Индикаторный КПД и удельный индикаторный расход топлива.

Индикаторный КПД (η_i) характеризует степень использования в действительном цикле теплоты топлива для получения полезной работы и предоставляет собой отношение теплоты, эквивалентной индикаторной работе цикла, ко всему количеству теплоты, внесенной в цилиндр с топливом.

Для 1 кг топлива η_i=L_i /H_u, (4.51)

где L_i — теплота, эквивалентная индикаторной работе, МДж/кг; H_u — низшая теплота сгорания топлива, Мдж/кг.

Таким образом, индикаторный КПД учитывает все тепловые потери действительного цикла.

Для автомобильных и тракторных двигателей; работающих на жидком топливе:

, (4.52)

где p_i выражено в МПа; ℓ ₀ — в кг/кг толп.; H_u — в Мдж/кг топл.;ρ _k — в кг/м³

Для автомобильных и тракторных двигателей, работающих на газообразном топливе

, (4.53)

где М’₁ выражено в моль/моль топл.; T_k, — в ^оК; p_i и р_k — в МПа;

H’_u в Мдж/м

В современных автомобильных и тракторных двигателях, работающих на номинальном режиме, величина индикаторного КПД составляет:

для двигателей с электронным впрыском топлива………………….. 0,35 — 0,45

для карбюраторных двигателей………………………………………. 0,30 — 0,40

для дизелей …………………………………………………………….. 0,40 — 0,50

для газовых двигателей ……………………………………………….. 0,28 — 0,35

При известной величине индикаторного КПД индикаторный удельный расход - g_i [г/(кВт · ч)] жидкого топлива

3600/(H_u η_i) или 3600ρ_k η_V /(p_i ℓ₀ α) (4.54)

Для двигателей, работающих на газообразном топливе, индикаторный удельный расход v_i [м³/(кВт · ч)] газового топлива

v_i =3,6/(H^’ _u· η_i) или v_i = 9700 ·η_V ·p_k/(М’₁·Т_k·p_i) (4.55)

а удельный расход - q_i [МДж/(кВт ч) теплоты на единицу мощности

q_i = v_i · H^’ _u = 9700 η_V ·ρ_k H^’ _u /(М’₁·Т_k·p_i), (4.56)

В формулах (4.54)…(4.56) p_i и p_k выражены в МПа; ρ_k — кг/м³; М’₁ -моль/моль топл.; H_u – МДж/кг; H^’ _u – МДж/м³; Т_k· — в К; l₀ – кг/кг топл.

Удельные индикаторные расходы топлива на номинальном режиме:

Для двигателей с электронным впрыском топлива……………..180 — 230 г/(кВтч) Для карбюраторных двигателей……………………………………………………………….210 — 275 г/(кВт ч) Для дизелей………………………………………………………………………………………………….170 — 210 г/(кВт ч) Для газовых двигателей………………………………………………………………………………10,5 — 13,5 МДж/(кВт ч)

4.7. ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ

Параметры, характеризующие работу двигателя, отличаются от индикаторных наличием необходимых затрат полезной работы на преодоление различных механических сопротивлений (трение в шатунно - кривошипном механизме, приведение в действие вспомогательных механизмов, нагнетателя и др.) и на совершение процессов впуска и выпуска.

Механические потери. Потери на преодоление различных сопротивлений оценивают величиной мощности механических потерь или величиной работы, соответствующей мощности механических потерь, отнесенной к единице рабочего объема цилиндра. При проведении предварительных расчетов двигателей механические потери, характеризуемые средним давлением р_м, приближенно можно определить по линейным зависимостям от средней скорости поршня С_п

Ниже даны эмпирические формулы для определения величины р_м (МПа) двигателей различного типа:

для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести с отношением S/D > 1

р_м =0,049+0,0152 С_п, (4.57)

для бензиновых восьмицилиндровых двигателей с отношением S/D < 1

р_м =0,039+0,0132 С_п, (4.58)

для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D ≤ 1

р_м =0,034+0,0113 С_п, (4.59)

для высокофорсированных двигателей с впрыском топлива и электронным управлением

р_м =0,024+0,0053 С_п, (4.60)

для четырехтактных дизелей с неразделенными камерами сгорания

р_м =0,089+0,0118 С_п, (4.61)

для предкамерных дизелей

р_м =0,103+0,0153 С_п, (4.62)

для дизелей с вихревыми камерами сгорания

р_м =0,089+0,0135 С_п, (4.63)

Среднее давление механических потерь р_м подсчитывается по форму-лам (4.57)…(4.63) без учета качества применяемых масел, теплового состоя- ния двигателя, качества поверхностного трения и наддува. Поэтому, прежде чем воспользоваться значениями р_м полученными по приведенным формулам, необходимо критически их оценить.

