Эффективные показатели двигателя.

Эффективные показатели работы двигателя: среднее эффективное давление, эффективная мощность, механический КПД и эффективный удельный расход топлива.

Среднее эффективное давление ре — условное постоянное давление в цилиндрах двигателя, при котором работа, производимая в них за один такт, равна эффективной работе за цикл. Оно, так же как и среднее индикаторное давление, — мера удельной работы. Единица измерения: МПа или Дж/л.

Среднее эффективное давление можно представить как отношение эффективной работы Le двигателя за один цикл к рабочему объему цилиндра Vh:

ре = Le/Vh.

Это давление можно также представить как разность между средним индикаторным давлением рi- и средним давлением механических потерь рм, т. е.

ре = рi-рм

Эффективная мощность Ne — это мощность на коленчатом валу двигателя, передаваемая трансмиссии. Эффективная мощность меньше индикаторной на величину мощности Nм, затрачиваемой на преодоление механических потерь:

Ne = Ni - Nм

Механический КПД nм — оценочный показатель механических потерь в двигателе:

nм = LeLi = ре/рi = Me/Mi = Ne/Ni.

При работе автомобильных двигателей на номинальном режиме значение находится в следующих пределах: для четырехтактных карбюраторных двигателей 0,7...0,85; для четырехтактных дизелей без наддува 0,7...0,82, с наддувом 0,8—0,9; для газовых двигателей 0,75...0,85; для двухтактных высокооборотных дизелей 0,7-0,85.

Эффективный удельный расход топлива ge при известных эффективной мощности Ne и расходе топлива GT определяют по формуле:

ge = 103Gт/Ne

Единица измерения эффективного удельного расхода топлива: г/(кВт • ч).

При работе двигателя на жидком топливе связь между ge и nе следующая:

nе = 3,6 • 103/(geQн)

Для автомобильных двигателей, работающих на номинальном режиме, значения эффективного КПД находятся в следующих пределах: для карбюраторных двигателей 0,25...0,33; для дизелей 0,35—0,4. При этом значение эффективного удельного расхода топлива составляет: для карбюраторных двигателей 300...370 г/ (кВт • ч); для дизелей с неразделенными камерами сгорания 245...270 г/(кВт • ч).

Удельные показатели двигателя.

Удельной поршневой мощностью двигателя называется эффективная мощность двигателя, отнесенная в сумме площадей поршня двигателя:

Удельная поршневая мощность характеризует общую напряженность двигателя.

Удельная литровая мощность

Удельный расход топлива — это количество топлива, расходуемого двигателем на 1 кВт развиваемой мощности за один час. Является показателем совершенства конструкции двигателя: чем расход ниже, тем более эффективно используется энергия сгорающего в цилиндрах топлива.

Тепловой баланс двигателя.

Тепло, выделяющееся при сгорании топлива, не может быть полно­стью превращено в полезную работу, так как в соответствии со вторым законом термодинамики часть этого тепла должна быть передана хо­лодному источнику. В реально выполненных двигателях, работающих по действительному циклу, имеют место дополнительные потери тепла в охлаждающую воду, с отработавшими газами и др. Количественное распределение тепловой энергии топлива на полезную работу и потери при превращении тепла в механическую работу в цилиндрах двигателя носят название теплового баланса.

Тепловой баланс двигателя определяется не аналитически, а на ос­новании экспериментальных данных при испытании двигателя. Однако и в этом случае часть тепловых потерь не поддается учету.

Эти потери сводят в остаточный член Qs теплового баланса, который учитывает: 1) потери от неполноты сгорания вследствие плохого пере­мешивания топлива с воздухом; 2) потери, эквивалентные части работы трения в подшипниках и прочих механизмах (потери тепла на трение между поршнем и цилиндром поглощаются охлаждающей водой); 3) по­тери от лучеиспускания и 4) потери, эквивалентные кинетической энер­гии отработавших газов. Кроме того, в остаточный член входит неизбеж­но получающаяся при экспериментировании неувязка теплового баланса. Суммарно остаточный член Qs теплового баланса составляет 5—10% от общего количества тепла, введенного в цилиндр двигателя. Практически Qs определяют как разность между количеством затраченного тепла в единицу времени QT и следующими составляющими теплового баланса:

1.Тепло Qe, превращенное в полезную работу:

Qe=Ne дж/сек (Qe=632Ne кал/ч)

2.Тепло Qω потерянное с охлаждающей водой:

Qω=Gв (tвых- tвх) Со,

где tвх и t вых — температура входящей и выходящей воды;

GB — количество воды, кг/ч;

Со — теплоемкость воды.

В двигателях внутреннего сгорания в охлаждающую воду уходит 25 ÷ 40% тепла топлива (рис. 28.2).

3.Тепло Qg, теряемое с отработавшими газами:

Qg= (М п.с mcp’ Tr—M1 mcpTa)Gr

где М п.с и M1— число молей продуктов сгорания и свежего заряда на 1 кг топлива;

mс’ р и mср— молярные теплоемкости продуктов сгорания и свеже­го заряда при р=const;

Tr и Та — температура отработавших газов и свежего заряда;

GT — количество топлива.

С отработавшими газами в двигателях внутреннего сгорания уно­сится 20—25% тепла топлива.

4.Тепло Qx, теряемое вследствие химической неполноты сгорания и определяемое по выражению

Qx=Δhu.

При работе на бедных смесях в карбюраторных двигателях и дизелях этот член не учитывается.

В результате тепловой баланс имеет следующий вид:

Qт-Qe-Qg-Qω-Qx=Qs.

По тепловому балансу можно оценить долю потерь каждой из со­ставляющих баланса и при доводке двигателя определить возможность снижения принципиально устранимых потерь тепла, имеющих место в двигателе сверх неизбежных потерь. Принципиально устранимые потери включены в следующие составляющие баланса: Qg, Qw, Qx, Qs вместе с неизбежными потерями, согласно второму закону термодинамики.