22. Эффективные показатели двигателя. Эффективные показатели двигателя


Эффективные показатели двигателя. Механические потери в двигателе

Индикаторные показатели рабочего цикла двигателя.

 

Совершенство тепловых процессов, происходящих в цилиндре реального автомобильного двигателя, оценивают по индикаторным показателям его действительного цикла.

Работа, совершаемая газами в цилиндрах двигателя, называется индикаторной работой. Индикаторная работа газов в одном цилиндре за один цикл называется работой цикла. Она может быть определена с помощью индикаторной диаграммы, построенной по результатам теплового расчета двигателя.

Среднее индикаторное давление (pi) – это условно постоянное давление на поршень в течение одного хода поршня, совершающее работу, равную индикаторной работе газов за весь цикл.

Величина pi при номинальном режиме работа двигателя достигает в карбюраторных двигателях 1,2 МПа, в дизелях – 1,0 МПа.

Тогда индикаторная работа газов в одном цилиндре за один цикл:

Li = pi Vh

Полезную работу, совершаемую газами в цилиндрах двигателя в единицу времени, называют индикаторной мощностью и обозначают Рi;.

Время цикла:

де n – частота вращения коленчатого вала, мин-1; τ – тактность двигателя (число ходов поршня за цикл).

Тогда индикаторная мощность многоцилиндрового двигателя:

 

Рi = (pi Vh n iЦ )/(30 τ)

 

где iЦ – число цилиндров в двигателе; pi , МПа; Vh , л; Рi , кВт.

 

Индикаторный удельный расход топлива представляет собой отношение часового расхода топлива GT к индикаторной мощности Рi :

что характеризует экономичность действительного цикла. Величи­на gi при номинальном режиме работы двигателя колеблется для карбюраторных двигателей в пределах 250...340 г/кВт ч, для дизелей – 175...230 г/кВт ч.

Индикаторный КПД оценивает степень использования теплоты в действительном рабочем цикле и представляет собой отношение теплоты, превращаемой в индикаторную работу Li, к теплоте, введенной в цилиндр в результате сгорания топлива:

 

У существующих автотракторных двигателей индикаторный КПД находится в пределах для карбюраторных двигателей 0,25...0,40, для дизелей – 0,38...0,50.

 

Относительный КПД представляет собой отношение индикаторного КПД к термическому КПД и определяет степень совершенства действительного цикла по отношению к теоретическому:

 

Существующие двигатели имеют относительный КПД 0,6...0,9.

 

 

«Автомобильные двигатели»

Эффективные показатели двигателя. Механические потери в двигателе.

Эффективным показатели позволяют оценить совершенство двигателя в целом, с учетом потерь мощности на трение и привод вспомогательных механизмов.

Развиваемая в цилиндрах индикаторная мощность Рi, не может быть использована полностью для движения автомобиля. Часть этой мощности, называемая мощностью механических потерь РМ, затрачивается в самом двигателе на преодоление трения и привод вспомогательных механизмов (механизм газораспределения, топливный, масляный и водяной насосы, вентилятор, генератор и т.д.). Мощность, равная разности мощностей Рi; и РМ, называется эффективной мощностью двигателя Ре :

Ре = Рi – РМ

Для удобства оценки механических потерь двигателя введено понятие о механическом КПД ηМ, представляющем собой отношение эффективной и индикаторной мощности:

ηМ = Ре / Рi = 1 – РМ / Рi

Механческий КПД при номинальном режиме работы кар­бюраторного двигателя равен 0,70...0,87, дизеля – 0,75...0,90.

Мощность РМ определяют экспериментально.

Эффективные и индикаторные показатели взаимосвязаны следующими простыми соотношениями посредством механического КПД:

эффективная мощность

Ре = Рi ηМ

среднее эффективное давление

pе = pi ηМ

эффективный КПД (позволяет оценить экономичность работы двигателя в целом)

ηе = ηi ηМ

эффективный удельный расход топлива

ge = gi / ηМ

Эффективный крутящий момент на валу при известной мощности Ре и соответствующей ей частоте вращения n вала двигателя:

где Ре , кВт; n , мин-1.

Эффективный КПД автотракторных двигателей, работающих на режиме полной мощности, находится в пределах для карбюраторных двигателей 0,2...0,3, для дизелей – 0,3...0,4. Значения эффективного удельного расхода топлива для карбюраторных двигателей составляют 290...330, для дизелей – 210...260, г/кВт ч.

Литровой мощностью называется эффективная мощность, отнесенная к 1 л рабочего объема двигателя:

Величиной литровой мощности пользуются для сравнительной оценки различных двигателей с точки зрения совершенства рабочего процесса и конструктивного выполнения: чем больше литровая мощность, тем меньше габариты и удельная масса двигателя. Литровая мощность составляет для карбюраторных двигателей 15...37, для дизелей – 6. ..22, кВт/л.

 

«Автомобильные двигатели»

5. Наддув автомобильных двигателей: назначение, классификация, регулирование.

Одним из наиболее эффективных мероприятий, повышающих литровую мощность двигателя, является наддув, позволяющий увеличить массу свежего заряда. В карбюраторных двигателях наддув почти не применяется из-за опасности возникновения детонации.

Влияние частоты вращения коленчатого вала n на литровую мощность двигателя необходимо оценивать по комплексному множителю n ηv ηм. При повышении частоты вращения для форсирования двигателя необходимо, чтобы этот множитель был максимальным.

Значительно более широкое распространение в мире получил наддув с турбонагнетателем, т.е. нагнетателем, приводимым турбиной, действующей на отработавших газах.

Классификация видов наддува ДВС.

Агрегатный наддув осуществляется с помощью нагнетателя. Он подразделяется на:

механический наддув, где используется компрессор, приводимый в действие от коленчатого вала двигателя;

турбонаддув, где компрессор (обычно центробежный) приводится турбиной, вращаемой выхлопными газами двигателя;

наддув «Comprex», заключающийся в использовании давления отработавших газов, действующих непосредственно на поток воздуха, подаваемого в двигатель;

электрический наддув, где используется нагнетатель, вращаемый электродвигателем;

комбинированный наддув объединяет несколько схем, как правило, речь идет о совмещении механического и турбонаддува.

Безагрегатный наддув. К нему относят:

резонансный наддув (иногда называемый инерционным или акустическим), реализуемый за счёт колебательных явлений в трубопроводах;

динамический наддув (скоростной или пассивный наддув) увеличивает давление во впускном коллекторе за счет воздухозаборников особой формы при движении с высокой скоростью;

рефрижерационный наддув достигается испарением в поступающем воздухе топлива или какой-либо другой горючей жидкости с низкой температурой кипения и большой теплотой парообразования, на автомобильных двигателях не применяется.

Механический наддув

Механический наддув позволяет легко поднять мощность двигателя. Основным элементом в такой системе является нагнетатель, приводимый непосредственно от коленчатого вала двигателя. Механический нагнетатель способен закачивать воздух в цилиндры при минимальных оборотах и без задержки, увеличивая давления наддува строго пропорционально оборотам двигателя, что является важным преимуществом подобной схемы. Однако механический наддув имеет и существенный недостаток – он отбирает на свою работу часть мощности двигателя.

В последнее время совершенствование концепций наддува идет по пути создания регулирующих систем для повышения крутящего момента при низких оборотах двигателя, а также снижения инерционности.

Существует несколько способов решения данной проблемы:

применение турбины с изменяемой геометрией;

использование двух параллельных турбонагнетателей;

использование двух последовательных турбонагнетателей;

комбинированный наддув.

Турбина с изменяемой геометрией обеспечивает оптимизацию потока отработавших газов за счет изменения площади входного канала. Турбины с изменяемой геометрией нашли широкое применение в турбонаддуве дизельных двигателей, к примеру турбонаддув двигателя «TDI» от «Volkswagen».

Система с двумя параллельными турбонагнетателями (система «biturbo») применяется в основном на мощных V-образных двигателях (по одному на каждый ряд цилиндров). Принцип работы системы основан на том, что две маленькие турбины обладают меньшей инерцией, чем одна большая.

При установке на двигатель двух последовательных турбин (система «twin-turbo») максимальная производительность системы достигается за счет использования разных турбонагнетателей на разных оборотах двигателя.

Комбинированный наддув объединяет механический и турбонаддув. На низких оборотах коленчатого вала двигателя сжатие воздуха обеспечивает механический компрессор. С ростом оборотов подхватывает турбонагнетатель, а механический компрессор отключается. Примером такой системы является двойной наддув двигателя «TSI» от «Volkswagen».

