Неизвестный танк часть 2 - 28

СОСТАВ ГОРЮЧЕЙ СМЕСИ

Выше мы указывали, что для полного сгорания горючей смеси в ней должно быть около 15 кг воздуха на 1 кг горючего. Если допустить, что теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива равно 15 кг, то такая смесь называется нормальной. Если на 1 кг горючего приходится больше воздуха, смесь называется бед­ной,  если меньше — богатой.

Богатая однородная (т. е. хорошо перемешанная) смесь может сго­рать, если воздуха в ней не меньше 6 кг, а бедная—если воздуха не больше 21 кг на 1 кг горючего. Это — пределы, вне которых сгорание однородной смеси вообще невозможно.

Наибольшую мощность двигатель развивает при работе не на нор­мальной, а на несколько обогащенной смеси, содержащей 12—13 кг воздуха на 1 кг горючего (для бензинового двигателя). При таком со­ставе горючее сгорает наиболее быстро, так как его частицы сближаются (хотя между ними еще остается достаточно кислорода для воспламене­ния большей их части) и пламя быстрее передается от одной частицы к другой. Как и при повышении степени сжатия, в этом случае умень­шается количество тепла, уходящего через стенки цилиндров, а давле­ние на поршень повышается. Кроме того, на увеличение мощности ока­зывают влияние некоторые другие обстоятельства, на которых мы здесь не останавливаемся.

Дальнейшее обогащение смеси приводит к быстрому уменьшению крутящего момента и мощности, так как все большая часть горючего не сгорает. В то же время скорость сгорания остальной части умень­шается.

В дизелях смесь образуется в самом цилиндре, поэтому время на ее образование очень ограничено (в 10—20 раз меньше, чем в карбюра­торном двигателе) и смесь всегда получается неоднородной. Для полного сгорания горючего в дизеле требуется больше воздуха, чем это опреде­лено теоретически, а именно не менее 18 кг на 1 кг горючего. Чем выше обороты двигателя, тем меньше времени приходится на перемешивание горючего с воздухом и тем хуже проходит процесс сгорания. Если повы­сить обороты сверх максимально допустимых дляданного двигателя, ди­зель начнет дымить. Дымление — признак того, что часть горючего выбрасывается наружу, прежде чем оно успеет сгореть.

Итак, карбюраторный двигатель развивает наибольшую мощность на несколько обогащенной смеси. Дизель всегда работает на обедненной смеси, но и в нем для повышения мощности необходимо увеличивать со­держание горючего в смеси, т. е. относительно обогащать смесь.

МОМЕНТ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ  РАБОЧЕЙ  СМЕСИ

Чтобы рабочая смесь сгорела, требуется некоторое время. Если воспламенить смесь, когда поршень придет в верхнюю мертвую точку, большая часть горючего сгорит при движении поршня вниз, т. е. при увеличении объема цилиндра. При сгорании смеси в большом объеме значительное количество тепла уходит через стенки цилиндра, темпера­тура газов и давление их на поршень уменьшаются; поэтому зажигание рабочей смеси в карбюраторных двигателях и впрыск горючего в дизе­лях производят, когда поршень еще не дошел до верхней мертвой точки, т, е. с некоторым опережением. Величина опережения зажигания или впрыска горючего различна для разных двигателей. Кроме того, чем больше число оборотов одного и того же двигателя, тем раньше воспла­меняют смесь, чтобы значительная часть ее сгорела к моменту, когда поршень придет в верхнюю мертвую точку, т. е. опереже­ние увеличивают с повышением оборотов. При слишком большом опережении мощность двигателя снижается. В этом случае резкое повышение давления газов на поршень, идущий вверх, усиливает препятствие вращению коленчатого вала. Одновременно увеличиваются потери тепла через стенки цилиндра.

Рис. 173. Опережение впрыска

Для каждого двигателя наибольшая мощность получается, при определенном, наивыгоднейшем моменте начала впры­ска (для дизелей) или при наивыгодней­шем опережении зажигания рабочей сме­си (в карбюраторных двигателях). Мо­мент начала впрыска в дизелях обычно соответствует положению поршня, при котором коленчатый вал не дошел до  верхней мертвой точки на 10—35° (зави сит от числа оборотов и конструкции  топливоподающей системы двигателя).

