Показатели двигателя


Показатели работы автомобильного двигателя.

Поиск Лекций

Мощность, развиваемую газами внутри цилиндров двигателя, называют индикаторной, а мощность, получаемую на коленчатом валу двигателя, эффективной. Эффективная мощность меньше индикаторной на величину потери мощности на трение и приведение в действие кривошипно - шатунного механизма и механизма газораспределения, вентилятора, жидкостного, масляного и топливного насосов, генератора тока и других вспомогательных механизмов.

Эффективную мощность двигателя (кВт) определяют по формуле:

Nе = Mе * n / 9550

где Me - крутящий момент, определяемый при испытании двигателя на тормозной установке (электрической или гидравлической), Н ° м;

n - частота вращения коленчатого вала, определяемая по счетчику оборотов, мин-1 (см. рис. 2.7).

Крутящий момент и эффективная мощность тем больше, чем больше рабочий объем двигателя (диаметр и число цилиндров, ход поршня) и чем выше наполнение цилиндров горючей смесью (или воздухом) и степень сжатия.

Эффективная мощность дизеля зависит также от частоты вращения коленчатого вала, количества впрыскиваемого топлива и момента начала впрыскивания.

Мощность карбюраторного и газового двигателей также зависит от частоты вращения коленчатого вала, состава горючей смеси и момента искрового разряда между электродами свечи.

Механическим коэффициентом полезного действия (КПД) двигателя называют отношение эффективной мощности к индикаторной. Он тем больше, чем меньше потери на трение и на приведение в действие вспомогательных механизмов двигателя. Механический КПД достигает 0,70 - 0,90.

Литровая мощность (кВт/л) - отношение максимальной эффективной мощности двигателя к его рабочему объему(литражу)

Nл=Ne / iVh

Где i - число цилиндров,

Vh - рабочий объем одного цилиндра, л.

Повышают литровую мощность увеличением частоты вращения коленчатого вала и применением наддува.

Так как у дизеля в режиме максимальной мощности частота вращения коленчатого вала намного меньше, а состав смеси беднее, чем у карбюраторного или газового двигателя, то и литровая мощность его составляет не более 20 – 25 кВт/л, тогда как у бензиновых и газовых двигателей она достигает 20 - 50 кВт/л (большее значение - для легковых автомобилей). Объясняется это тем, что у дизеля больше масса поршня и других деталей кривошипно - шатунного механизма, совершающих возвратно - поступательное движение. Поэтому, чтобы предотвратить чрезмерное возрастание сил инерции этих деталей, частоту вращения коленчатого вала дизеля в режиме максимальной мощности ограничивают существенно меньшими значениями. Более бедные составы смесей, сжигаемых в дизелях, обусловлены малым временем, отводимым на процессы смесеобразования (порядка 0,002 - 0,004 с).

Удельный эффективный расход топлива (г/ кВт•ч) – количество топлива в граммах, расходуемого двигателем на получение в течение 1 ч эффективной мощности в 1 кВт:

ge = 1000*Gr / Ne

где ge - удельный эффективный расход топлива, г/(кВт•ч),

Gт - часовой расход топлива, кг/ч.

Таким образом, удельный эффективный расход топлива является показателем экономичности двигателя. В технической характеристике двигателя обычно указывают минимальный удельный расход топлива при работе двигателя по внешней скоростной характеристике, который составляет для дизелей 200 - 230 г/(кВт•ч), а для карбюраторных двигателей - 245 - 305 г/( кВт•ч).

Внешняя скоростная характеристика двигателя - графическая зависимость основных показателей его работы (мощности, крутящего момента, часового и удельного расходов топлива) от частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива насосом дизеля или полном открытии дроссельной заслонки карбюратора (карбюратора-смесителя в газовом двигателе).