После отказа от карбюраторов и переходе на электронный впрыск топлива особенно эффективным стал турбонаддув на бензиновых двигателях. Здесь уже достигнута впечатляющая топливная экономичность.

В целом же, следует признать, что турбонаддув, увеличивая тепловые и механические нагрузки, заставляет вводить в конструкцию ряд упрочненных узлов, усложняющих двигатель как в производстве, так и при техническом обслуживании.

 

 

«Автомобильные двигатели»

6. Экологические показатели автомобильных двигателей. Основные способы снижения токсичности и дымности отработавших газов.

В результате протекания химических реакций углеводородов топлива с воздухом, наряду с основными составляющими продуктов полного сгорания, образуется ряд токсических компонентов: оксиды азота NOx, оксид углерода CO, сажа, углеводороды CH, альдегиды, канцерогенные вещества, соединения серы, свинца. Состав и количество токсичных веществ зависят от характера осуществления процесса подготовки топливовоздушной смеси и ее сгорания в цилиндре.

Кроме токсических составляющих отработавших газов в атмосферу в двигателях с искровым зажиганием выбрасываются картерные газы, а также пары бензина из бака и карбюратора, что увеличивает количество удаляемых в атмосферу углеводородов.

Количество оксидов азота, образующихся при сгорании горючей смеси, определяется концентрацией атомарного кислорода и азота, а также температурой, поэтому росту концентрации NOx в ОГ способствует: применение неразделенных камер сгорания в дизелях, увеличение степени сжатия двигателя, увеличение угла опережения впрыскивания (зажигания) и др. факторы повышающие температуру сгорания и коэффициент избытка воздуха.

Оксид углерода образуется главным образом при сгорании топлива с недостатком кислорода. Так как дизельные двигатели на номинальных режимах работают при α > 1, выбросы CO у них незначительны. К росту CO в частности приводит: переобогащение смеси в бензиновых двигателях из-за нарушения регулировки карбюратора, увеличение нагрузки двигателя и низкая частота вращения коленчатого вала из-за ухудшения смесеобразования и сгорания.

Сажа представляет собой частицы твердых углеродистых продуктов с содержанием чистого углерода до 99%. Сажа образуется при температурах выше 1500 К в результате процесса термического разложения топлива (пиролиза) при сильном недостатке кислорода (α < 0,3–0,7). Такие условия возникают в дизелях вследствие неоднородности состава смеси, когда к зонам пламени с высокой температурой примыкают зоны с малой концентрацией кислорода . На такте расширения часть образовавшейся сажи выгорает в турбулентном пламени.

Поскольку в цилиндре карбюраторного двигателя сгорает гомогенная смесь при α > 0,7, сажа образуется в ничтожных количествах.

Дымность дизелей увеличивается при применении неразделенных камер сгорания, увеличении нагрузки, уменьшении угла опережения впрыска, а также резко возрастает при разгоне двигателя.

Углеводороды являются продуктами неполного сгорания или разложения молекул топлива, поэтому факторы, влияющие на содержания CO в основном влияют и на CH. В двигателях с воспламенением от искры концентрация CH растет так же при наличии пропусков воспламенения. В дизелях молекулы CH образуются при пиролизе.

Уменьшению токсичности и дымности ОГ поршневых двигателей внутреннего сгорания способствуют различные технические мероприятия, проводимые как на этапе конструирования так и эксплуатации двигателей:

– совершенствование процессов смесеобразования и сгорания на основе применения систем впрыска бензина и дизельного топлива с микропроцессорным управлением;

– установка в системе выпуска трехкомпонентных нейтрализаторов, которые нейтрализуют NOx, CO, CH в бензиновом двигателе;

– введение рециркуляции отработавших газов посредством перепуска ОГ из системы выпуска во впускную систему, что снижает выбросы NOx в бензиновых и дизельных двигателях; в современных дизелях с аккумуляторной системой впрыскивания этот прием совместно с охлаждением рециркулирующих газов снижает NOx и дымность ОГ при неизменном расходе топлива;

– введение системы улавливания паров бензина;

– управление углом опережения зажигания и углом опережения впрыскивания дизельного топлива;

– применение плазменных дожигателей в системе выпуска дизельных двигателей;

– улучшение состава топлива и добавление к нему специальных присадок;

– поддержание технического состояния двигателя и его регулировок по рекомендации завода-изготовителя.

Наряду с загрязнением атмосферы следствием автомобилизации стал транспортный шум, основным источником которого является двигатель.

Шум двигателя складывается из шума процессов впуска, сгорания и выпуска, шума от колебания наружных стенок двигателя и колебаний двигателя на подвеске, шума агрегатов (вентилятор, насосы и др.).

На шум двигателя существенно влияет организация рабочего процесса и такие показатели, как максимальное давление цикла и скорость нарастания давления. Шум впуска и выпуска снижают установкой глушителей. Применение конструкционных материалов с наличием внутреннего трения снижает шум при деформациях стенок. В современных силовых установках применяют также звукоизолирующие экраны и капсулы.

 

«Автомобильные двигатели»

7. Характеристики автомобильных двигателей. Внешние ичастичные скоростные характеристики карбюраторного и дизельного двигателей. Коэффициент запаса крутящего момента.

Для оценки мощностных и экономических показателей двигателя при его работе в различных условиях пользуются характеристиками двигателя.

Характеристикой двигателя называется зависимость основных показателей его работы (мощности, крутящего момента, расхода топлива) от одного из параметров режима работы (частоты вращения коленчатого вала, нагрузки и др.).

Основные характеристики автомобильных двигателей определяются ГОСТ 14846-81 «Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний».

Скоростная характеристика двигателя представляет собой графическую зависимость основных эффективных показателей его работы Ре , Ме, GТ и ge от частоты вращения коленчатого вала при постоянном положении дроссельной заслонки (или рейки топливного насоса) и установившемся тепловом состоянии.

Скоростная характеристика, полученная при полной подаче топлива (полностью открытая дроссельная заслонка или соответствующее положение рейки топливного насоса дизеля) и углах опережения зажигания или начала впрыскивания топлива по техническим условиям на двигатель, называется внешней характеристикой двигателя.

Характеристики, соответствующие постоянным промежуточным положениям дроссельной заслонки или рейки топливного насоса, называются частичными скоростными характеристиками двигателя.

Внешние скоростные характеристики карбюраторного двигателя и дизеля приведены соответственно на Рис. 11.1.

Скоростную характеристику реального двигателя строят по результатам стендовых испытаний. Вал работающего двигателя нагружают с помощью тормоза, обеспечивая фиксирование частоты вращения от минимально устойчивой до максимально допустимой. При этом на каждой частоте замеряют тормозной момент МТ в Нм и часовой расход топлива в кг/ч. По результатам испытаний строят кривые зависимости эффективного крутящего момента (Ме = МТ) и часового расхода топлива GT от частоты вращения вала двигателя n. Для построения графиков эффективной мощности Peи удельного расхода топлива ge используют формулы:

Pe = n Me / 9550, кВт;

ge = GT / Pe, кг/кВт ч

где n, мин-1; Me, Нм.

 

Рис.11.1

Характер кривой Me обусловлен изменением среднего эффективного давления pe. При полной подаче топлива наибольшее давление pe, а значит, и наибольшее значение Me получают при средних частотах вращения коленчатого вала. С понижением и повышением частоты величина pe уменьшается вследствие ухудшения газообмена, а также больших потерь: тепловых при низких частотах вращения и механических при высоких.

Характер кривой Pe скоростной характеристики обусловливается тем, что эффективная мощность прямо пропорциональна не только давлению pe, но и частоте вращения n. Мощность Pe возрастает до тех пор, пока увеличение частоты вращения компенсирует падение pe.

На скоростной характеристике различают следующие частоты вращения коленчатого вала:

nmin – минимальная частота вращения, при которой возможна устойчивая работа двигателя при полной подаче топлива;

nM – частота вращения, соответствующая максимальному крутящему моменту;

nP – частота вращения, соответствующая максимальной мощности двигателя;

nmax – максимально возможная частота вращения коленчатого вала, устанавливаемая ограничителем (карбюраторный двигатель) или регулятором частоты вращения (дизель).

На скоростной характеристике дизеля (см. Рис. 11.1) в интервале частот вращения nP – nmax показаны регуляторные ветви характеристики.

