Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива

Эффективный КПД η_е и эффективный удельный расход топлива g_е характеризуют экономичность работы двигателя.

Отношение количества теплоты, эквивалентной полезной работы на валу двигателя, к общему количеству теплоты, внесенной в двигатель с топливом, называется эффективным КIIД:

η_е=L_e /H_u, (4.69)

где L_e — теплота, эквивалентная эффективной работе, Мдж/кг топл.; H_u, - низшая теплота сгорания топлива, Мдж/кг топл.

Связь между эффективным и механическим КПД двигателя определяется выражением:

η_е = η_i· η_м (4.70)

Для двигателей, работающих на жидком топливе:

(4.71)

Для двигателей, работающих на газообразном топливе:

, (4.72)

Эффективный КПД двигателя характеризует степень использования теплоты топлива в двигателе с учетом всех потерь — тепловых и механических.

Значения эффективного КПД при номинальном режиме приведены ниже:

для бензиновых двигателей....................................................................0,25...0,38

для дизелей без наддува............................................................................0,35...0,42

для дизелей с наддувом............................................................................ 0,38...0,45

для газовых двигателей............................................................................. 0,23...0,30

Более высокие значения эффективного КПД у дизелей по сравнению с η_е бензиновых двигателей являются в основном следствием повышенных значений у них коэффициентов избытка воздуха, а следовательно, и более полного сгорания топлива. Этого недостатка практически нет у двигателей с впрыском легкого топлива.

Эффективный удельный расход [г/(кВт ч)] жидкого топлива

g_е = 3600/(Н_и η_е) =3600ρ_кη_V/(р_е l_оα). (4.73)

Для двигателей, работающих на газообразном топливе, эффективный удельный расход [м³/(кВт ч) газового топлива,

, (4.74)

а удельный расход теплоты [МДж/(кВ ч)] на единицу эффективной мощности

(4.75)

Для современных автомобильных и тракторных двигателей эффективный удельный расход топлива при номинальной нагрузке имеет следующие значения:

Для двигателей с электронным впрыском топлива..............................230 — 290 г/(кВт ч)

Для карбюраторных двигателей.............................................................280— 350 г/(кВт ч)

Для дизелей с непосредственным впрыском топлива.......................... 200 — 235 г/(кВт ч)

Для вихрекамерных и предкамерных дизелей.......................................230 — 260 г/(кВт ч)

Для газовых двигателей удельный расход................................... q_e= 12 —17 МДж/(кВт ч)

Основные размеры цилиндра двигателя. Если задана эффективная мощность двигателя и выбрана величина S/D, то основные конструктивные параметры двигателя (диаметр цилиндра и ход поршня) определяются следующим образом.

По эффективной мощности, частоте вращения коленчатого вала и эффективному давлению определяется литраж (л) двигателя

, (4.76)

где N_e выражено в кВт; р_е — в МПа и n — в мин^-1

Рабочий объем одного цилиндра (л)

V_i = V_h /i (4.77)

Диаметр цилиндра (мм)

D= (4.78)

Ход поршня (мм)

S=D·S/D (4.79)

Полученные значения S и D округляют до целых чисел, нуля или пяти. По окончательно принятым значениям D и S определяют основные параметры и показатели двигателя:

литраж двигателя (л)

(4.80)

эффективную мощность (квт)

(4.81)

среднюю скорость поршня (м/с)

(4.82)

эффективный крутящий момент (Нм)

(4.83)

часовой расход топлива (кг/ч)

G_T=N_e·g_e (4/84)

При расхождении между ранее принятой величиной и полученной по формуле (4.82) более 3—4% необходимо пересчитать эффективные параметры двигателя.

ЛЕКЦИЯ 19

4 ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ.

Индикаторная диаграмма двигателя внутреннего сгорания строится с использованием данных расчета рабочего процесса. При построении диаграммы ее масштабы рекомендуется выбирать с таким расчетом, чтобы получить высоту равной 1,2 — 1,7 ее основания. В начале построения (рис. 4.14 и 4.15) на оси абсцисс откладывается отрезок АВ, соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равной ходу поршня в масштабе М_з, который в зависимости от величины хода поршня может быть принят 1:1;

1,5:1 или 2:1.

Отрезок ОА (мм), соответствующий объему камеры сгорания:

ОА=АВ/(ε - 1) (4.85)

Отрезок z’z для дизелей, работающих по циклу со смешанным подводом теплоты (рис. 4.15):

z’z = ОА(ρ - 1) (4.86)

При построении диаграммы рекомендуется выбирать масштабы давлений М_р =0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,07...0,10 МПа в мм

Затем по данным теплового расчета на диаграмме откладывают в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках: а, с, z’, z, b,r.

