升功率
定义
升功率(kW/L)的定义是在额定工况下,发动机每升气缸工作容积所发出的功率。常用符号为PL。PL=Pe/iVs。式中,Pe为发动机的额定功率(kW);i为气缸数;Vs为气缸工作容积(L)。此外,PL=Pme·n/30t。式中,Pme为额定工况下的平均有效压力(MPa);n为额定转速(r/min)。
升功率范围
目前内燃机的Pme和PL值一般在下列范围内,如表所示:
内燃机 |
Pme/MPa |
PL/kW·L |
农用柴油机 |
0.5-0.7 |
8-15 |
汽车用柴油机 |
0.7-2 |
20-60 |
强化高速柴油机 |
1-2.9 |
20-70 |
四冲程摩托车用汽油机 |
0.78-1.2 |
50-70 |
四冲程小客车用汽油机 |
0.65-1.25 |
40-90 |
二冲程小型汽油机 |
0.4-0.65 |
20-75 |
升功率提高升功率的措施
升功率表示了单位气缸工作容积的利用率,升功率越大表示单位气缸工作容积所发出的功率越大。那么,当发动机功率一定时,升功率越大发动机的重量利用率就越高,相对而言发动机就越小,材料也就越省。 升功率的高低反映出发动机设计与制造的质量。因为升功率大小主要决定于气缸平均有效压力和转速的乘积。提高升功率就要从提高气缸压力和转速入手,因此提高升功率的具体措施也就有:
升功率提高充气量
这是四冲程发动机增加热量的首要条件,因为燃料燃烧需要空气,燃料与空气比较,后者更难以充入气缸,所以就要改善换气条件,减少进气阻力增大气门通道截面积,有些发动机就采用4气门形式。当多气门结构布置困难时,首先要满足进气门的需要,不管气门布置形式怎么样,都是进气门数量等于或者大于排气门数量。
升功率提高转速以增加单位时间内的充气量
现在轿车的发动机一般都是高转速发动机,每分钟转速在5千转以上。
升功率改善混合气质量和燃烧过程
采用电控燃油喷射系统,在所有工况下混合气的质量尽可能达到最佳,空气与燃油的混合地点从节气门处移至喷油嘴处,燃油直接与吸入的空气混合,从本质上改善了混合气的均匀性。
升功率提高发动机机械效率
提高发动机机械效率增加有效功的输出,减少机械损失主要是减少零件之间的摩擦,涉及到零件加工的精度、表面加工质量、润滑质量、温度控制及减少附件等。
这里指出的是,多气门与2气门设计的结构上最大差异,就是多气门的配气结构复杂,增加气门、导管、凸轮轴摇臂等,有些还要专门增加一支凸轮轴,即双顶置凸轮轴(DOHC),这些增加的装置必然会增加机械损失。因此,一些讲究实际的厂家仍然在中小型汽车发动机上采用2气门设计。以上四点是相互关联的,例如发动机转速越高引起的每次循环充气量减少问题也越突出,这就要采用增大气门通道截面积的措施,加大进气门头直径或者采用多进气门形式。但采用多气门形式又会涉及到发动机机械效率的问题。世界上的事物总是矛盾并存的,厂家工程师怎样调整平衡点,尽量完善地处理各种矛盾,就体现在各种发动机的性能表现上了。