Приспособляемость двигателя к изменению нагрузки оценивается с помощью коэффициента приспособляемости:

k = Memax / MeP,

или коэффициента запаса крутящего момента:

μ = (Memax – MeP ) 100% / MeP

В карбюраторных двигателях k = 1,25...1,35, в дизелях – 1,05...1.2. Коэффициент приспособляемости характеризует способность двигателя преодолевать кратковременные перегрузки без переключения передач.

«Автомобильные двигатели»

megaobuchalka.ru

Эффективные показатели двигателя — Мегаобучалка

Средняя скорость поршня при номинальной частоте вращения :

 

, м/с м/с

где S – ход поршня, м.

n – номинальная частота вращения (таблица 1.2).

 

Среднее давление механических потерь:

, МПа

 

Среднее эффективное давление:

, МПа МПа

 

Механический КПД двигателя:

 

Эффективный удельный расход топлива:

, г/(кВт× ч) г/(кВт×ч)

 

Эффективный КПД двигателя:

 

Эффективная мощность при известном рабочем объеме двигателя:

 

, кВт,

где – тактность двигателя, .

Часовой расход топлива:

, кг/ч

 

Эффективный крутящий момент

, Н×м.

 

Расчет рабочего цикла дизеля

 

Параметры рабочего тела

Средний элементарный состав дизельных топлив:

-углерод C=0.870;

-водород H=0,126;

-топливный кислород Om=0,004.

Низшая теплота сгорания Hu=42500 кДж/кг

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива:

 

кг;

 

кмоль.

 

Количество свежего заряда при заданном :

,   кмоль.

 

α – коэффициент избытка воздуха. Для дизеля с высоким наддувом можно принять α =1,8-2,0 в зависимости от давления наддува.

Общее количество продуктов сгорания:

.

 

Количество отдельных компонентов:

,   кмоль;

 

,   кмоль;

 

,   кмоль;

 

,   кмоль.

 

Теоретический коэффициент молекулярного изменения:

.

 

Процесс впуска

Принимаем, что давление окружающей среды po=0,1 МПа, температура окружающей среды To=288 К. Значения ряда параметров, необходимых при расчете, выбирают, исходя из следующих эмпирических зависимостей:

– давление наддува (перед впуском) рк– по варианту задания;

– температура надувочного воздуха К;

– То, ро – параметры окружающей среды;

- давление остаточных газов pr при газотурбинном наддуве для номинальной частоты вращения pr =(0,90-0,98)pk, МПа. Принимать в зависимости от nном, с уменьшением которого pr снижается.

- температура остаточных газов Tr=700-900 К;

- подогрев свежего заряда ;

Плотность свежего заряда:

,   кг/м3,

 

– удельная газовая постоянная воздуха, Дж/(кг·град).

Давление в конце впуска:

 

, МПа

 

– средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускного тракта м/с.

 

Коэффициент остаточных газов:

 

Температура в конце впуска:

, К К

 

Коэффициент наполнения:

 

Процесс сжатия

Показатель политропы сжатия принимаем в пределах .

Примечание:Здесь и далее следует принимать средние значения из рекомендуемых пределов параметра (которым задаются) и с учётом получаемых результатов.

Давление в конце сжатия:

 

, МПа

 

Температура в конце сжатия:

 

, К

 

 

Процесс сгорания

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

 

.

Значения и см. выше.

Теплота сгорания рабочей смеси:

 

, кДж/кмоль.

Ни– низшая теплота сгорания дизельного топлива (см. выше).

Температура цикла Tzопределяется из уравнения сгорания:

 

.

 

Коэффициент использования теплоты для номинального режима быстроходных дизелей с газотурбинным наддувом выбирают в пределах , а степень повышения давления .

Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия с допустимой для учебных целей погрешностью может быть определена по воздуху:

 

,   кДж/(кмоль×град),

 

где tc– температура в конце сжатия в °С.

.

 

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении:

,   кДж/(кмоль×град).

 

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном объеме:

, кДж/(кмоль×град).

 

После подстановки найденных значений в уравнение сгорания получим квадратное уравнение с одним неизвестным tz, которое решается известным способом:

;

 

, °С.

 

а, ви с– числовые значения известных величин.

 

Температура сгорания:

, К К

 

Максимальное давление сгорания:

, МПа

 

Если полученное значение рzпревышает 12,5 МПа, то рекомендуется повторить расчёт процесса сгорания, уменьшив величину λ. В этом случае надо сохранить в пояснительной записке оба варианта расчёта.

Степень предварительного расширения:

 

.

Процесс расширения

степень последующего расширения:

.

 

Для современных дизелей с наддувом значение показателя политропы расширения принимают в пределах и находят давление и температуру в конце процесса расширения:

 

, МПа

 

, К К

 

Здесь следует оценить правильность ранее принятой температуры остаточных газов Trпо величине погрешности расчёта

  %

 

Если величина Δ не превышает 5%, то погрешность допустима.

 

megaobuchalka.ru

22. Эффективные показатели двигателя.

22.1. Что называется эффективным КПД? Что он характеризует?

Под эффективным КПД понимают долю от всей подведенной с топливом теплоты, превращенную в полезную работу: e=Le/(VцтHu). Далее можно преобразовать: e=peVh/(VцтHu)=piVhм/(VцтHu)=Li/(VцтHu)=iм.

22.2. Что называется средним эффективным давлением? В чем состоит важность этого параметра?

pe=pi-рм, где ре=Le/Vh – среднее эффективное давление, т.е. полезная работа за цикл с единицы рабочего объема цилиндра. Важность этого параметра в том, что с его помощью можно сравнивать эффективность работы двигателей с разным объемом.

22.3.Что называется удельным эффективным расходом топлива? Какая связь существует между эф­фективным КПД и удельным эффективным расходом топлива?

Для оценки экономичности двигателя используется удельный эффективный расход топлива ge, показывающий какое количества топлива расходуется на производство единицы эффективной работы: ge=qц/Le. Связан он с эффективным КПД следующим соотношением: ge=3600/(eHu).

22.4. Приведите вывод выражений для эффективного крутящего момента, эффективной мощности, литровой мощности. Что характеризует последняя?

Работа газов в цилиндрах двигателя за 1 минуту: Li=piVh(2n/)i. Тогда работа за 1 с, или индикаторная мощность (кВт): Ni=piVhni/30, где pi – в МПа, Vh – в л, n – в мин-1. Так как момент связан с мощностью как Mi=Ni/w, а w=n/30, то индикаторный момент (Нм): Mi=1000piVhi(). Выразим эффективные показатели через индикаторные: Ne=Niм=pi*Vhin/(30)*м=(Hu/lO)(i/)V0(к)*Vhin/(30)*м; Mк=Miм=1000/()*Vhi*pi*м=1000/()*Vhi*(Hu/lO)(i/)V0(к)*м. Nл=pi*n/(30)*м=(Hu/lO)(i/)V0(к)*n/(30)*м. Литровая мощность характеризует, какое количество мощности приходится на единицу объема.

22.5. Рассмотрите влияние на величину эффективного КПД дизеля коэффициента избытка воздуха, угла опережения впрыскивания топлива, интенсивности движения заряда, качества процессов впры­скивания, распыливания, смесеобразования и сгорания, интенсивности охлаждения заряда, механиче­ских потерь, режима работы и условий окружающей среды.

Значение эффективного КПД определяется значением индикаторного и механического КПД, т.к. e=iм. Индикаторные показатели зависят от полноты и своевременности сгорания, от тепловых потерь в систему охлаждения и с ОГ. На них оказывают влияние: 1) Состав смеси (нагрузка дизеля). Для дизеля imax имеет место при сильно обедненной смеси, что объясняется использованием неоднородной смеси. Причины роста i с до imax являются уменьшение потерь, связанных неполнотой и несвоевременностью сгорания и увеличением доли двухатомных газов). 2) Угол опережения впрыскивания. С повышением о.вп. увеличивается i. Существует определенный о.вп.опт, при котором достигаются их максимумы. 3) Интенсивность движения заряда. Если распыливающих отверстий пять, то увеличение угловой скорости вращения заряда w вызывает рост i. Если ic=7…11, то увеличение только до определенного предела вызывает их рост. Дальнейшее увеличение w приводит к перезавихриванию, особенно при больших ic, при котором увеличивается неполнота сгорания топлива и повышается дымление дизеля. 4) Качество процессов впры­скивания и распыливания. Для достижения высокого i характеристики впрыскивания и распыливания должны быть подобраны так, чтобы тепловыделение завершалось через 35…40 градусов после ВМТ. 5) Наполнение цилиндров. При неизменной цикловой подаче топлива увеличение V и 0(к) ведет к пропорциональному росту , что ведет к росту i. Если избежать существенного удлинения впрыскивания и нарушения оптимальных условий смесеобразования, то i ухудшается незначительно. Для дизелей с одной полостью и большим ic роста i можно добиться, если использовать два впускных клапана и уменьшить S/D. 6) Частота вращения. Если при росте частоты  не изменяется, то i несколько увеличивается с ростом n в связи с уменьшением неполноты сгорания и снижением потерь теплоты в среду.