Эта характеристика получается экспериментальным путем при испытаниях новых двигателей (после их обкатки) на специальных тормозных установках и показывает наибольшие значения Me и Ne при каждой частоте вращения коленчатого вала и соответствующие им значения Gт и gе

На рис. 2.7 приведена внешняя скоростная характеристика дизеля КамАЗ-740, из которой следует, что его максимальная мощность равна 154,4 кВт при частоте вращения 2500 мин-1. Максимальный крутящий момент равен 637 Н * м при 1000 - 1800 мин-1 Минимальный удельный эффективный расход топлива составляет 224 г/(кВт•ч).

Контрольные вопросы:

1. Что такое рабочий цикл двигателя?

2. Что такое индикаторная диаграмма?

3. Краткая характеристика тактов карбюраторного двигатуля.

4. Краткая характеристика тактов дизельного двигателя.

5. Преимущества и недостатки двухтактных и четырехтактных двигателей.

6. Преимущества и недостатки дизельных и карбюраторных двигателей.

7. Способы повышения мощности ДВС.

8. Преимущества и недостатки турбоннаддува

9. Преимущества и недостатки приводных нагнетателей.

10. Преимущества и недостатки волновых обменников.

11. Преимущества и недостатки комбинированного наддува.

12. Что такое внешняя скоростная характеристика ДВС.

13. Как рассчитывается эффективная мощность двигателя?

14. Что называется механическим КПД двигателя?

15. Что такое «литровая мощность» двигателя?

16. Что такое минимальный удельный эффективный расход топлива?

poisk-ru.ru

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

Показатели двигателей.

Работу двигателей оценивают по следу­ющим показателям: эксплуатационной мощности , частоте вращения и крутящему моменту Мк, часовому и удельному эксплуатационным расходам топлива , а также по их токсичности.

Основной показатель — мощность. Возможная производительность трак­торного агрегата равна произведению ширины захвата на скорость: Так какВпропорциональна сопротив­лению агрегата: , то можно за­писать: (знак «=» означает в данном случае пропорционально). По­скольку , то от­сюда вывод: , "т. е. производи­тельность агрегата пропорциональна мощности, развиваемой двигателем.

Также можно доказать, что расход топ­лива на гектар пропорционален удельно­му эксплуатационному расходу топлива:

Режимы работы дви­гателей.При работе автотракторных двигателей можно выделить нагрузоч­ные, скоростные, тепловые и другие ре­жимы. Нагрузочные режимы характе­ризуют изменение во времени момен­тов сопротивления и мощности, скоро­стные — изменение частоты вращения, тепловые — изменение температуры двигателя и т. д.

По характеру изменения процессы делят настационарные и нестационар­ные. Первые могут иметь стабильную величину — стационарные установив­шиеся или колебательный характер — стационарные неустановившиеся, ког­да при колебательном характере значе­ние среднего момента сопротивления постоянно. Нестационарные процессы характеризуются резким изменением режима нагрузки: разгон агрегата, об­гон, движение на уклоне (подъем, спуск), торможение и т. д.

По величине нагружения режимы работы характеризуются коэффициен­том загрузки — отношением развивае­мой мощности к номинальной, момен­та сопротивления к номинальному мо­менту двигателя:

Чем больше коэффициент загрузки, тем лучше загружен двигатель, тем больше отбираемая от него мощность, тем лучше его экономичность. Задача техника-механика: обеспечить работу двигателя с максимально возможным коэффициентом загрузки.

Большую часть времени работа тракторных двигателей происходит при стационарной неустановившейся на­грузке с высоким коэффициентом заг­рузки 0,7... 1. Для автомобильных дви­гателей колебательный характер на­грузки менее выражен. Загрузка состав­ляет 0,4...0,6 номинальной. Полная мощность автомобильного двигателя тре­буется при разгоне, обгоне, движении на подъем и по бездорожью. Наиболее тяжелым режимом для всех машин и их двигателей является процесс разгона.

Надежность двигателя.Понятие «на­дежность» определяет срок службы двига­теля. Оно включает много направлений: долговечность, которая определяется выдерживанием высокой теплонапряженности и износостойкостью; мини­мум отказов в работе, минимум точек технического обслуживания (ТО), мини­мум затрат времени на проведение ТО.