ЛИТРОВАЯ  МОЩНОСТЬ

Поскольку особое значение для танкового двигателя имеют его раз­меры, желательно при данном литраже получить наибольшую мощность, а при данной мощности иметь наименьший литраж. Чтобы сравнить с этой точки зрения различные двигатели между собой, сопоставляют их литровую   мощность, т.  е.  количество   лошадиных   сил,  приходящихсяна 1 л рабочего объема цилиндров:

мощность двигателя = литровая мощность / литраж

Так, при мощности двигателя 500 л. с. и  литраже 40 л   литровая мощность составляет

500/40 = 12,5 л. с./л.

Литровая мощность танковых двигателей находится в пределах 10—30 л. с. на 1 л. Большие литровые мощности соответствуют высоко­оборотным, а также двухтактным двигателям. Для сравнения укажем, что литровая  мощность  авиационных двигателей доходит до 45 л, с./л.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ  ГОРЮЧЕГО

Из тепла, выделяемого при сгорании горючего, в полезную работу превращается лишь небольшая часть. Примерное распределение энергии сгорающего в двигателе горючего показано на рис. 174.

Рис. 174. Распределение энергии сгорающего в двигателе горючего:

А —энергия отработавших газов, используемая на подогрев рабочей смеси; Б — энергия охлаждающей воды, идущая на подогрев рабочей смеси через стенки цилинд­ров; В и Д — тепловая энергия, образующаяся в результате трения деталей, отво­дится отработавшими газами и охлаждающей водой; Г — тепловая энергия отработавших газов, отводимая в охлаждающую воду; Е — излучение выпускных труб; Ж — излучение блока и головки цилиндров; 3 — излучение омываемых водойстенок двигателя

Данные без скобок относятся к дизелям, в скобках — к карбюраторным двигателям. Из рисунка видно, что в дизелях 34 % энергии уходит в виде тепла с отрабо­тавшими газами, 26%—с водой, охлаждающей цилиндры двигателя, 8% тратится на трение в механизмах (трение поршней о стенки цилиндров, трение в подшипниках коленчатого вала и т. д,) и излучение тепла через стенки двигателя.

В дизелях только 32 % энергии горючего, а в карбюраторных двигателях всего 24% превращается в полезную работу. Таким об­разом, из каждого килограмма горючего около 700 г расходуется бесполезно.

Однако часть энергии, уносимой с отработавшими газами или охлаждающей водой, можно использовать. Так, на рис. 174 буквами А и Б обозначена та часть тепловой энергии отработавших газов и водыкоторая используется для подогрева горючей смеси, т. е. для улучшения рабочего процесса двигателя. В автомобилях и самолетах применяют горячую воду или отработавшие газы, выходящие из двигателя, для ото­пления машины.

Сравнивая процент энергии горючего, превращаемой в полезную ра­боту в дизелях и в карбюраторных двигателях, мы видим, что для дизе­лей этот процент выше примерно на одну треть. Следовательно, для по­лучения той же мощности в дизеле надо сжечь меньше горючего. Иначе говоря, как уже отмечалось, дизель гораздо экономичнее карбюраторного двигателя.

УДЕЛЬНЫЙ РАСХОД ГОРЮЧЕГО

Экономичность двигателя оценивают расходом горючего на одну лошадиную силу за час работы двигателя. Этот расход называют удель­ным расходом горючего. Так, если двигатель мощностью 500 л. с. расхо­дует в течение часа 90 кг горючего, то на 1л. с. в час придется 90 000 : 500 = 180 г горючего. Удельный расход горючего позволяет сравнивать двигатели с точки зрения их экономичности.

Удельный расход горючего для дизелей составляет 160—200 г/л.с.ч. (как исключение 230 г/л.сч.), для карбюраторных двигателей 230—280 г/л. с. ч.

Экономичность двигателя в значительной мере зависит от состава горючей смеси. При работе на обогащенной смеси повышается мощ­ность двигателя, но зато увеличивается расход горючего, так как часть его не может сгореть из-за недостатка кислорода. Наиболее выгодна с точки зрения расхода горючего работа на несколько обед­ненной смеси.

СКОРОСТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЯ

Скоростной характеристикой двигателя называют графики, которые показывают, как с изменением числа оборотов двигателя меняется его мощность, крутящий момент (рис.175) и расход горючего.         

Рис. 175. Скоростные характеристики  двигателя

Скоростная характеристика двигателя определяется опытным путем на специальной тормозной установке. Меняя силу торможения, находят каким оборотам соответствует та или иная величина крутящего момента при неизменной подаче горючего. Зная крутящий момент и обороты, можно по формуле (2) определить мощность двигателя.

Кривая, показывающая, как при наибольшей подаче горючего изме­няется мощность, двигателя с изменением числа его оборотов, и будет одной из скоростных характеристик двигателя, называемой внешней характеристикой   (рис, 175, верхняя сплошная линия).

Уменьшая подачу горючего, получим ряд характеристик, показан­ных на рис. 175 пунктирными кривыми и называемых частичными характеристиками. Все они будут расположены ниже первой, так как при меньшей подаче горючего мощность также будет меньше; поэтому характеристика, соответствующая наибольшей подаче горючего, и называется внешней характеристикой.

Зависимость мощности от числа оборотов для характеристик, полу­чаемых при различной подаче горючего, однотипна. При повышении обо­ротов, начиная обычно с 500—800 об/мин (при меньших оборотах двига­тель под нагрузкой работать не может), мощность увеличивается. При определенных оборотах она достигает своей наибольшей величины (N_д на внешней характеристике). С дальнейшим повышением числа оборотов мощность двигателя начинает уменьшаться. Это происходит потому, что дальнейшее повышение оборотов сопровождается ухудшением наполне­ния цилиндров двигателя и условий сгорания смеси (недостаточно вре­мени) ; увеличивается также мощность, расходуемая на трение внутри двигателя. Повышение числа оборотов сверх предела, соответствующего наибольшей мощности, не только бесполезно, но даже вредно, поскольку детали двигателя изнашиваются от этого быстрее.

Каждый двигатель имеет свои предельные обороты, превышать ко­торые не следует.

Число оборотов двигателя контролируется специальным прибором — тахометром.

ПРИСПОСОБЛЯЕМОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ

Из рассмотрения рис. 175 следует, что крутящий момент двигателя достигает своей наибольшей величины при меньших оборотах, чем обо­роты, соответствующие максимальной мощности.

Это очень важно. В самом деле, пусть танк движется, преодолевая некоторое сопротивление, причем мощность двигателя является наиболь­шей для данной подачи горючего. Если теперь сопротивление движению увеличится, скорость танка начнет падать, и обороты коленчатого вала уменьшатся; при этом, как видно из характеристики, крутящий мо­мент возрастет. Значит, двигатель сможет преодолеть возросшее сопротивление и не заглохнет, хотя подача горючего и не увеличи­лась. Двигатель, как говорят, приспособляется к изменившемуся со­противлению.

Чем на большую величину увеличивается крутящий момент по мере уменьшения оборотов, тем выше приспособляемость двигателя и тем ме­нее вероятно, что он заглохнет при увеличении сопротивления движению. Крутящий момент дизеля может возрасти на 10—-20%, карбюраторного двигателя — на 20—25 %, Следовательно, карбюраторные двигатели обладают лучшей приспособляемостью, чем дизели. 

Если сопротивление превысит пределы приспособляемости двига­теля, то обороты его резко уменьшатся и двигатель заглохнет.

Для каждого двигателя существуют наивыгоднейшие пределы обо­ротов, на которых он должен работать. Эти обороты на характеристике соответствуют участку между наибольшим крутящим моментом и наи­большей мощностью двигателя; их можно назвать рабочими оборотами. На рис. 175 участок рабочих оборотов заштрихован.

Отношение числа оборотов при наибольшей мощности к числу обо­ротов при наибольшем моменте показывает, во сколько раз можно из­менять скорость танка, не нарушая наивыгоднейших условий работы двигателя. Это отношение назовем рабочим диапазоном оборотов  двигателя.

Так, если двигатель развивает наибольшую мощность при3000 об/мин, а наибольший момент при 2000 об/мин_у то рабочий диапазон равен 3000/2000 = 1,5

Для современных двигателей рабочий диапазон оборотов находится в пределах 1,5—2,5.

• Назад
• Вперед