22.6. Рассмотрите влияние на величину эффективного КПД бензинового двигателя степени сжатия, коэффициента избытка воздуха, диаметра цилиндра, угла опережения зажигания, интенсивности движения заряда и горения, равномерности распределения смеси по цилиндрам, механических по­терь, режима работы.

Значение эффективного КПД определяется значением индикаторного и механического КПД, т.к. e=iм. Индикаторные показатели зависят от полноты и своевременности сгорания, от тепловых потерь в систему охлаждения и с ОГ. На них оказывают влияние: 1) Степень сжатия. У ДсИЗ =6…11. Увеличение  заметно повышает i из-за улучшения условий воспламенения и уменьшения КС. 2) Коэффициент избытка воздуха. Он сильно влияет на протекание процесса. Наибольшей величине i соответствует такой состав смеси, при котором имеет место оптимальное сочетание полноты и скорости сгорания с теплоотводом в стенки. 3) Диаметр цилиндра. Чем больше размер цилиндра, тем меньше при данном ОЧ топлива должна быть . При неизменном  увеличение D сопровождается ростом i из-за снижения доли теплоты, отдаваемой в стенки. 4) Угол опережения зажигания. Каждому сочетанию открытия дросселя,  и n соответствует свое о.вп.опт, при котором i достигает максимума. 5) Интенсивность движения заряда. На каждом скоростном и нагрузочном режимах двигателя существует некая своя оптимальная интенсивность движения, обеспечивающая работу с imax. При высокой интенсивности сильно возрастает теплоотдача в стенки. 6) Частота вращения. С ростом n сокращается время теплопередачи от газов в систему охлаждения, но растущая турбулизация усиливает этот процесс, также уменьшаются утечки газов через кольца. В результате с ростом n величина i мало меняется, имея тенденцию к возрастанию. 7) Нагрузка двигателя. С уменьшением нагрузки условия воспламенения и сгорания в ДсИЗ ухудшаются, при этом потери в систему охлаждения и с отработавшими газами возрастают, что приводит к падению i.

22.7. Приведите вывод уравнений, используемых для анализа влияния различных факторов на значе­ние среднего эффективного давления, эффективного крутящего момента, эффективной мощности, литровой мощности.

Работа газов в цилиндрах двигателя за 1 минуту: Li=piVh(2n/)i. Тогда работа за 1 с, или индикаторная мощность (кВт): Ni=piVhni/30, где pi – в МПа, Vh – в л, n – в мин-1. Так как момент связан с мощностью как Mi=Ni/w, а w=n/30, то индикаторный момент (Нм): Mi=1000piVhi(). Выразим эффективные показатели через индикаторные: Ne=Niм=pi*Vhin/(30)*м=(Hu/lO)(i/)V0(к)*Vhin/(30)*м; Mк=Miм=1000/()*Vhi*pi*м=1000/()*Vhi*(Hu/lO)(i/)V0(к)*м. Nл=pi*n/(30)*м=(Hu/lO)(i/)V0(к)*n/(30)*м; pe=pi*м =(Hu/lO)(i/V0(к)*м. Для двигателей с внешним смесеобразованием pi=[(Hu/(1+lO)]iV0(к)*м, причем V и 0(к) определяются по количеству ТВС.

22.8. Рассмотрите влияние различных факторов на величину среднего эффективного давления, эф­фективного крутящего момента и эффективной мощности.

Влияние на эффективные показатели определяется влиянием индикаторного показателя и механического КПД, т.к. Ne=Ni*м=piVhin/(30)*м, и pe=pi*м=(Hu/lO)(i/)V0(к); Mк=Miм=1000piVhi/()*м. Приведем влияние на индикаторные показатели. На показатели дизеля влияют: 1) Состав смеси. (i/)max имеет место при некотором обеднении смеси. 2) Угол опережения впрыска. Существует оптимальный угол, при котором pi максимально вследствие полноты смесеобразования и сгорания (выше i и V). 3) Интенсивность движения заряда. Увеличение количества распыливающих отверстий и увеличение угловой скорости вращения заряда w вызывает рост рi (оказывает влияние V). 4) Применение наддува приводит к повышения V, а также росту 0(к), что ведет к росту pi. 5) Повышение объема цилиндра приводит к некоторому росту Ni и Mк, но при этом может снизиться pi из-за ухудшения качества наполнения (падения V). 6) Увеличение количества цилиндров ведет к пропорциональному росту Ni и Мк. 7) Повышение частоты вращения увеличивает Ni, прямо не влияя на Мк, но может сказаться на ухудшении качества наполнения V. 8) Применение 2-тактного цикла ведет к повышению Ni, но отрицательно сказывается на наполнении цилиндров.

22.9. Сравните между собой эффективные показатели дизелей и бензиновых двигателей.

См. стр. 15. Влияние на эффективные показатели определяется влиянием индикаторного показателя и механического КПД:i бензиновых двигателей ниже дизельных, т.к. ДсИЗ работают в районе стехиометрической смеси, у которой больше доля 3-атомных газов в ОГ, что приводит к падению термического КПД. Pi бензиновых двигателей, больше чем безнаддувных дизелей, т.к. те работают при значительно более бедных смесях. Если на дизеле применить наддув, то pi в дизеле может быть больше.

22.10. Приведите примерные значения ηе, ре, Νл на номинальном режиме для разных типов двигателей.

4-тактные ДсИЗ (без наддува): ηе=0,25…0,35; ре=0,75…0,85 МПа; Νл=20…50 кВт/л. 4-тактные дизели без наддува: ηе=0,36…0,42; ре=0,65…0,8 МПа; Νл=12…20 кВт/л. То же, с наддувом: ηе=0,38…0,5; ре<2 МПа; Νл=16…28 кВт/л. 2-тактные дизели: ηе=0,33…0,38; ре=0,5…0,75 МПа; Νл=15…35 кВт/л.

studfiles.net

Эффективные показатели двигателя. — МегаЛекции

22.1. Что называется эффективным КПД? Что он характеризует?

Под эффективным КПД понимают долю от всей подведенной с топливом теплоты, превращенную в полезную работу: he=Le/(VцrтHu). Далее можно преобразовать: he=peVh/(VцrтHu)=piVhhм/(VцrтHu)=Li/(VцrтHu)=hihм.

22.2. Что называется средним эффективным давлением? В чем состоит важность этого параметра?

pe=pi-рм, где ре=Le/Vh – среднее эффективное давление, т.е. полезная работа за цикл с единицы рабочего объема цилиндра. Важность этого параметра в том, что с его помощью можно сравнивать эффективность работы двигателей с разным объемом.

22.3.Что называется удельным эффективным расходом топлива? Какая связь существует между эф­фективным КПД и удельным эффективным расходом топлива?

Для оценки экономичности двигателя используется удельный эффективный расход топлива ge, показывающий какое количества топлива расходуется на производство единицы эффективной работы: ge=qц/Le. Связан он с эффективным КПД следующим соотношением: ge=3600/(heHu).

22.4. Приведите вывод выражений для эффективного крутящего момента, эффективной мощности, литровой мощности. Что характеризует последняя?

Работа газов в цилиндрах двигателя за 1 минуту: Li=piVh(2n/t)i. Тогда работа за 1 с, или индикаторная мощность (кВт): Ni=piVhni/30t, где pi – в МПа, Vh – в л, n – в мин-1. Так как момент связан с мощностью как Mi=Ni/w, а w=pn/30, то индикаторный момент (Нм): Mi=1000piVhi(pt). Выразим эффективные показатели через индикаторные: Ne=Nihм=pi*Vhin/(30t)*hм=(Hu/lO)(hi/a)hVr0(к)*Vhin/(30t)*hм; Mк=Mihм=1000/(pt)*Vhi*pi*hм=1000/(pt)*Vhi*(Hu/lO)(hi/a)hVr0(к)*hм. Nл=pi*n/(30t)*hм=(Hu/lO)(hi/a)hVr0(к)*n/(30t)*hм. Литровая мощность характеризует, какое количество мощности приходится на единицу объема.