Теплонапряженность характеризует способность двигателя длительное вре­мя работать при полной нагрузке, т. е. при полной подаче топлива. Трактор­ные двигатели рассчитаны на такой ре­жим, автомобильные менее неприхот­ливы, так как средняя их загрузка в 1,5...2 раза меньше.

Износостойкость во многом зависит от технологии изготовления, начиная от выбора применяемых сталей и дру­гих материалов до современных мето­дов обработки деталей. Однако очень многое зависит от эксплуатационни­ков: своевременность и полнота прове­дения операций ТО, применение сма­зочных материалов и топлива в соот­ветствии с инструкцией, выбор режима нагружения и комплектования машин­но-тракторных агрегатов (МТА), под­держание технических условий эксплу­атации (температура охлаждающей жидкости, уровень масла в поддоне, точность регулировок и т. д.).

Соответствие экологическим требова­ниям. Всовременном мире требования экологии ДВС выходят на одно из пер­вых мест по предъявляемым требовани­ям. Во-первых, это жесткие нормы по токсичности выбросов (отработавших газов), во-вторых это шумность двига­теля. Требования по токсичности более подробно рассмотрены в главе 3.

Шумность определяется звуком, со­провождающим выброс отработавших газов, а также вибрациями, которые сопутствуют работе двигателя. Шум­ность оценивают по уровню шума, ко­торый должен быть: в кабине автомо­биля не более 80 дБ, в кабине тракто­ра — не более 85 дБ. На расстоянии 1 м от двигателя с открытым капотом уро­вень шума не должен превышать 100 дБ. Пока этим требованиям соот­ветствуют далеко не все отечественные машины.

Упрощение технического обслужива­ния.Одна из целевых задач в развитии ДВС — двигатель вообще не должен требовать технического обслуживания (также как трактор и автомобиль в це­лом). Поэтому в новых моделях все на­правлено на уменьшение времени, зат­рачиваемого на выполнение ТО, а именно: снижают число точек проведе­ния регулировочных работ, заправки смазочными материалами и другими техническими жидкостями; заменяют ручное смазывание централизованным; вводят автоматическую регулировку за­зоров (например, клапанов).

Переход на двигатели с впрыском бензина и электронным управлением привел к повышению значимости по­стоянного диагностирования техничес­кого состояния ДВС электроникой, что позволяет на ранних стадиях «болезни» двигателя провести мероприятия, обес­печивающие безотказную работу в те­чение всего срока службы.

Вопросы выходного контроля:

1. По каким признакам классифицируют двигатели?

2. Перечис­лите механизмы и системы, из которых состоит двигатель.

3. Что называют степенью сжатия, ра­бочим объемом цилиндра, рабочим объемом двигателя? 4. Что такое рабочий цикл? Как он осуществляется в четырехтактном карбюратор­ном двигателе?

5. Как происходит рабочий цикл в четырехтактном дизеле?

6. Назовите порядок работы цилиндров рядного четырехцилиндрового двигате­ля.

 

Домашнее задание:И.П.Ксеневич «Трактор МТЗ-80 и его модификации», с 15-26.

 

Похожие статьи:

poznayka.org

Effect

Эффективные показатели двигателя

Эффективными показателями называют величины, характеризующие работу двигателя, снимаемые с его вала и полезно используемые.

Полезная или эффективная работа за один цикл

Le=Li-LМП,

где LМП–работа механических потерь.

Среднее эффективное давление Ре представляет собой отношение эффективной работы на валу двигателя к единице рабочего объема

или Ре= Рi-РМП

С ростом Реулучшаются условия использования рабочего объема цилиндра, что дает возможность создавать более легкие и компактные двигатели. Длительное время при создании автотракторных двигателей отмечалась тенденция к постоянному росту Ре. Однако в последнее время тенденции резко изменились в связи с постоянно растущими требованиями к токсичности отработавших газов. Поэтому для современных ДВС характерно сохранение или даже некоторое снижение Репри резком улучшении экологических показателей за счет лучшей организации рабочего процесса и совершенства конструкции систем питания.

