вращения крутящий момент уменьшается, т.к. падает коэффициент наполнения вследствие повышения аэродинамического сопротивления впускного тракта (потери по длине, дросселирование, сопротивление в клапанной щели, в воздушном фильтре). Увеличиваются потери тепла с отработавшими газами, так как уменьшается время, отводимое на процесс сгорания; увеличиваются механические потери.

Для улучшения наполнения на высоких частотах вращения необходимо уменьшать аэродинамическое сопротивление на впуске. Это достигается уменьшением длины впускного тракта, увеличением количества клапанов на цилиндр, использованием многодроссельной системы. Целесообразно увеличивать продолжительность открытия впускного клапана, высоту его подъема и угол опаздывания закрытия.

Уменьшение времени, отводимого на процесс сгорания приводит к смещению участка основной фазы горения на такт расширения. Чтобы компенсировать увеличение длительности первой фазы и сжигать основную массу топлива вблизи ВМТ, необходимо увеличивать угол опережения зажигания.

Среднее давление механических потерь возрастает с увеличением частоты вращения по закону, близкому к линейному, что приводит к монотонному снижению механического КПД. Для уменьшения механических потерь уменьшают высоту поршня, количество колец, улучшают качество смазки.

Эффективная мощность двигателя определяется величиной крутящего момента и частоты вращения коленчатого вала . На графике изменения Ne можно выделить три характерные зоны. В первой зоне от n_min до n_m благодаря одновременному росту и наблюдается наиболее интенсивное возрастание

Во второй зоне от до вследствие постепенного уменьшения наблюдается замедление, а затем и прекращение роста . В третьей зоне, после режима n_N уменьшение крутящего момента и увеличение механических потерь настолько велико, что не может быть компенсировано повышением частоты вращения, и мощность падает.

Часовой расход топлива определяется цикловой подачей топлива Gцикл, частотой вращения коленчатого вала n, числом цилиндров i и тактностью двигателя τ

Поскольку значения и постоянны, то часовой расход топлива определяется величинами и . В результате описанного изменения часовой расход топлива растет почти пропорционально частоте вращения коленчатого вала n, имея характерную выпуклость кривой Gт за счет специфического изменения Gцикл.

Часовой расход топлива достигает максимального значения при частоте вращения коленчатого вала , где – обороты, соответствующие максимальному часовому расходу; – обороты, соответствующие максимальной мощности. При дальнейшем увеличении частоты вращения часовой расход начинает падать, так как увеличение количества циклов уже не компенсирует ухудшение наполнения за цикл.

Минимальный удельный расход топлива наблюдается при средних частотах вращения коленчатого вала и определяется оптимальным сочетанием индикаторного и механического КПД (рис 4.2.). Возрастание при уменьшении связано c падением индикаторного КПД, вследствие, ухудшения процессов смесеобразования, сгорания и увеличения тепловых потерь. Рост при повышении частоты вращения объясняется снижением механического КПД , возрастанием тепловых потерь с отработавшими газами и плохим наполнением цилиндров свежей смесью.