22.5. Рассмотрите влияние на величину эффективного КПД дизеля коэффициента избытка воздуха, угла опережения впрыскивания топлива, интенсивности движения заряда, качества процессов впры­скивания, распыливания, смесеобразования и сгорания, интенсивности охлаждения заряда, механиче­ских потерь, режима работы и условий окружающей среды.

Значение эффективного КПД определяется значением индикаторного и механического КПД, т.к. he=hihм. Индикаторные показатели зависят от полноты и своевременности сгорания, от тепловых потерь в систему охлаждения и с ОГ. На них оказывают влияние: 1) Состав смеси (нагрузка дизеля). Для дизеля himax имеет место при сильно обедненной смеси, что объясняется использованием неоднородной смеси. Причины роста hi с a до ahimax являются уменьшение потерь, связанных неполнотой и несвоевременностью сгорания и увеличением доли двухатомных газов). 2) Угол опережения впрыскивания. С повышением fо.вп. увеличивается hi. Существует определенный fо.вп.опт, при котором достигаются их максимумы. 3) Интенсивность движения заряда. Если распыливающих отверстий пять, то увеличение угловой скорости вращения заряда w вызывает рост hi. Если ic=7…11, то увеличение только до определенного предела вызывает их рост. Дальнейшее увеличение w приводит к перезавихриванию, особенно при больших ic, при котором увеличивается неполнота сгорания топлива и повышается дымление дизеля. 4) Качество процессов впры­скивания и распыливания. Для достижения высокого hi характеристики впрыскивания и распыливания должны быть подобраны так, чтобы тепловыделение завершалось через 35…40 градусов после ВМТ. 5) Наполнение цилиндров. При неизменной цикловой подаче топлива увеличение hV и r0(к) ведет к пропорциональному росту a, что ведет к росту hi. Если избежать существенного удлинения впрыскивания и нарушения оптимальных условий смесеобразования, то hi ухудшается незначительно. Для дизелей с одной полостью и большим ic роста hi можно добиться, если использовать два впускных клапана и уменьшить S/D. 6) Частота вращения. Если при росте частоты a не изменяется, то hi несколько увеличивается с ростом n в связи с уменьшением неполноты сгорания и снижением потерь теплоты в среду.

22.6. Рассмотрите влияние на величину эффективного КПД бензинового двигателя степени сжатия, коэффициента избытка воздуха, диаметра цилиндра, угла опережения зажигания, интенсивности движения заряда и горения, равномерности распределения смеси по цилиндрам, механических по­терь, режима работы.

Значение эффективного КПД определяется значением индикаторного и механического КПД, т.к. he=hihм. Индикаторные показатели зависят от полноты и своевременности сгорания, от тепловых потерь в систему охлаждения и с ОГ. На них оказывают влияние: 1) Степень сжатия. У ДсИЗ e=6…11. Увеличение e заметно повышает hi из-за улучшения условий воспламенения и уменьшения КС. 2) Коэффициент избытка воздуха. Он сильно влияет на протекание процесса. Наибольшей величине hi соответствует такой состав смеси, при котором имеет место оптимальное сочетание полноты и скорости сгорания с теплоотводом в стенки. 3) Диаметр цилиндра. Чем больше размер цилиндра, тем меньше при данном ОЧ топлива должна быть e. При неизменном e увеличение D сопровождается ростом hi из-за снижения доли теплоты, отдаваемой в стенки. 4) Угол опережения зажигания. Каждому сочетанию открытия дросселя, a и n соответствует свое fо.вп.опт, при котором hi достигает максимума. 5) Интенсивность движения заряда. На каждом скоростном и нагрузочном режимах двигателя существует некая своя оптимальная интенсивность движения, обеспечивающая работу с himax. При высокой интенсивности сильно возрастает теплоотдача в стенки. 6) Частота вращения. С ростом n сокращается время теплопередачи от газов в систему охлаждения, но растущая турбулизация усиливает этот процесс, также уменьшаются утечки газов через кольца. В результате с ростом n величина hi мало меняется, имея тенденцию к возрастанию. 7) Нагрузка двигателя. С уменьшением нагрузки условия воспламенения и сгорания в ДсИЗ ухудшаются, при этом потери в систему охлаждения и с отработавшими газами возрастают, что приводит к падению hi.

22.7. Приведите вывод уравнений, используемых для анализа влияния различных факторов на значе­ние среднего эффективного давления, эффективного крутящего момента, эффективной мощности, литровой мощности.

Работа газов в цилиндрах двигателя за 1 минуту: Li=piVh(2n/t)i. Тогда работа за 1 с, или индикаторная мощность (кВт): Ni=piVhni/30t, где pi – в МПа, Vh – в л, n – в мин-1. Так как момент связан с мощностью как Mi=Ni/w, а w=pn/30, то индикаторный момент (Нм): Mi=1000piVhi(pt). Выразим эффективные показатели через индикаторные: Ne=Nihм=pi*Vhin/(30t)*hм=(Hu/lO)(hi/a)hVr0(к)*Vhin/(30t)*hм; Mк=Mihм=1000/(pt)*Vhi*pi*hм=1000/(pt)*Vhi*(Hu/lO)(hi/a)hVr0(к)*hм. Nл=pi*n/(30t)*hм=(Hu/lO)(hi/a)hVr0(к)*n/(30t)*hм; pe=pi*hм =(Hu/lO)(hi/a)hVr0(к)*hм. Для двигателей с внешним смесеобразованием pi=[(Hu/(1+alO)]hihVr0(к)*hм, причем hV и r0(к) определяются по количеству ТВС.

22.8. Рассмотрите влияние различных факторов на величину среднего эффективного давления, эф­фективного крутящего момента и эффективной мощности.

Влияние на эффективные показатели определяется влиянием индикаторного показателя и механического КПД, т.к. Ne=Ni*hм=piVhin/(30t)*hм, и pe=pi*hм=(Hu/lO)(hi/a)hVr0(к); Mк=Mihм=1000piVhi/(pt)*hм. Приведем влияние на индикаторные показатели. На показатели дизеля влияют: 1) Состав смеси. (hi/a)max имеет место при некотором обеднении смеси. 2) Угол опережения впрыска. Существует оптимальный угол, при котором pi максимально вследствие полноты смесеобразования и сгорания (выше hi и hV). 3) Интенсивность движения заряда. Увеличение количества распыливающих отверстий и увеличение угловой скорости вращения заряда w вызывает рост рi (оказывает влияние hV). 4) Применение наддува приводит к повышения hV, а также росту r0(к), что ведет к росту pi. 5) Повышение объема цилиндра приводит к некоторому росту Ni и Mк, но при этом может снизиться pi из-за ухудшения качества наполнения (падения hV). 6) Увеличение количества цилиндров ведет к пропорциональному росту Ni и Мк. 7) Повышение частоты вращения увеличивает Ni, прямо не влияя на Мк, но может сказаться на ухудшении качества наполнения hV. 8) Применение 2-тактного цикла ведет к повышению Ni, но отрицательно сказывается на наполнении цилиндров.

22.9. Сравните между собой эффективные показатели дизелей и бензиновых двигателей.

См. стр. 15. Влияние на эффективные показатели определяется влиянием индикаторного показателя и механического КПД: hi бензиновых двигателей ниже дизельных, т.к. ДсИЗ работают в районе стехиометрической смеси, у которой больше доля 3-атомных газов в ОГ, что приводит к падению термического КПД. Pi бензиновых двигателей, больше чем безнаддувных дизелей, т.к. те работают при значительно более бедных смесях. Если на дизеле применить наддув, то pi в дизеле может быть больше.

22.10. Приведите примерные значения ηе, ре, Νл на номинальном режиме для разных типов двигателей.

