3 Требования к двигателям

Помимо общих требований, предъявляемых к любому элементу самоходной машины - малые масса и габаритные размеры, достаточно большой срок службы (10 ... 12 тыс. моточасов), к двигателям предъявляют ряд специфических требований:

1. необходимый уровень номинальной (максимальной) мощности для данной модели машины N_н, кВт;

2. необходимые параметры скоростных характеристик (номинальная угловая скорость коленчатого вала _N, коэффициент запаса крутящего момента k_M, угловая скорость коленчатого вала при максимальном крутящем моменте _M, минимальная устойчивая угловая скорость холостого хода коленчатого вала _х.х^min, степень неравномерности регуляторной характеристики _р и ряд других);

3. высокая экономичность, то есть возможность работы с минимальными удельными расходами топлива g_e и масла g_м в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов;

4. низкая токсичность отработавших газов по всем вредным компонентам (CO, CH, NO_x, твёрдые частицы);

5. низкая шумность работы (< 85 дБА);

6. лёгкий запуск как в холодном, так и в прогретом состоянии при температуре окружающего воздуха от -50 до +60 С;

7. технологичность конструкции, обеспечивающая достаточно низкую себестоимость изготовления, ремонта и утилизации;

8. высокая надёжность, то есть бесперебойная работа в течение установленного нормативными документами периода на всех эксплуатационных режимах без вынужденных остановок, снижения мощности, экономичности и экологичности;

9. минимизация вибрации, передаваемой на несущую систему машины, а также крутильных колебаний, передаваемых на трансмиссию;

10. полная безопасность при управлении и обслуживании;

11. полная автоматизация работы механизмов и систем;

12. возможность ручного регулирования (ручного управления) скоростного режима от _х.х^min до _х.х^max;

13. возможность использования в качестве вспомогательного тормоза;

высокая скорость маневрирования, то есть способность достаточно быстро переходить с одного режима работы на другой

4 Параметры и оценочные показатели двигателей

• Основные параметры поршневого ДВС:

- число цилиндров i (обычно на самоходных машинах применяют моторы, имеющие i = 1; 2; 4; 6; 8; 12, реже i = 3; 5; 10);

- диаметр цилиндра D (для самоходных машин 32 < D < 210 мм, где при малых диаметрах детали, образующие камеру сгорания, переохлаждаются, что затрудняет запуск и увеличивает токсичность, а при больших D поршень и головка цилиндра перегреваются);

- ход поршня S (расстояние от ВМТ до НМТ);

- отношение хода поршня к диаметру цилиндра S / D (обычно применяют КШМ, имеющие 0,8 < S / D < 1,4 , но более предпочтительны короткоходные КШМ, имеющие S / D < 0,8, так как при этом уменьшается высота ДВС, средняя скорость поршня v_п.ср и аэродинамические потери при впуске, увеличивается жёсткость КШМ);

- рабочий объём цилиндра V_h (объём между ВМТ и НМТ);

- полный объём цилиндра V_a = V_h + V_c, где V_c - объём камеры сгорания, то есть объём над поршнем, когда он находится в ВМТ;

- степень сжатия  = V_a / V_c (для современных ДВС с принудительным воспламенением  = 9 ... 12, для дизелей  = 12 ... 25);

- коэффициент длины шатуна _ш = R / l_ш = 0,2 ... 0,3, где R - радиус кривошипа коленчатого вала, l_ш - длина шатуна (чем короче шатун, тем компактнее двигатель, лучше условия наполнения цилиндра свежим зарядом за счёт большей продолжительности нахождения поршня около НМТ, но больше боковая сила F_N, действующая от поршня на цилиндр).

• Основные оценочные показатели ДВС:

- номинальная мощность N_н, л. с. (1 л. с. = 0,735 кВт);

- номинальная частота вращения коленчатого вала n_N , об/мин или угловая скорость _N , рад/с ( =  n / 30);

- максимальный крутящий момент M_max, Нм или кгсм (обычно в расчётах применяют соотношение 1 кгсм = 10 Нм);

- частота вращения при максимальном крутящем моменте n_M;

- коэффициент запаса крутящего момента (коэффициент приспособляемости по крутящему моменту), который вычисляется как k_M = M_max / M_N и равен 1,05 ... 1,5, где M_N = N_н / _N - крутящий момент при номинальной мощности (чем больше k_M, тем проще трансмиссия машины, меньше динамические нагрузки и лучше топливная экономичность), моторы с k_M > 1,25 называют двигателями постоянной мощности (ДПМ);

- среднее эффективное давление в цилиндре p_e, МПа (для современных ДВС без наддува p_e = 0,4 ... 0,9 МПа, с наддувом p_e = 1,0 ... 2,5 МПа);

- часовой расход топлива G_т, кг/ч;

- часовой расход воздуха G_в, кг/ч;

- удельный эффективный расход топлива g_e = G_т / N, г/кВтч (лучшие модели современных автомобильных дизелей имеют минимальные удельные расходы топлива g_e^min  180 г/кВтч);

- удельный расход масла g_м = G_м / N (г/кВтч) или g_м% = 100 G_м/G_т (измеряется в %), который показывает качество изготовления и степень износа двигателя (для лучших моторов g_м% < 0,4 %);

- литровая мощность N_л = N_н / (iV_h), л. с. / литр;

- массовая мощность N_m = N_н / m, л. с. / кг, где m - масса мотора;

- поршневая мощность N_п = N_н / (iA_п), л. с. / дм², где A_п - площадь днища поршня.

Где

N_н - номинальная мощность, которую можно определить по зависимости

, (4.1)

здесь

 - коэффициент тактности ДВС (для двухтактных моторов  = 2, а для четырёхтактных  = 4),

i – число цилиндровЖ

V_h – рабочий объем цилиндровЖ

p_e – среднее эффективное давлениеЖ

_N – угловая скорость.

Одно из выражений, по которому можно оценить максимальный КПД двигателя

, (4.2)

где

H_u - низшая теплота сгорания топлива, кДж/г (для бензина H_u = 44, для дизельного топлива H_u = 42,5)

– минимальный удельный расход топлива.

Указанные удельные мощности (N_л, N_m, N_п) и p_e позволяют оценить степень форсирования двигателя, то есть совершенство его конструкции с точки зрения компактности, материалоёмкости и напряжённости (силовой и тепловой). Нефорсированные моторы имеют N_п<20 л.с./дм², а высокофорсированные - N_п > 60 л.с./дм². Форсирование является основным способом получения лёгких малогабаритных двигателей. При этом увеличивается тепловая и динамическая напряжённость деталей, что может снизить ресурс.

Существует три способа форсирования ДВС: