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

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Учебное пособие

2. ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

2.7. 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 ?_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 (кВт) равна

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=g_цL_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_T/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_e 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_e = 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

p_м=1,1+0,13C_n ,

     для четырехтактных карбюраторных двигателей

p_м=0,42+0,12C_n ,

где С_n = S_n/30 — средняя скорость поршня, м/с.
     Эффективной мощностью двигателя N_e 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_e=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_мN_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/(30τ)

     Эффективный крутящий момент двигателя М_k пропорционален р_e, т.е. М_k = р_e·I·V_h / (π·τ).
     Общепринятым для оценки экономичности двигателя является параметр, называемый удельным эффективным расходом топлива g_e , показывающий, какое количество топлива расходуется на производство единицы эффективной работы:

g_e=10³G_T/N_e .

     Литровой мощностью называют номинальную эффективную мощность, снимаемую с единицы рабочего объема двигателя:

N_л=N_e/i·V_h=p_e ·n/(30τ).

     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_e оценивает степень использования теплоты топлива с учетом всех видов потерь.
     Эффективный и индикаторный КПД связаны между собой соотношением

η_e=η_iη_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_e/(i·F_п )

     N_ппредставляет 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=i·V_h /S,

N_п=N_л·S=p_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)

q_N=M_дв/(i·V_h).

     Эти показатели связаны между собой через литровую мощ­ность:

g_N=q_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