4-тактные ДсИЗ (без наддува): ηе=0,25…0,35; ре=0,75…0,85 МПа; Νл=20…50 кВт/л. 4-тактные дизели без наддува: ηе=0,36…0,42; ре=0,65…0,8 МПа; Νл=12…20 кВт/л. То же, с наддувом: ηе=0,38…0,5; ре<2 МПа; Νл=16…28 кВт/л. 2-тактные дизели: ηе=0,33…0,38; ре=0,5…0,75 МПа; Νл=15…35 кВт/л.

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

megalektsii.ru

Эффективные показатели двигателя.

 

Среднее давление механических потерь:

рм = а + b×W , МПа

где а и b - коэффициенты, зависящие от типа, конструкции, размеров, числа цилиндров и теплового состояния двигателя. а =0.089 b =0.0118

W - средняя скорость поршня, рассчитывается по данным двигателя прототипа по формуле W=S×nн/3×104, м/с;

Возьмём S= 130, мм (ход поршня)

nн = 2100, об/мин. (номинальная частота вращения)

W=130×2100/3×104 = 9.1 м/с

рм = 0.089 + 0.0118×9.1=0.196 , МПа

Среднее эффективное давление:

Ре= Рi - Рм =0.927-0.196=0.731, МПа

Механический КПД

hм= ре/рi = 0.731/0.927 = 0.789

Эффективный КПД

hе= h2hм = 0.468×0.789 = 0.369

Эффективный удельный расход топлива:

gе = 3,6×103/(Qнh е) = 3,6×103/(42.5×0.369) =229.5 г/кВт×ч

Основные размеры цилиндра и удельные параметры двигателя.

Литраж двигателя

Vл = (30×tд×Nе)/(pc×nH) , л

Vл = (30×4×128)/( 0.731×2100) =10.0 л

Рабочий объем цилиндра

Vh = Vл/i =10.0/6=1.67 , л

где i - число цилиндров двигателя, i = 6

Диаметр цилиндра

, мм

где r - соотношение между S и D, r=S/D. Можно принять как у прототипа. r=130/120=1.08 мм.

Ход поршня

S = D×r =125×1.08=135 , мм

 

Средняя скорость поршня

W' = S×nH/(3×104)=135×2100/(3×104)=9.45 м/с

Различие между принятой и фактической скоростями поршня

, %

%

D не превышает допустимые 5%

По окончательно принятым значениям D и S определяют основные параметры и показатели двигателя. Принимаем D=125 мм. S=135 мм.

Определяем литраж двигателя

Vл = pD2×S×i/4×106 =(3.14×1252×135×6)/4×106=9.935 л

Определяем площадь поршня

Fn = pD2/400=(3.14×1252)/400=122.6 см2

Определяем рабочий объём цилиндра

1.656 л

Определяем среднюю скорость поршня

м/с

Эффективная мощность:

Ne = (rеVлnн)/30t =(0.731×9.935×2100)/30×4=127.1, кВт

%

где t - тактность двигателя, t = 4

Эффективный крутящий момент двигателя:

Ме = 9550×Nе/nн =9550×127.1/2100=578 Н×м

Часовой расход топлива:

Gт = Nе×gе =127.1×0.2295=29.2 кг/ч

Литровая мощность:

Nл = Nе/Vл=127.1/9.935=12.8 кВт/л

Удельная поршневая мощность:

Nп = 4Nе/(ipD2)=(4×127.1)/6×3.14×1252 =17.27кВт /дм2

Литровая масса

gл = Gсуx/(Vhi)=650/(1.67×6)=64.8 кг/л

где Gсуx - масса сухого (ненаправленного) двигателя, кг. Ее можно принять по двигателю прототипу.

Удельная масса:

gN = Gcyx/Nе = 650/127.1=5.11, кг/кВт

Результаты теплового расчета двигателя и его основные размеры заносятся в таблицу 1.

Таблица 1.

Давление газов, МПа Температура газов, К Среднее давление на поршень, МПа КПД Размеры двигателя
Pa=0.148 Та=407.5 Pi= 0.927 hi=0.468 S =135
Pc=6.22 Тс=1140.4 Ре=0.731 hм=0.789 D =125
Pz=10.57 Тz=2259.1   hе=0.369 Vл=9.935
Pb=0.416 Тb=1114     Vh=1.656

Построение расчетной индикаторной диаграммы.

Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня Ms= 1 мм в мм; масштаб давлений Мр = 0,05 МПа в мм.

Величины в приведенном масштабе, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:

AB=S/Ms=135/l,0 = 135 мм; ОА = АВ/(ε–1)= 135/(15–1)= 9.6 мм.

Максимальная высота диаграммы (точка г) pz/Mp =10,57/0,05=211,4 мм.

Ординаты характерных точек:

pа/Mp =0,148/0,05 = 2,96 мм;

рс/Мр= 6,22/0,05 = 124,4 мм;

рb/Мр=0,416/0,05 = 8,32 мм;

рг/Мр = 0,136/0,05 = 2,72 мм;

рк/Мр=0,17/0,05=3,4 мм.

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:

а) политропа сжатия px=pa(Va/Vx)n1. Отсюда

рх/Мр , мм =(ра/Мр)(ОВ/ОХ)n1= 2,96(144,6/ОХ) 1.38 мм,

б) политропа расширения px=рb(Vb/Vx)n2. Отсюда

рх /Мр, мм =(рb/Мр)(ОВ/ОХ)n2= 8,32(144,6/ОХ) 1.28 мм.

Результаты расчета точек политроп приведены в табл 2.

Таблица 2

Политропа сжатия Политропа расширения
ОХ ОВ/ОХ (ОВ/ОХ)^n1 Рх/mх, мм рх Мпа (ОВ/ОХ)^n2 Рх/mх, мм Рх Мпа
9,6 15,06 42,2 124,91 6,25 32,19 267,82 13,39
14,46 39,9 118,1 5,91 30,55 254,18 12,71
7,23 15,3 45,29 2,26 12,58 104,67 5,23
4,82 8,8 26,00 1,30 7,49 62,32 3,11
3,61 5,8 17,17 0,86 5,18 43,10 2,16
2,90 4,3 12,7 0,64 3,90 32,45 1,62
2,41 3,36 9,94 0,50 3,08 25,63 1,28
2,00 2,6 7,7 0,39 2,43 20,22 1,01
1,80 2,25 6,66 0,33 1,80 14,98 0,75
1,60 1,91 5,65 0,28 1,60 13,31 0,67
1,44 1,65 4,88 0,24 1,45 12,06 0,60
1,3 1,4 4,1 0,20 1,40 11,65 0,58
1,20 1,29 3,82 0,19 1,20 9,98 0,50
1,1 1,1 3,3 0,17 1,13 9,40 0,47
1,0 1,0 2,9 0,15 1,00 8,32 0,42
144,6 1,0 1,0 2,96 0,14 1,00 8,32 0,42

СКОРОСТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЯ.

Расчётные точки кривой эффективной мощности:

,

где и - коэффициенты, зависящие от конструкции двигателя;

-текущее значение частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Удельный эффективный расход топлива:

,

где ;.

Точки кривой крутящего момента:

,

Часовой расход топлива:

, .

 

Результаты расчёта сведём в таблицу 3

Таблица 3

 

Коэффициент приспособляемости:

,

где - максимальный крутящий момент;

-момент при номинальной мощности;

Максимальные обороты холостого хода дизеля:

,

где - коэффициент неравномерности регулятора;

.

stydopedia.ru

8. Эффективные показатели двигателя. Рабочие процессы и энергетические установки

Похожие главы из других работ:

Двигатели автомобильно-транспортных средств

3.7 Эффективные показатели двигателя.

Среднее давление механических потерь где Ам и Вм - опытные коэффициенты Ам = 0.049 Вм = 0.0152 Сn - средняя скорость поршня, м/с . Среднее эффективное давление, МПа Механический КПД . Эффективный КПД Удельный расход жидкого топлива, г/(кВтч)...

Проектирование и расчет двигателя внутреннего сгорания

1.8 Эффективные показатели двигателя

Давление механических потерь Давление механических потерь - это условное давление, равное отношению работы механических потерь к рабочему объёму цилиндра двигателя...

Разработка четырехтактного автомобильного двигателя

1.6 Индикаторные и эффективные показатели работы двигателя

Среднее теоретическое и действительное индикаторное давление: где -коэффициент скругления индикаторной диаграммы Индикаторный КПД Индикаторный удельный расход...