При использовании в качестве агрегата наддува приводного нагнета-теля (механический наддув) потери в двигателе увеличиваются на величину затрат мощности на его привод.

Среднее эффективное давление. Среднее эффективное давление р_е представляет собой отношение эффективной работы на валу двигателя к единице рабочего объема цилиндра. В расчетах двигателей р_е, определяется по среднему индикаторному давлению.

p_e= p_i - p_м (4.64)

Для двигателей с механическим наддувом

p_e= p_i - p_м - р_н, (4.65)

где р_н – потери давленияна привод нагнетателя.

Значения среднего эффективного p_e (МПа) при номинальной нагрузке изменяются в следующих пределах:

для четырехтактных карбюраторных двигателей…………………………...0,6…1,1

для четырехтактных карбюраторных двигателей форсированных

и двигателей с электронным впрыском………………………………...……………..до 1,3

для четырехтактных дизелей без наддува………………………………….0,65…0,85

для четырехтактных дизелей с наддувом………………………………………..до 2,0

для двухтактных быстроходных дизелей……………………………………0,4…0,75

для газовых двигателей………………………………………………………..0,5…0,75

С ростом среднего эффективного давления улучшаются условия использования рабочего объема цилиндра, что дает возможность создавать более легкие и компактные двигатели.

Длительное время при создании автомобильных и тракторных двигателей отмечалась тенденции к постоянному увеличению р_е.

Однако нефтяной кризис 70—80-х годов серьезно затормозил эту тенденцию. Рост р_е сдерживали и постоянно растущие требования во всем мире по уменьшению токсичности двигателей в процессе их эксплуатации. Сегодня тенденция роста р_е возобновились благодаря нахождению новых, хотя и дорогих, но эффективных способов повышения экологической чистоты работ. К этим способам относится, прежде всего, замена карбюратора на впрыск легкого топлива во впускной трубопровод и непосредственно в цилиндр двигатели, применение различных видов нейтрализаторов, перевод части легкового транспорта на использование в качестве силовых установок дизелей. Таким образом, для современных автомобилей, в первую очередь для легковых, тенденция к повышению р_е продолжает сохраняться при резком уменьшении токсичности за счет лучшей организация рабочего процесса, применения высокосортных топлив, совершенствования систем питания и использования наддува.

ЛЕКЦИЯ 18

Механический КПД. Отношение среднего эффективного давления к индикаторному называется механическим КПД двигателя

η_м = р_е / р_i или η_м = 1 – р_м / р_i (4.66)

С увеличением потерь в двигателе η_м уменьшается. При снижении нагрузки в карбюраторном двигателе значительно возрастает р_м из-за увеличения потерь на газообмен. При холостом ходе р_i = р_м и η_м=0.

Величина механического КПД возрастает с уменьшением потерь на трение и на привод вспомогательных механизмов, а также с увеличением на- грузки до определенных пределов.

По опытным данным механический КПД различных двигателей, работающих на номинальном режиме, изменяется в следующих пределах:

Для бензиновых двигателей......................................................................... 0,75 —0,92

для четырехтактных дизелей без наддува................................................... 0,7 — 0,82

для четырехтактных двигателей с наддувом (без учета потерь

мощности на нагнетатель)........................................................................................ 0,8 — 0,9

для двухтактных быстроходных дизелей......................................................0,7 — 0,85

для газовых двигателей..................................................................................0,75 — 0,85

Эффективная мощность. Полезная работа, получаемая на валу двигателя в единицу времени, называется эффективной мощностью N_e.. Величина N_e (кВт) может быть определена по индикаторной мощности через механический КПД:

N_e = N_i η_м=p_e·V_h·n/(30 τ), (4.67)

Связь между эффективной мощностью и основными параметрами двигателя выражается следующей зависимостью:

(4.68)

Из, анализа выражения (4.68) следует, что эффективная мощность двигателя может быть повышена в общем случае за счет:

а) увеличения рабочего объема цилиндра (увеличения диаметра цилиндра и хода поршня);

б) увеличения числа цилиндров;

в) увеличения частоты вращения коленчатого вала двигателя;

г) перехода с четырехтактного на двухтактный цикл;

д) повышения низшей теплоты сгорания топлива;

е) повышения плотности заряда и коэффициента наполнения (например, путем наддува, а также за счет улучшения организации газообмена, снижения сопротивлений на впуске и выпуске, применения инерционного наддува для увеличения дозарядки и т. д.);

ж) повышения КПД (за счет совершенствования процесса сгорания и сокращения потерь теплоты топлива в процессах сжатия и расширения);

з) повышения механического КПД двигателя (например, за счет использования высококачественных масел, уменьшения соприкасающихся поверхностей, сокращения насосных потерь и т. д.).

Дата добавления: 2015-11-26