Турбороторный двигатель внутреннего сгорания. Экономико-энергетические характеристики

К основным экономико-энергетическим характеристикам турбороторного двигателя внутреннего сгорания (ТРДВС) можно отнести:

• удельный расход топлива;
• полную мощность;
• литровую мощность.

Для оценки указанных характеристик используются соответствующие индикаторные показатели ТРДВС.

Индикаторный удельный расход топлива (gi) показывает какое количество топлива расходуется двигателем на производство единицы индикаторной работы и в соответствии с /1/ определяется по формуле

где

Поскольку полное количество подводимой в течение одного термодинамического цикла теплоты (qi) связано с количеством подводимого тепла соотношением

а

то из (1) нетрудно получить

где

Удельный расход топлива по формуле (4) определяется в размерности кг/МДж.

Для его определения в принятой в двигателестроении размерности г/(кВт·ч) целесообразно использовать следующую формулу (см. /1/)

в которой Hu задается в размерности МДж/кг.

Мощность ТРДВС может быть оценена по его индикаторной мощности (Ni) с помощью соотношения

где

Количество рабочих термодинамических циклов совершаемых за один оборот ротора, определяется следующим образом.

Пусть k – количество камер сгорания в ТРДВС. За один оборот ротора каждый сегментообразный вырез проходит k камер сгорания. При этом в каждом сегментообразном вырезе ротора в полости сжатия происходит k тактов впуска и сжатия, а в полости расширения – по k тактов расширения и выпуска рабочего тела. Поскольку число сегментообразных вырезов ротора в каждой полости равно k/2 , то общее число полных термодинамических циклов, совершаемых за один оборот ротора, будет определяться формулой

Индикаторная работа цикла может быть записана в виде

где

Поскольку с небольшой погрешностью можно считать, что

то

где

Подставляя (7) и (10) в (6) получим следующую формулу для оценки мощности ТРДВС

Литровой мощностью (Nл) ТРДВС, как и любого другого двигателя, по определению называется отношение /1/

где

Рабочий объём двигателя можно записать в виде

где

С учетом (11) и (13) получим следующую формулу для оценки литровой мощности ТРДВС

При вычислении удельного расхода топлива, полной и литровой мощности ТРДВС по формулам (5), (11) и (14) следует иметь в виду, что индикаторный КПД цикла (ηi) и среднее индикаторное давление (pi) существенно зависят от параметра β, определяющего отношение степени полного расширения рабочего тела в рабочих камерах к степени его сжатия. Указанный параметр, в свою очередь, зависит от соотношения объёмов сегментообразных вырезов ротора в полости расширения и полости сжатия (параметра β1).

Связь между упомянутыми параметрами следует из следующих соотношений.

По определению

где

Поскольку с небольшой погрешностью можно считать, что

то из (15) с учетом (16) следует, что

В связи с тем, что

β1 >>	β1 – 1	,
	ε + 1

то при проведении оценок можно положить

Результаты оценки удельного расхода топлива, максимальных значений полной и литровой мощности, которые могут быть развиты двигателем на номинальном режиме работы при α = 1,1…1,2 и ηv = 0,8…0,9 в зависимости от числа камер сгорания и геометрических размеров ТРДВС для карбюраторного и дизельного вариантов представлены в Таблицах 1 и 2 соответственно.

Максимальная глубина сегментообразных вырезов ротора в зависимости от диаметра его цилиндрической части при этом определялась по формуле

Значения индикаторного КПД (ηi) и среднего индикаторного давления (pi) для номинального режима работы приняты в соответствии с материалами, приведенными в статье «Турбороторный двигатель внутреннего сгорания. Термодинамические и индикаторные показатели», а значения рабочего объёма двигателя (Vдв) – в соответствии со статьей «Турбороторный двигатель внутреннего сгорания. Геометрические характеристики».

Таблица 1

Расчетные энергетические характеристики карбюраторного (бензинового) варианта ТРДВС на номинальном режиме работы

k	d, мм	bc, мм	bp, мм	n, об/мин	Nл, кВт/л	N, кВт
4	200	20	50	4000	85,8 - 104,6	14,3 - 17,5
				8000	171,6 - 209,2	28,6 - 35,0
		40	100	4000	85,8 - 104,6	28,6 - 35,0
				8000	171,6 - 209,2	57,2 - 70,0
	300	20	50	4000	85,5 - 104,6	32,2 - 39,3
				8000	171,0 - 209,2	64,4 - 78,6
		40	100	4000	85,5 - 104,6	64,4 - 78,6
				8000	171,0 - 209,2	128,8 - 157,2
6	300	20	50	4000	128,5 - 156,9	21,6 - 26,4
				8000	257,0 - 313,8	43,2 - 52,8
		40	100	4000	128,5 - 156,9	43,2 - 52,8
				8000	257,0 - 313,8	86,4 - 105,6
	400	20	50	4000	128,7 - 157,2	38,5 - 47,0
				8000	257,4 - 314,4	77,0 - 94,0
		40	100	4000	128,7 - 157,2	77,0 - 94,0
				8000	257,4 - 314,4	144,0 - 188,0
8	400	20	50	4000	171,8 - 209,9	29,1 - 35,5
				8000	346,6 - 419,8	58,2 - 71,0
		40	100	4000	171,8 - 209,9	58,2 - 71,0
				8000	343,6 - 419,8	126,4 - 142,0
	500	20	50	4000	171,5 - 209,6	45,2 - 55,3
				8000	343,0 - 419,2	45,2 - 55,3
		40	100	4000	171,5 - 209,6	45,2 - 55,3
				8000	343,0 - 419,2	180,8 - 221,2

Таблица 2

Расчетные энергетические характеристики дизельного варианта ТРДВС на номинальном режиме работы

k	d, мм	bc, мм	bp, мм	n, об/мин	Nл, кВт/л	N, кВт
4	200	20	50	2500	59,8 - 83,5	10,0 - 14,0
				5000	119,6 - 167,0	20,0 - 28,0
		40	100	2500	59,5 - 83,3	19,9 - 27,8
				5000	119,0 - 166,6	39,8 - 55,6
	300	20	50	2500	59,4 - 83,4	22,3 - 31,4
				5000	118,8 - 166,8	22,3 - 31,4
		40	100	2500	59,5 - 83,4	44,8 - 62,7
				5000	119,0 - 166,8	89,6 - 125,4
6	300	20	50	2500	89,2 - 125,0	15,0 - 21,0
				5000	178,4 - 250,0	30,0 - 42,0
		40	100	2500	89,3 - 125,0	30,1 - 42,1
				5000	178,6 - 250,0	60,2 - 84,2
	400	20	50	2500	89,3 - 124,9	26,7 - 37,4
				5000	178,6 - 249,8	53,4 - 74,8
		40	100	2500	87,4 - 124,9	53,4 - 74,7
				5000	174,8 - 249,8	106,8 - 149,4
8	400	20	50	2500	119,0 - 160,6	20,1 - 28,2
				5000	238,0 - 333,2	40,2 - 56,4
		40	100	2500	119,0 - 166,6	40,3 - 56,4
				5000	238,0 - 333,2	80,6 - 112,8
	500	20	50	2500	119,1 - 166,9	31,4 - 44,0
				5000	238,2 - 333,8	62,8 - 88,0
		40	100	2500	119,1 - 166,7	62,8 - 88,0
				5000	238,2 - 333,4	125,6 - 176,0