ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЦЕНТР ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ

Кафедра «Сервис и техническая эксплуатация автотранспортных средств»

Конструкция, расчет и потребительские свойства автомобилей

РАСЧЕТ МЕХАНИЗМОВ, СИСТЕМ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АВТОМОБИЛЯ

Учебное пособие

1. РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

1.5. Показатели двигателя внутреннего сгорания

     На практике в качестве показателя работоспособности цикла используется не индикаторная работа L_i, которая определяется не только совершенством организации рабочих процессов, но и размерностью двигателя, а удельный показатель p_i, представляющий собой индикаторную работу цикла, снимаемую с единицы рабочего объема p_i=L_i/V_h, который имеет размерность давления и называется средним индикаторным давлением.
     Экономичность действительного цикла оценивается индикаторным КПД, показывающим, какая доля теплоты, введенной в цикл с топливом Q₁, преобразуется в индикаторную работу η_i=L_i/Q₁.
     Индикаторная работа, получаемая за 1 с, называется индикаторной мощностью N_i = L_i/t_ц. Здесь t_ц – время реализации одного рабочего цикла. Если частота вращения коленчатого вала двигателя n, мин ^–1, то величина обратная (1/n) – время одного оборота в минутах и 60/n – в секундах. В этом случае t_ц=(60/n)0,5τ, где τ – коэффициент тактности, равный двум для двух– и четырем для четырехтактных двигателей. С учетом того, что L_i=p_iV_h при количестве цилиндров двигателя, равном i, мощность

N_i = p_i·n·i·V_h/(30τ).

     Для оценки экономичности двигателя большее практическое применение получил параметр, называемый удельным индикаторным расходом топлива g_i, показывающий, какое количество топлива расходует двигатель на производство единицы индикаторной работы:

g_i=q_ц/L_i.

     Величина g_i обычно выражается в г/(кВт·ч), поэтому в числителе этого уравнения расход топлива задают в размерности кг/ч, а в знаменателе – кВт, вследствие чего

g_i = 10³G_т/N_i.

     К эффективным показателям двигателя, учитывающим как тепловые, так и механические потери в двигателе, относятся среднее эффективное давление, эффективная мощность, литровая мощность, эффективный КПД и удельный эффективный расход топлива.
     Средним эффективным давлением р_е называют такое постоянное давление, которое, действуя на поршень в течение одного рабочего хода, совершает работу, равную эффективной работе на коленчатом валу двигателя за рабочий цикл. Среднее эффективное давление меньше среднего индикаторного давления р_i на величину среднего давления механических потерь р_м, т. е. р_е = р_i – р_м.
     Средним давлением механических потерь называют часть среднего индикаторного давления, которая расходуется на механические потери. Согласно экспериментальным данным,

для четырехтактных дизельных двигателей

р_м = 1,1 + 0,13 С_п,

для четырехтактных карбюраторных двигателей

р_м = 0,42 + 0,12 С_п,

где С_п = S_n/30 – средняя скорость поршня, м/с.
     Эффективной мощностью двигателя N_е называют мощность, снимаемую с коленчатого вала двигателя для получения полезной работы.
     Эффективная мощность меньше индикаторной N_i на величину мощности механических потерь N_м, т.е.

N_е = N_i – N_м.

     Мощность механических потерь затрачивается на преодоление трения между трущимися поверхностями деталей двигателя, на приведение в действие вспомогательных механизмов приборов и агрегатов, на насосные потери (потери на всасывание и выталкивание газов при очистке и зарядке) и на вентиляционные потери. Величина механических потерь зависит от конструкции, технологии изготовления и качества материала деталей двигателя.
     Механические потери в двигателе оцениваются механическим КПД η_м, который представляет собой отношение эффективной мощности к индикаторной или отношение среднего эффективного давления к индикаторному, т. е.

η_м = N_e/ N_i = p_e/p_i.

     Для современных двигателей механический КПД составляет 0,72–0,9.
     Имея значение механического КПД, можно определить эффективную мощность:

N_e = η_м N_i.

     Эффективная мощность двигателя N_e (кВт) аналогично индикаторной мощности может быть выражена через среднее эффективное давление:

N_e = p_e ·n · i · V_h/(30 τ).

     Эффективный крутящий момент двигателя М_к(Нм) пропорционален р_е Vh(дм3) (МПа), т.е. М_к=10³р_еiV_h/(π τ). Известно, что М_к=N_e/ω, где ω - угловая скорость двигателя, ω=πn/30.
     Общепринятым для оценки экономичности двигателя является параметр, называемый удельным эффективным расходом топлива g_e (г/кВт·ч), показывающий, какое количество топлива расходуется на производство единицы эффективной работы:

g_e = 10³ G_т/N_e.

     Литровой мощностью называют номинальную эффективную мощность, снимаемую с единицы рабочего объема двигателя N_л(кВт/л):

N_л = N_e/i·V_h= p_e·n / (30 τ).

     Литровая мощность характеризует степень использования рабочего объема цилиндра и показывает возможные пути повышения мощности двигателя при сохранении основных размеров цилиндра. Чем выше литровая мощность, тем меньше рабочий объем и соответственно меньшие габариты и массу имеет двигатель при одинаковой номинальной мощности.
     Эффективный КПД η_е оценивает степень использования теплоты топлива с учетом всех видов потерь. Эффективный и индикаторный КПД связаны между собой соотношением η_е = η_i η_м.
     Большое значение для оценки надежности и долговечности двигателя имеют показатели, характеризующие тепловую и динамическую напряженность его конструкции. Основным показателем является средняя скорость поршня С_п. Этот параметр оценивает механическую напряженность, так как определяет уровень нагруженности деталей двигателя инерционными силами, пропорциональными С_п, а также косвенно характеризует износ сопряженных элементов.
     Параметром, определяющим комплексную напряженность (тепловую и механическую), является поршневая мощность (кВт/дм²)

N_п = N_е/(i · F_п).

     N_п представляет собой эффективную мощность, приходящуюся на единицу площади всех поршней. Этот параметр тесно связан с литровой мощностью двигателя, так как с учетом того, что i·F_п=iV_h/ S,

N_п = N_л· S = 10p_e· C_п/ τ.

     Здесь р_е характеризует тепловую и механическую, а C_п – динамическую напряженность конструкции двигателя.
     В группу массогабаритных показателей входит удельная масса (кг/кВт), g_N = M_дв/N_е, представляющая собой массу сухого двигателя M_дв, отнесенную к его номинальной эффективной мощности, а также литровая масса (кг/л)

g_л = M_дв / (i · V_h).

     Эти показатели связаны между собой через литровую мощность:

g_N = g_л/N_л.

     При одинаковом рабочем объеме g_л у дизелей больше, чем у карбюраторных двигателей в основном из–за большей массы элементов конструкции вследствие более высокой их тепловой, механической и динамической напряженности. Учитывая, что дизели без наддува, как правило, имеют меньшую N_л, для них характерны большие, чем в двигателях с искровым зажиганием, значения удельной массы.

О ПОСОБИИ            НАЗАД            ВПЕРЕД            СОДЕРЖАНИЕ            СПИСОК ПОСОБИЙ