Разработка четырехтактного автомобильного двигателя

1.7 Эффективные показатели основные размеры цилиндра и двигателя

Среднее эффективное давление ; Механический КПД двигателя ; Эффективный КПД и эффективный расход топлива Литраж двигателя ; где Ne=190,4л.с=140кВт по заданию. Рабочий объем цилиндра Диаметр и ход поршня принимаем из условия S/D=0...

Разработка четырехтактного автомобильного двигателя

1.6 Индикаторные и эффективные показатели работы двигателя

Среднее теоретическое и действительное индикаторное давление: где -коэффициент скругления индикаторной диаграммы Индикаторный КПД Индикаторный удельный расход...

Разработка четырехтактного автомобильного двигателя

1.7 Эффективные показатели основные размеры цилиндра и двигателя

Среднее эффективное давление ; Механический КПД двигателя ; Эффективный КПД и эффективный расход топлива Литраж двигателя ; где Ne=190,4л.с=140кВт по заданию. Рабочий объем цилиндра Диаметр и ход поршня принимаем из условия S/D=0...

Расчет автомобильного двигателя FIAT PALIO

1.9 Эффективные показатели двигателя

Индикаторная работа газов полностью не отдастся потребителю, так как часть ее тратится на собственные нужды двигателя: на преодоление трения; на привод вспомогательных механизмов (масляный насос, генератор, компрессор т. д...

Расчет двигателя ВАЗ 21011

1.8 Эффективные показатели

Среднее давление механических потерь (1.31) где -значение средней скорости поршня. м/с (1.32) Тогда МПа Среднее эффективное давление и механический КПД МПа (1.33) (1.34) Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива (1.35) г/кВт•ч (1.36) 1...

Расчет и конструирование автомобильного двигателя мощностью 90кВт

2.6 Эффективные показатели

Среднее эффективное давление: Эффективный к.п.д...

Расчет карбюраторного двигателя

1.9 Эффективные показатели двигателя

Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D?1 рм=0,034+0,0113vп. ср. (1.11) Для карбюраторного двигателя, предварительно приняв ход поршня S равным 78 мм...

Расчет мощности трактора

1.8 ИНДИКАТОРНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ

Оценку рабочего цикла проводят по индикаторным показателям, среди которых важные, прежде всего, среднее индикаторное давление pi, индикаторная мощность Ni, индикаторный коэффициент полезного действия зi, удельный индикаторный расход топлива gi...

Тепловой и динамический расчет двигателя

1.7 Эффективные показатели

Механический КПД дизельного двигателя ЮМ= 0,70…0,80. Принимаем ЮМ= 0,75. Тогда среднее эффективное давление: МПа, а эффективный КПД: Удельный эффективный расход жидкого топлива: г/кВт?ч...

Тепловой и динамический расчет дизельного двигателя ЯМЗ-236

2.9 Эффективные показатели двигателя

Среднее давление механических потерь для дизельного двигателя с числом цилиндров 6 и отношением S/D>1. (1.22) Среднее эффективное давление и механический К.П.Д. и (22,23) Эффективный К.П.Д. и эффективный удельный расход топлива и (24...

Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания

2.9 Эффективные показатели двигателя

Предварительно приняв ход поршня мм, определяем среднее давление механических потерь для карбюраторного четырехцилиндрового двигателя: МПа (6) где - средняя скорость, м/c; (47) Определяем среднее эффективное давление и механический к. п. д...

Тепловой расчет и тепловой баланс двигателя ЯМЗ-238 (дизельное топливо)

Эффективные показатели двигателя

Среднее давление механических потерь (1/стр.91). Принимаем предварительно среднюю скорость поршня vп. ср.=10,7 м/с получаем: Среднее эффективное давление и механический КПД (1/стр.92): Эффективный КПД и удельный эффективный расход топлива (1/стр...

tran.bobrodobro.ru

ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ



Обратная связь

ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение

Как определить диапазон голоса - ваш вокал

Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими

Целительная привычка

Как самому избавиться от обидчивости

Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам

Тренинг уверенности в себе

Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком"

Натюрморт и его изобразительные возможности

Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д.

Как научиться брать на себя ответственность

Зачем нужны границы в отношениях с детьми?

Световозвращающие элементы на детской одежде

Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия

Как слышать голос Бога

Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ)

Глава 3. Завет мужчины с женщиной

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

 

Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S / D ≤ 1

 

рм = 0,034 + 0,0113vп.ср.

 

Для карбюраторного двигателя, предварительно приняв ход поршня S равным 78 мм, получим значение средней скорости поршня:

при nN= 4500 мин-1

 

/(104 ∙ 3) = 78 ∙ 4500/30000 = 11,7 м/с;

 

при nN = 3200 мин-1

 

/(104 ∙ 3) = 78 ∙ 3200/30000 = 8,32 м/с;

 

при nN = 1000 мин-1

 

/(104 ∙ 3) = 78 ∙ 1000/30000 = 2,6 м/с;

 

тогда

при nN= 4500 мин-1

 

рм = 0,034 + 0,0113 ∙ 11,7 = 0,1662 МПа;

 

при nN = 3200 мин-1

 

рм = 0,034 + 0,0113 ∙ 8,32 = 0,1280 МПа;

 

при nN = 1000 мин-1

 

рм = 0,034 + 0,0113 ∙ 2,6 = 0,0634 МПа.

 

Среднее эффективное давление и механический КПД

 

и

 

при nN= 4500 мин-1

 

1,06848 – 0,1662 = 0,90228 и 0,90228/1,06848 = 0,8445 ;

 

при nN = 3200 мин-1

 

1,17408 – 0,1280 = 1,04606 и 1,04608/1,17408 = 0,8910 ;

 

при nN = 1000 мин-1

 

1,1328 – 0,0634 = 1,0694 и 1,0694/1,1328 = 0,9440 .

 

Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива

 

и :

 

при nN= 4500 мин-1

0,322 ∙ 0,8445 = 0,272 и 3600/43,93 ∙ 0,272 = 301 ;

 

при nN = 3200 мин-1

 

0,350 ∙ 0,8910 = 0,312 и 3600/43,93 ∙ 0,312 = 263 ;

 

при nN = 1000 мин-1

 

0,344 ∙ 0,9440 = 0,323 и 3600/43,93 ∙ 0,323 = 254 .

 

Параметры Индикаторные и эффективные параметры двигателя
n
pi′ 1,180 1,223 1,113
pi 1,1328 1,17408 1,06848
0,344 0,350 0,322
gi
vс.пр 2,6 8,32 11,7
рм 0,0634 0,1280 0,1662
pe 1,0694 1,04606 0,90228
0,9440 0,8910 0,8445
0,323 0,312 0,272
ge

 

 

1.7. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЦИЛИНДРА И ДВИГАТЕЛЯ

 

Литраж карбюраторного двигателя

 

30 ∙ 4 ∙ 60/(0,90228 ∙ 4500) = 1,773 л.

 

Рабочий объём одного цилиндра карбюраторного двигателя

 

1,773/4 = 0,4433 л.

 

Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительно был принят S = 78 мм для карбюраторного двигателя, то

 

 

Окончательно принимается для карбюраторного двигателя D = 85,1 мм и S = 78 мм

Основные параметры и показатели двигателей определяются по окончательно принятым значениям D и S:

 

площадь поршня

 

литраж двигателя

 

мощность двигателя

 

литровая мощность двигателя

 

крутящий момент

 

часовой расход топлива

 

Параметры Основные параметры и показатели двигателя
n, мин
Fп, см2 56,85
Vл, л 1,77
Nл, кВт/л 33,84
Ne, кВт 15,77 49,37 59,89
Me, H⋅м 150,67 147,40 127,15
Gt, кг/ч 4,15 12,54 18,03
 
         

 

1.8. ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ

 

Индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя (см. рис. 1.4) построена для номинального режима работы двигателя, т.е. при Ne= 60 кВт и n = 4500 мин-1, аналитическим методом.

Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня MS= l мм в мм; масштаб давлений Mp= = 0,05 МПа в мм.

Величины в приведённом масштабе, соответствующие рабочему объёму цилиндра и объёму камеры сгорания (см. рис. 1.4):

 

AB = S /MS= 78 /1,0 = 78 мм; OA = AB /(ε −1) = 78 /(8,2 −1) = 10,83 мм.

 

Максимальная высота диаграммы (точка z)

pz/Mp− 6,76 / 0,05 = 135,2 мм.

Ординаты характерных точек:

 

0,085/0,05 = 1,7 мм; 1,79549/0,05 = 35,91 мм;

 

0,46118/0,05 = 9,22 мм; 0,118/0,05 = 2,36 мм;

 

0,1/0,05 = 2 мм.

