Лекція 5 отп

Економічність і к.к.д. двигуна.

Тепловий баланс двигуна.

Механічні втрати в двигуні

Частина індикаторної роботи витрачається на тертя в опору-дені рухомих деталях двигуна, вчинення процесу газообміну і приведення в дію допоміжних механізмів. У працюючому двигуні тертя виникає між циліндром і пор-шнем з поршневими кільцями, колінчастим валом і підшипників-ками; між маховиком і кривошипами колінчастого вала і повіт-хом (вентиляційні втрати); між іншими обертаються або рухаються деталями та їх опорами і направляючими (напри-заходів, розподільний вал і його опора, шестерні передач і т. п.).

При роботі автомобільного двигуна без навантаження (наприклад, при вимкненому зчепленні) вся індикаторна робота витрачено-ється на тертя, приведення в дію допоміжних механиз-мов і газообмін. При роботі двигуна під навантаженням величина втрат дещо змінюється через зміну теплового режиму і дії сил газів.

Введемо наступні позначення:

Nтр - потужність, що витрачається на тертя;

Nвм - потужність, що витрачається на привід допоміжних механізмів (водяного і масляного насосів, вентиля-тора, генератора і т. П.);

Nгаз - потужність, що витрачається на впуск свіжого заряду і випуск відпрацьованих газів з циліндра двигуна (враховується тільки в чотиритактних двигунах);

Nк - потужність, що витрачається на приведення в дію компресора (двигуни з наддувом і двотактні); ця потужність враховується в разі механічного зв'язку компресора і колінчастого вала двигуна.

Сума всіх витрат потужності називається потужністю механи-чеських втрат

Подібно індикаторної потужності, потужність механічних по-терь Nм можна визначити за виразом:

де рм - середній тиск механічних втрат, т. е. частина середовищ-нього індикаторного тиску, що витрачається на механічні втрати в бар [рівняння (2)] або в кг / см2 [рівняння (3)];

- робочий об'єм циліндра;

i - число циліндрів;

n - число оборотів колінчастого валу в секунду;

τ - тактность двигуна, тобто число ходів поршня за робочий цикл.

РТР, рв .м, Ргаз і рк - частки середнього індикаторного тиску, що витрачаються відповідно на тертя, привід допоміжних механізмів, газообмін і привід компресора.

Із загальної частки механічних втрат при роботі двигуна без компресора велика частина (близько 70%) припадає на тертя поршня і поршневих кілець об стінки циліндра і колінчастого вала в підшипниках.

Втрати на газообмін в чотиритактних двигунах без наддуву визначаються заштрихованої площею b1rab1 (рис. 1).

Малюнок 1 Робота, що витрачається на газообмін в чотиритактному двигуні

Наближено частку середнього індикаторного тиску, витраченої ву на газообмін, можна підрахувати за рівнянням:

де

- тиск в точці r (рис. 1);

Витрата потужності на приведення в дію компресора зави-сит від його типу, к. П. Д. І кількості що подається їм повітря і підраховується за спеціальними формулами.

Потужність механічних втрат залежить від типу двигуна, діа-метра циліндра, ходу поршня, швидкісного і навантажувального режі-мов і умов експлуатації. На підставі випробувань чотирьох-тактних двигунів було встановлено, що сума РТР + рем + Ргаз = рм залежить від швидкісного режиму двигуна:

де а і

- постійні коефіцієнти, що залежать від типу дві-гатель;

-середня швидкість руху поршня в м / сек;

(S - хід поршня в м; п - число оборотів колінчастого валу в хвилину.

Для чотиритактних двигунів з іскровим запалюванням

Потужність механічних втрат залежить також від температури охолоджуючої води і масла в двигуні. При збільшенні до Через Вестн межі температури масла і води, що охолоджує дві-гатель, втрати на тертя знижуються. Надмірне підвищення тим-ператури призводить до руйнування масляної плівки і возникнове-нию напівсухого тертя.

Температури охолоджуючої води і масла, при яких слід експлуатувати двигун, вказуються в технічних умовах.

