Что такое фактор Ловелла?

Вкратце: это эмпирическое правило, согласно которому размер клапанов определяется скоростью газа

Этот замечательный документ неплохо объясняет, что такое коэффициент Ловелла и почему он важен. Это мой источник большей части информации, представленной в этом ответе.

Что такое Ловелл?

Коэффициент Ловелла относится к средней (осреднённой) скорости движения топливно-воздушной смеси во впускных клапанах.

Брайан Ловелл осознал/популяризировал тот факт, что атмосферные, бензиновые двигатели почти всегда выдают максимальную мощность при средней скорости на впуске 70–80 м/с; это делает коэффициент Ловелла очень полезным и простым инструментом для подбора впускных клапанов независимо от объёма двигателя, диаметра цилиндра, хода поршня, частоты вращения или максимальной мощности.

Насколько я понимаю, именно покойный Брайан Ловелл из Уэслейка придумал понятие средней скорости газа применительно к впускным клапанам...

Следует отметить, что Брайан Ловелл предложил использовать среднюю скорость газа в качестве критерия для сравнения двигателей, по которым было доступно очень мало данных в эпоху, когда для проектирования использовались логарифмические линейки, а не компьютеры. Более сложные расчёты точно не рассматривались.

То же самое относится и к выпускным клапанам

Цель — примерно 300 м/с.

Более того, если применить понятие средней скорости газа к выпускным клапанам двигателя, где скорость звука при высоких температурах выхлопных газов составляет около 600 м/с, то критерий числа Маха, равный 0,5, соответствует (при расчёте на максимальную скорость поршня) средней скорости газа 300 м/с.

...

Таким образом, представляется возможным распространить концепцию средней скорости газа и на выпускные клапаны. Это важно, поскольку соотношение размеров выпускных и впускных клапанов является критическим фактором при проектировании

Почему на впуске 70–80 м/с, а на выпуске 300 м/с?

По причинам, частично описанным в документе, речь идёт о попытке достичь скорости 0,5 Маха, потому что именно на этой скорости двигатель работает лучше всего.

«Идеальной» считается конструкция, в которой максимальная скорость частиц в выпускном и впускном каналах составляет 0,5 числа Маха.

Mach = Gas Velocity / Speed of Sound in that gas

Поскольку скорость звука меняется в зависимости от давления, температуры и состава газа, идеальная скорость будет разной на входе и выходе.

Значение числа Маха также зависит от нагрузки на двигатель, поскольку диаметр клапана фиксирован. Поэтому конструктор двигателя должен найти оптимальный компромисс между характеристиками на низких и высоких оборотах.

Кстати, это также объясняет, почему выпускные клапаны (обычно) меньше впускных.

Как это рассчитывается?

• Вычислите среднюю скорость поршня (Cp) при интересующем вас числе оборотов в минуту:

  
  

    Cp  = 2 * STROKE * RPM / 60 
  
  

  
  



• Вычислите отношение площади (Kiv) открытия впускного клапана к диаметру цилиндра:

  
  

    Kiv = INTAKE VALVE AREA / CYLINDER AREA
  
  

  
  



• Вычислите коэффициент Ловелла (KL):

  
  

    KL  = Cp / Kiv
  
  

  
  

Предостережение

Этот показатель не поможет вам спроектировать другие части двигателя. Пусть цитата говорит сама за себя:

С сожалением вынужден сообщить, что, хотя это и является конструктивным критерием для определения размеров впускного клапана и, несомненно, полезно в этом отношении, в остальном конструкция двигателя не получит дополнительной поддержки.

Каковы возможные варианты использования коэффициента Ловелла?

На ум приходит следующее (в большинстве случаев потребуется изменить диаметр клапана (клапанов)):

• Модернизация двигателя для увеличения мощности


• Изменение соотношения между низкой и высокой производительностью


• Оценка влияния комплекта для увеличения хода поршня на конструкцию головки блока цилиндров


• Определение количества клапанов на этапе проектирования двигателя


• Изменение размера коллектора


• Модернизация выхлопной системы для повышения эффективности


• Модернизация головки блока цилиндров без наддува для принудительной подачи воздуха

Согласно этому фактору Ловелла, «средняя скорость газа на впускных клапанах» составляет

Расчёт этого числа позволяет спроектировать впускные и выпускные клапаны с учётом более высоких оборотов двигателя.

Вы можете использовать следующий метод для расчёта коэффициента Ловелла для любого двигателя, если вам известны указанные ниже ключевые параметры:

• Диаметр отверстия = B


• Ход = С


• Частота вращения, при которой требуется коэффициент Ловелла. = Частота вращения


• Количество клапанов на цилиндр = клапан



• Диаметр впускного клапана = Диа

  
  
  

  Divide B by 2
  
  Multiply the result with 2
  
  areaofbore = above result*3.14 or PI
  
  total spin= RPM * S
  
  total spin=total spin*2
  
  total spin=total spin / 60000
  
  Dia= Dia/ 2  
  
  Dia= Dia* Dia
  
  Dia=Dia* 3.14 or PI
  
  valve = valve * Dia
  
  ratio = valve / areaofbore 
  
  total spin= total spin/ ratio
  
  lovell factor = total spin
  
  

Итоговый коэффициент Ловелла — это значение «общего вращения»

В большинстве случаев это бессмысленное число, и его не нужно учитывать при создании двигателя, например, для «Формулы-1», где частота вращения достигает 15 000–19 000 об/мин. Здесь важна каждая деталь, и именно в этом случае имеет значение коэффициент Ловелла.

• У болида «Формулы-1» коэффициент Ловелла составляет 77 м/с при 19 000 оборотах в минуту


• У Nissan GTR коэффициент наполнения составляет 52,43 м/с при 7500 об/мин

По сути, это показатель того, насколько быстро может работать ваш двигатель.

Насколько мне известно, коэффициент Ловелла обычно учитывается только при разработке высокопроизводительных двигателей, таких как двигатели для «Формулы-1», где мельчайшие детали конструкции двигателя определяют, какая машина победит.

Я не уверен, что существует «плохое» число, поскольку каждый двигатель уникален, и если у вас нет возможности сравнить его с другими, то коэффициент Ловелла вашего двигателя может быть высоким для текущих оборотов, а это значит, что клапаны слишком маленькие, что увеличивает среднюю скорость движения газов.

Например, желательно иметь высокий предел оборотов и низкий сравнительный коэффициент Ловелла.