48. Удельные мощности двигателя. Пути повышения удельных мощностей.

Применительно к автомобилям удельной мощностью называют максимальную мощность мотора, отнесённую ко всей массе автомобиля. Мощность поршневого двигателя, делённая на литраж двигателя, называется литровой мощностью. Например, литровая мощность бензиновых моторов составляет 30…45 кВт/л, а у дизелей без турбонаддува — 10…15 кВт/л.

Увеличение удельной мощности мотора приводит, в конечном счёте, к сокращению расхода топлива, так как не нужно транспортировать тяжёлый мотор. Этого добиваются за счёт лёгких сплавов, совершенствования конструкции и форсирования (увеличения быстроходности и степени сжатия, применения турбонаддува и т.д.). Но эта зависимость соблюдается не всегда. В частности, более тяжёлые дизельные двигатели могут быть более экономичны, так как КПД современного дизеля с турбонаддувом доходит до 50 %.

Известны различные пути повышения удельных мощностей, в частности:

Технологический – применяя везде, где возможно, легкие материалы; технологические пути реализуются «автоматически» по мере появления новых конструкционных материалов.

Конструктивный – снижая размеры элементов конструкции, например, располагая цилиндры под углом друг к другу или звездообразно;

основным принципиальным различием перечисленных ДВС является способ конструктивной реализации термодинамического цикла:

в 4-ДВС все составляющие цикла совмещены в пространстве и протекают последовательно во времени;

в 2-ДВС составляющие цикла попарно разнесены в пространстве и также попарно параллельны во времени;

в РП-ДВС пространственное разделение осуществлено по трём рабочим зонам, что позволило обеспечить частичное временное перекрытие составляющих цикла, хотя процесс по-прежнему остался дискретным;

в ГТД составляющие цикла разнесены в пространстве, совмещены во времени и непрерывны.

Это означает, что 4-ДВС только четверть времени использует рабочий объём для извлечения энергии из топлива, а остальное время занято вспомогательными процессами. Даже частичное изменение этого способа в 2-ДВС – попарное разнесение составляющих цикла в пространстве и их совмещение во времени – дает существенный выигрыш в удельной мощности.

Это позволяет сформулировать два принципа конструктивного повышения удельной мощности:

осуществление непрерывного преобразования тепловой энергии в механическую;

минимизация преобразований энергии

Энергетический – повышая энергосодержание цикла путем повышения термодинамических показателей или увеличивая количество циклов в единицу времени, т.е. повышая скорость вращения.

Энергетический путь повышения удельной мощности также предоставляет две возможности:

выбор наиболее эффективного термодинамического цикла;

включение в рабочий цикл двигателя жидкой (а возможно, и твёрдой фазы).

49. Понятие об уравновешенности, уравновешенность теоретическая и действительная.

Силы, возникающие при работе автомобильных и тракторных двигателей, можно разделить на два вида: уравновешенные и неуравновешенные.

Уравновешенными силами называют силы, равнодействующая которых по отношению к опорам двигателя равна нулю и которые при их суммировании не дают свободного момента. К таким силам относятся силы давления газов в цилиндре двигателя и силы трения.

К неуравновешенным силам относят силы, которые передаются на опоры двигателя: вес двигателя, реакции выпускных газов и движущихся жидкостей, центробежные силы инерции вращающихся масс двигателя, силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс двигателя, касательные силы инерции вращающихся масс, возникающие вследствие непостоянной угловой скорости вращения коленчатого вала.

Во всех поршневых двигателях имеет место также переменный реактивный момент, при любом положении коленчатого вала равный по величине, но противоположный по направлению крутящему моменту двигателя. В обычных автомобильных и тракторных двигателях реактивный момент уравновесить невозможно и во время работы он всегда передается на раму автомобиля или трактора.

Неуравновешенные силы, переменные по величине и направлению, могут вызвать вибрации, как двигателя, так и всего автомобиля или трактора, причем наибольшие сотрясения вызываются силами инерции вращающихся и поступательно движущихся масс двигателя.

С увеличением равномерности крутящего момента двигателя вибрации двигателя, зависящие от реактивного момента, уменьшаются.

Неуравновешенные силы, постоянные по величине и направлению, вибраций двигателя не вызывают.

Вибрации двигателя при недостаточной жесткости его деталей могут возникнуть также под действием переменных сил давления газов. Эти вибрации устраняются увеличением жесткости деталей двигателя. Для устранения отрицательных последствий, связанных с наличием вибраций, двигатель должен быть динамически уравновешен.

В уравновешенном двигателе при установившемся режиме работы силы и моменты сил, передаваемые на его опоры, постоянны по величине и направлению или равны нулю.

Уравновешивание современных автомобильных и тракторных двигателей можно осуществить двумя способами:

1. расположением определенным образом цилиндров и выбором такой кривошипной схемы коленчатого вала, чтобы переменные силы инерции и их моменты взаимно уравновешивались;

2. созданием с помощью дополнительных масс (противовесов) новых сил, в любой момент времени равных по величине, но противоположных по направлению основным уравновешиваемым силам.

Очень часто оба эти способа применяются одновременно.

Действительная уравновешенность двигателя отличается от теоретической уравновешенности, при которой предполагается, что коленчатый вал абсолютно жесткий, вращается с постоянной угловой скоростью, а детали в различных цилиндрах имеют одинаковые размеры и массу, т.е. теоретическая уравновешенность построена на предположении о равенстве всех силовых факторов, формирующих суммарные силы и моменты. В действительности, размеры и масса деталей двигателя различны и силы инерции для отдельных цилиндров получаются неравными.