2. Ефективна потужність і механічний к.к.д. двигуна

Потужність, яка може бути отримана на колінчастому валу двигуна і використана для приведення в дію робочої машини, називається ефективною потужністю і позначається через Nе.

Ефективна потужність дорівнює різниці індикаторної потужності і потужності механічних втрат:

Величину ефективної потужності підраховують за формулою:

де

бар або кг / см 2 (8)

Величина ре називається середнім ефективним тиском; подібно середньому індикаторному тиску

Вона являє собою роботу циклу, що припадає на єдині-цу обсягу циліндра. і є таким умовним постійно дей-ціалу тиском, при якому робота газів, вироблена за один хід поршня, дорівнює ефективній роботі за цикл.

Частку індикаторної потужності, відповідну механічним втрат, визначають за величиною механічного ККД

На малюнку 2 показана залежність механічного ККД від навантаження двигуна. На осі абсцис відкладені середні индикаторное і ефективне тиску циклу, причому останнє характеризує навантаження двигуна. При холостому ході двигуна

. У цих умовах ефективна потужність, середнє ефективне тиск і механічний к.к.д. дорівнюють нулю. У міру збільшення навантаження механічний к.к.д. росте, досягаючи найбільшого значення при повному навантаженні двигуна.

Малюнок 2 Залежність механічного ККД від навантаження двигуна

Ефективну потужність, механічні втрати і механічний к.к.д. визначають при випробуванні двигуна на гальмівному стенді.

Економічність і к.к.д. двигуна

Одним з основних показників, що характеризують якість двигуна, є витрата палива, або його економічність.

При випробуванні двигуна на стенді на заданому установившем-ся режимі i = соnst, рi = соnst і п = соnst) вимірюють кіль-кість палива, витраченого при відповідній мощ-ності. За результатами виміру визначають годинну витрату топ-лива GТ в кг.

Економічність двигуна оцінюють за кількістю палива в грамах, витраченого на 1 квт · год або 1к.с. · год. цю величину називають питомою витратою палива:

Ефективний питома витрата палива:

в формулах (11), (12) і (13) потужність виражається в кВт. При розрахунку в старій системі одиниць, формули мають той же вигляд, але величини

висловлюють в л.с. і тоді

мають розмірність г / (л.с.ч).

Якщо відомий індикаторний питома витрата палива, то індикаторний ККД .:

де 3600 кДж / (квт · ч) - перекладної коефіцієнт; Ні в МДж / кг і gi в г / (квт · ч).

Індикаторний ККД

менше термічного к.к.д. через додаткових втрат, що виникають внаслідок недосконалості циклу. Ці додаткові втрати оцінюються відносним ККД З урахуванням розмірностей, прийнятих в рівнянні (14), відносний ККД .:

Оцінка частки теплоти, перетвореної в ефективну роботу, проводиться з ефективного к.к.д. Якщо виразити Ні в МДж / кг, gе в г / (квт · ч), то

За наведеними вище формулами можна визначити питому витрату палива, якщо в результаті випробувань двигуна відомі годинна витрата палива і потужність.

4. Тепловий баланс двигуна

Тепловий баланс двигуна отримують на підставі дослід-ваний його в різних умовах.

Рівняння теплового балансу має такий вигляд:

г де

- загальна кількість теплоти, витраченої в одиницю часу при роботі двигуна на заданому режимі;

-теплота, еквівалентна ефективній роботі двига-теля;

-теплота, віддана в охолоджуючу середу;

-теплота, віднесена з двигуна з відпрацьованими газами;

-не використана частина теплоти палива через

-остаточний член балансу, що визначає втрати, не враховані наведеними вище членами рівняння балансу теплоти.

Кожну складову балансу можна визначати в процен-тах від усієї кількості введеної теплоти.

;

Загальна кількість теплоти, витраченої протягом 1 год:

де

- Годинна витрата палива в кг / год.

Теплота, еквівалентна ефективній роботі

Теплоту, передану охолоджуючої середовищі через стінки циліндрів, головку циліндрів. Поршень і поршневі кільця, можна визначити при водяному охолодженні за рівнянням:

де 4,186 - теплоємність води в кДж / (кг · град);