Построение политроп сжатия и расширения можно производить аналитическим или графическим методом. При аналитическом методе построения политропы сжатия и расширения (См. рис. 4.1), вычисляется ряд точек для промежуточных объемов, расположенных между V_c и V_a и между V_z и V_h по уравнению политропы рV =соnst.

Для политропы сжатия , откуда

(4.89)

где р_х и V_x — давление и объем в искомой точке процесса сжатия.

Отношение/ V_а/V_x изменяется в пределах 1 - ε. Аналогично для политропы расширения

Для бензиновых двигателей отношение V_b/V_x изменяется в интервале 1 - ε., а для дизелей — 1—δ.

При аналитическом методе построения диаграммы определение ординат расчетных точек политроп сжатия и расширения удобно производить в табличной форме (см. табл. 5.1 — 5.4, пример).

Соединяя точки а и с плавной кривой, проходящей через вычисленные и нанесенные на поле диаграммы точки политропы сжатия, а точки z и b — кривой, проходящей через точки политропы расширения, и соединяя точки с с z, а b с а прямыми линиями (при построении диаграммы дизеля точка с соединяется прямой линией с точкой z’, а z’ — с z, см. рис. 4.15, получаем расчетную индикаторную диаграмму (без учета насосных ходов). Процессы выпуска и впуска принимаются протекающими при р =сопst и V= сопst (см. рис. 4. 12 и 4.13, прямые bl, lr,rr” и r”a)

При графическом методе, по наиболее распространенному способу Брауэра, политропы сжатия и расширения строят следующим образом (рис.4.15).

Из начала координат проводят луч ОС под произвольным углом, а к оси абсцисс (для получения достаточного количества точек на политропах) рекомендуется брать α =15^О. Далее из начала координат проводят луч ОД и ОЕ под определенными углами β₁ и β₂ к оси ординат. Эти углы определяют из соотношений

tgβ₁=(1+tgα)ⁿ₁ – 1;

tgβ₂(1+tgα)ⁿ₂ – 1. (4.89)

Политропу сжатия строят с помощью лучей ОС и ОД. Из. точки с проводят горизонталь до пересечения с осью ординат; из точки пересечения — линию под углом 45° к вертикал до пересечения с лучом ОД, а из этой точки — вторую горизонтальную линию параллельную оси абсцисс. Затем из точки с проводят вертикальную линиюдо пересечения с лучом ОС; из точки пересечения — под углом 45° к вертикали до пересечения с осью абсцисс, а н этой точки — вторую вертикальную линию, параллельную оси ординат,до пересечения со второй горизонтальной линией. Точка пересечения этих линий будет промежуточной точкой 1 политропы сжатия. Точка 2 находится аналогичным путем при выборе точки 1 за начало построения.

Политропу расширения строят с помощью лучей ОС и ОЕ, начиная от точки z, аналогично построению политропы сжатия.

Полученные диаграммы (см. рис. 4.14 и 4.15) являются расчетными индикаторными диаграммами, по которым можно определить

, (4.90)

где F’ – площадь диаграммы ac(z’) zda, мм²; М_р – масштаб давлений (МПа в мм); АВ – отрезок, мм.

Значение полученное по формуле (4.90), должно быть равно значению , полученному в результате теплового расчета.

Действительная индикаторная диаграмма ас’с’’z_Дb’b”ra отличается от расчетной, так как в реальном двигателе за счет опережения зажигания или впрыска топлива (точка с’) рабочая смесь воспламеняется до прихода поршня в в.м.т. (точка f) и повышается давление в конце процесса сжатая (точка с ’’). Процесс видимого сгорания происходит при изменяющемся объеме, и протекает по кривой с’’z_Д,а не по прямой сz для бензиновых двигателей (см. рис. 4.14, или по прямым сz’ и z’z для дизеля (см. рис. 4.15); открытие выпускного клапана до прихода поршня в н.м.т. (точка b’) снижает давление в конце расширения (точка b’’, которая обычно располагается между точками b и а) снижает д в конце расширения (точка Ь’, которая обычно располагается. между точками Ь и а). Для правильного определения местоположения указанных точек необходимо установить взаимосвязь между углом φ поворота коленчатого вала и перемещением поршня S_x. Эта связь устанавливается на основании выбора длины шатуна L_ш и отношения радиуса кривошипа R к длине шатуна λ =R/ L_ш.

По индикаторной диаграмме для проверки теплового расчета и правильности построения диаграммы ас’с’’z_Дb’b”а определяется

(4.93)

где F — площадь диаграммы ас’с’’z_Дb’b”а.

ЛЕКЦИЯ 20

Дата добавления: 2015-11-26