Индикаторные и эффективные показатели двигателя - Двигатели внутреннего сгорания

Индикаторные показатели рабочего цикла

Индикаторные показатели характеризуют эффективность действительного рабочего цикла. К индикаторным показателям относятся среднее индикаторное давление Pi, индикаторная мощность Ni, индикаторный КПД Зi и индикаторный удельный расход топлива Gi.

Средним индикаторным давлением называют такое условное, постоянное по величине давление Pi, которое, действуя на поршень, совершает работу за один его ход от ВМТ до НМТ, равную полезной работе газов за рабочий цикл (рис. 2.8). Работа газов равна площади заключенной внутри индикаторной диаграммы. Полезная работа газов за один цикл определяется разностью площадей F1 и F2.

индикаторная диаграмма и среднее индикаторное давление

Рис. 2.8. Индикаторная диаграмма и среднее индикаторное давление

Расчетная работа газов в цикле дизеля, без учета работы насосных ходов, равна сумме работ изобарного процесса предварительного расширения и политропного процесса расширения, исключая работу политропного процесса сжатия:

.

Выразив составляющие:

И подставив в них выведенные ранее формулы:

Получим выражение:

.

Как видно из рис. 2.8, расчетную работу за цикл можно выразить следующим образом через расчетное среднее индикаторное давление Ppi:

.

Приравняв два выражения расчетной работы газов за цикл и подставив известные соотношения:

; ,

Получим выражение для расчетного среднего индикаторного давления для дизельного двигателя:

Или

.

Для карбюраторных ДВС, где, , расчетное среднее индикаторное давление определяется следующей формулой:

,

, ? Д = 0,92...0,97.

Индикаторная мощность- это мощность, развиваемая газами в цилиндре двигателя.

Где ф - число тактов рабочего цикла.

В реальном цикле помимо теоретически неизбежных тепловых потерь (отвод теплоты холодному источнику) часть теплоты теряется вследствие неполного сгорания топлива, отвода тепла в окружающую среду и с отработанными газами. Степень использования теплоты в реальном цикле оценивается Индикаторным КПД - это отношение индикаторной работы, к расчетной теплоте сгорания топлива.

Где G - количество топлива сгоревшего в цикле.

Связь между индикаторным КПД и средним индикаторным давлением выражается формулой:

,

Где Со - плотность воздуха.

Показателем, который характеризует экономичность действительного цикла, является Удельный индикаторный расход топлива, равный отношению часового расхода топлива GТ к индикаторной мощности

.

Связь между удельным индикаторным расходом топлива и индикаторным КПД выражается формулой:

.

Эффективные показатели рабочего цикла

Часть индикаторной мощности двигателя затрачивается на преодоление трения в сопряженных узлах двигателя и на привод вспомогательных механизмов. Поэтому мощность, развиваемая на валу двигателя и отдаваемая силовой передаче машины, всегда меньше индикаторной. Эта мощность называется Эффективной мощностью двигателя:

,

Где Ne - эффективная мощность в кВт;

NM - мощность, затрачиваемая на преодоление трения в сопряженных узлах двигателя и на привод вспомогательных механизмов.

Средним эффективным давлением Pe называют условно постоянное давление, при котором работа газов, произведенная в цилиндрах двигателя за один ход поршня, равна эффективной работе за цикл.

Если составляющие потерь выразить через среднее давление трения, равное работе трения, отнесенной к 1м3 рабочего объема цилиндра, то

,

Где Pe - среднее эффективное давление МПа;

PM - среднее давление трения, МПа.

Между средним давлением трения и числом оборотов двигателя, на основании опытных данных, установлены следующие соотношения:

Для карбюраторных ДВС

Где n - частота вращения двигателя, об./мин;

Для дизельных ДВС

Эффективная мощность и среднее эффективное давление связаны между собой следующей зависимостью:

.

Отношение эффективной мощности к индикаторной мощности называется Механическим КПД двигателя.

.

Заменив Ne и Pe, получим:

;

.

Механический КПД оценивает затраты на преодоление трения в сопряженных узлах двигателя и на привод вспомогательных механизмов. К этим затратам относятся потери на трение: поршня о стенки цилиндра, в подшипниках коленчатого и кулачкового валов, деталей распределения, а также потери на привод вентилятора, масляного и водяного насосов, генератора, магнето, прерывателя-распределителя, компрессора, нагнетателя и т. д.

Механический КПД зависит от конструктивных параметров двигателя, материала и качества обработки деталей, качества масла и смазочной системы, температурного режима, числа оборотов и нагрузки двигателя, числа и конструкции вспомогательных механизмов и ряда других факторов.

Механический КПД тем выше, чем меньше давления, передаваемые через сопряженные узлы, совершеннее система смазки и выше качество масла, лучше материалы и качество обработки деталей, меньше затрат на привод вспомогательных механизмов.

С увеличением числа оборотов и понижением нагрузки механический КПД уменьшается.

Эффективный КПД является показателем, характеризующим экономичность двигателя. Эффективным КПД называется отношение эффективной работы, выраженной в единицах теплоты, к расчетной теплоте сгорания топлива, затраченного на получение этой работы.

.

Если учесть, что

,

Получим:

Или

.

Если индикаторный КПД учитывает только тепловые потери, то эффективный КПД учитывает и тепловые и механические потери. Для повышения эффективного КПД необходимо повышать как индикаторный, так и механический КПД. Повышение индикаторного КПД может быть достигнуто совершенствованием рабочего цикла двигателя, а улучшение механического КПД - понижением механических потерь.

Эффективный КПД для одного и того же двигателя не остается постоянной величиной. Он изменяется в зависимости от режима работы, состава смеси, технического состояния двигателя и других факторов.

Эффективный КПД при полной нагрузке находится в следующих пределах:

Карбюраторные двигатели......... 0.22-0.28;

Дизельные двигатели................ 0.26-0.38.

Удельный эффективный расход топлива Ge является вторым показателем экономичности работы двигателя. Он определяется по формуле:

.

Связь между обоими показателями экономичности работы двигателей Зe и Ge устанавливается формулой:

Или

.

Из этих выражений следует, что удельный расход топлива тем меньше, чем выше эффективный КПД и теплотворная способность топлива.

Связь между Зi, Gi и Ge можно определить, используя выражение

.

Тогда

Или

Удельный расход топлива в карбюраторных двигателях находится в пределах 280-330 г/кВт - ч, в дизельных двигателях 210-260 г/кВт - ч.

Часовой расход топлива можно определить по формуле:

.

Похожие статьи




Индикаторные и эффективные показатели двигателя - Двигатели внутреннего сгорания

Предыдущая | Следующая