 

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:

 

а) политропа сжатия , отсюда

 

 

где OB = OA + AB = 10,83 + 78 = 88,83 мм;

 

б) политропа расширения , отсюда

 

 

Результаты расчёта точек политроп приведены в табл. 1.4.

Скругление индикаторной диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчётов. Так как рассчитываемый двигатель достаточно быстроходный

(n = 4500 мин-1), то фазы газораспределения необходимо устанавливать с учётом получения хорошей очистки цилиндра от отработавших газов и обеспечения дозарядки в пределах, принятых в расчёте. В связи с этим начало открытия впускного клапана

(точка r') устанавливается за 18° до прихода поршня в в.м.т., а закрытие (точка а") – через 60° после прохода поршнем н.м.т.; начало открытия выпускного клапана (точка b′ ) принимается за 55° до прихода поршня в н.м.т., а закрытие (точка а') – через 25° после прохода поршнем в.м.т. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания θ принимается равным 35°, а продолжительность периода задержки воспламенения –

Δ 1 = 5° .

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения зажигания определяют положение точек r′, a′, a′′, c′, f и b′ по формуле для перемещения поршня

 

 

где λ – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Таблица 1.4

№ точек   ОХ, мм   Политропа сжатия Политропа расширеня
  мм   МПа   мм МПа
10,2 8,71 19,65 33,41 1,67 (точ- ка с) 14,80 136,46 6,82 (точ- ка z)
8,08 17,73 30,14 1,51 13,48 124,29 6,21
12,5 7,11 14,87 25,28 1,26 11,50 106,03 5,30
17,4 5,11 9,44 16,05 0,80 7,62 70,26 3,51
22,4 3,97 6,67 11,34 0,58 5,56 51,26 2,56
29,5 3,01 4,56 7,75 0,39 3,94 36,33 1,82
44,3 2,01 2,61 4,44 0,22 2,38 21,94 1,10
58,8 1,51 1,76 2,99 0,15 1,67 15,40 0,77
86,76 1,02 1,03 1,75 0,09 1,03 9,50 0,48
          точ- ка a     точ- ка b

 

Выбор величины λ производится при проведении динамического расчёта, а при построении индикаторной диаграммы предварительно принимается λ = 0,285.

Расчёты ординат точек r', a', a", c', f и b' сведены в табл. 1.5.

Положение точки с′′ определяется из выражения

 

1,20 ∙ 1,79549 = 2,155 МПа;

 

2,155/0,05 = 43,1 мм.

 

Действительное давление сгорания

 

0,85 ∙ 6,33237 = 5,38 МПа;

 

5,38/0,05 = 107,6 мм.

 

Таблица 1.5

Обозначение точек Положение точек Расстояние точек от в.м.т., (АХ), мм
r' 18° до в.м.т 0,0655 2,6
a' 25° после в.м.т. 0,1223 4,8
a'’ 60° после в.м.т 0,6069 62,5
c' 35° до в.м.т. 0,2313 9,0
f 30° до в.м.т. 0,1697 6,6
b' 55° до в.м.т. 1,6667 65,0

 

Для упрощения расчётов можно принять, что максимальное давление сгорания достигается через – 10º после в.м.т.

Соединяя плавными кривыми точки rca′c′cc′′ и далее с Zdи кривой расширения b′ c b′′ и линией выпуска b′′r′r, получим скруглённую действительную индикаторную диаграмму ra′ac′fc′′Zdb′b′′r.

 

 

1.9. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ

 

Общее количество теплоты, введённой в двигатели при номинальном скоростном режиме (все данные взяты из теплового расчёта):

• карбюраторный двигатель

при nN= 4500 мин-1

 

Дж/с;

 

Дж/с;

 

при nN = 3200 мин-1

 

Дж/с;

 

при nN = 1000 мин-1

 

Дж/с.

 

Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с:

• карбюраторный двигатель

при nN= 4500 мин-1

 

Дж/с;

 

Дж/с;

 

при nN = 3200 мин-1

 

Дж/с;

 

при nN = 1000 мин-1

 

Дж/с.

 

Теплота, передаваемая охлаждающей среде:

• карбюраторный двигатель

при nN= 4500 мин-1

 

Qв = 0,5 · 4 · 8,211+2∙0,65 · 45000,65 · (43 930 – 4333) / (0,93 · 43 930) = 58051 Дж/с;

 

при nN = 3200 мин-1

 

Qв = 0,5 · 4 · 8,211+2∙0,65 · 32000,65 · (43 930 – 4333) / (0,93 · 43 930) = 46512 Дж/с;

 

при nN = 1000 мин-1

 

Qв = 0,5 · 4 · 8,211+2∙0,65 · 10000,65 · (43 930 – 4333) / (0,93 · 43 930) = 21899 Дж/с.

 

Теплота, унесённая с отработавшими газами:

• карбюраторный двигатель

при nN= 4500 мин-1

Qr= (18,03/3,6) · {0,52385 · [24,0037 + 8,315] · 1083 –

– 0,489 · [21,848 + 8,315] · 20} = 90352 Дж/с;

 

при nN = 3200 мин-1

 

Qr= (12,54/3,6) · {0,52385 · [23,87 + 8,315] · 1056 –

– 0,489 · [21,856 + 8,315] · 20} = 60985 Дж/с;

 

при nN = 1000 мин-1

 

Qr= (4,15/3,6) · {0,4952 · [24,051 + 8,315] · 966 –

– 0,453 · [21,869 + 8,315] · 20} = 17533 Дж/с.

 

Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива:

• карбюраторный двигатель

при nN= 4500 мин-1

 

Qн.с = 4333 · 18,03/3,6 = 21701 Дж/с;

 

при nN = 3200 мин-1

 

Qн.с = 4333 · 12,54/3,6 = 15093 Дж/с;

 

при nN = 1000 мин-1

 

Qн.с = 8665 · 4,15/3,6 = 9989 Дж/с.

 

Неучтённые потери теплоты:

• карбюраторный двигатель

 

Дж/с;

 

Дж/с;

 

Составляющие теплового баланса карбюраторного двигателя.

 

Составляющие теплового баланса Частота вращения двигателя
Q1, Дж/с g1, % Q1, Дж/с g1, % Q1, Дж/с g1, %
Теплота, эквивалентная эффективной работе      
Теплота, передаваемая окружающей среде      
Теплота, унесенная с отработавшими газами      
Теплота, потеренная из-за химической неполноты сгорания топлива      
Неучтённые потери теплоты -14549   -18937   -9978  
Общее количество теплоты, введённой в двигатель с топливом      

 

Из таблицы видно, что основная часть теплоты топлива расходуется на эффективную работу, нагрев охлаждающей среды и потери с отработавшими газами.

 

 

1.10. КИНЕМАТИКА РАСЧЁТА КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ

 

Величины инерционных усилий, действующих в двигателе, зависят от размеров кривошипно-шатунного механизма и их соотношений.

Установлено, что с уменьшением λ = R / Lш (за счёт увеличения Lш ) происходит снижение инерционных и нормальных сил, но при этом увеличивается высота двигателя и его масса. В связи с этим в автомобильных и тракторных двигателях принимают λ =

= 0,23...0,30.

Для двигателей с малым диаметром отношение R / Lш выбирают с таким расчётом, чтобы избежать задевания шатуна за нижнюю кромку цилиндра.

Минимальную длину шатуна и максимально допустимое значение λ без задевания шатуна за кромку цилиндра определяют следующим образом (рис. 1.5): на вертикальной оси цилиндра наносят центр коленчатого вала О, из которого радиусом R = S / 2 проводят окружность вращения центра шатунной шейки. Далее, пользуясь конструктивными размерами элементов коленчатого вала, из точки В (центр кривошипа, находящихся в н.м.т.) радиусом rш. ш проводят окружность шатунной шейки, из центра О радиусом r1 – вторую окружность вращения крайней точки щеки или противовеса.

Выбор λ и длины Lшшатуна.В целях уменьшения высоты двигателя без значительного увеличения инерционных и нормальных сил отношение радиуса кривошипа к длине шатуна предварительно было принято в тепловом расчёте λ = 0,285. При этих условиях Lш = R/λ = 39/0,285 = 136,8 мм.

 

 

Рис. 1.5. Схема кривошипно-шатунного механизма

megapredmet.ru