Полезная работа, полученная на валу двигателя в единицу времени называется эффективной мощностью

Ne=Ni-NМП=

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

Чем выше литровая мощность, тем меньше рабочий объем и соответственно меньшие габариты и массу имеет двигатель при одинаковой номинальной мощности.

По литровой мощности ДВС оценивают степень его форсированности. Двигатели, имеющие высокие значения Nл, называют форсированными.

Эффективный удельный расход топлива ge и эффективный КПД ηeхарактеризуют экономичность работы двигателя

Эффективный КПД ηeпредставляет собой отношение количества теплоты, эквивалентной эффективной работе ко всей подведенной с топливом теплоте и характеризует степень использования теплоты с учетом всех потерь.

Для двигателей, работающих на жидком топливе:

на газовом

Если ηeучитывает относительную экономичность, то эффективный удельный расход топливаgeоценивает расход топлива на единицу полученной мощности в 1 час.

При известных значениях ge,Hu, ηe

Для двигателей, работающих на газовом топливе

В газовых двигателях оценку экономичности удобнее производить по удельному расходу теплоты, мДЖ/кВт ч

Механические потери удобнее выражать не в абсолютных, а в относительных единицах. Для этого вводят понятие механический КПД, который представляет собой отношение эффективных показателей к индикаторным

или

Связь между эффективным и механическим КПД

Влияние различных факторов на эффективные показатели двига­теля. Значение каждого из эффективных показателей определяется соответствующим индикаторным показателем и механическим КПД. Пути увеличения Рi и ηi рассмотрены ранее. Среднее давление механических потерь РМП можно уменьшить за счет:

-правильного выбора теплового режима работы двигателя и поддержания этого режима в процессе эксплуатации;

-оптимального конструирования двигателя и его агрегатов. Правильный выбор конструкции и размеров впускной и выпуск­ной систем делает минимальными потери на газообмен. В эксплу­атации сопротивления систем не должны изменяться. Поверхности трущихся пар сводятся к целесообразному минимуму, при котором обеспечивается надежное жидкостное трение, а силы трения имеют малые значения. К минимуму сводится также количество поршне­вых колец. Выбор жесткости и формы деталей, соблюдение тех­нических условий при их изготовлении также важны для достижения надежного жидкостного трения и минимальных механических по­терь. Существенное значение имеет оптимизация конструкции, раз­меров и частоты вращения таких вспомогательных механизмов, как вентилятор, водяной и масляный насосы;

-рационального выбора материалов и технологии изготовления деталей, что улучшает смазку трущихся пар и снижет потери на трение;

-правильного выбора смазочного масла. При этом стремятся использовать масло с минимальной вязкостью, при которой обес­печиваются надежное жидкостное трение, длительная работа всех узлов двигателя при максимально возможных сроках смены и ми­нимальном угаре масла;

-использования в дизелях однополостных камер сгорания вме­сто разделенных. Этим достигается снижение механических потерь в результате исключения потерь на перетекание заряда.

Уменьшения РНАД добиваются оптимизацией типа, размеров, ча­стоты вращения и характеристик компрессора под заданные расход газа и степень повышения давления. Под оптимизацией здесь пони­мают достижение максимально возможного значения КПД компрессора во всем диапазоне режимов работы двигателя. Уменьшение затрат на при­вод компрессора, особенно на режимах малых нагрузок, можно обеспечить, используя перепуск воздуха или снижая частоту враще­ния компрессора, соединенного с двигателем при помощи регулиру­емой механической передачи. При применении наддува, особенно газотурбинного, механический КПД возрастает вследствие того,что РМП увеличивается в меньшей степени, чем Рi. Поэтому Pе повы­шается в большей степени, чем Pi. В результате увеличения ηм эффек­тивный КПД повышается, даже когда при наддуве имеет место небольшое уменьшение Pi.

Важное значение при газотурбинном наддуве имеет КПД газо­турбокомпрессора. При его увеличении достигается снижение по­терь на газообмен.

Уменьшение ηм при снижении нагрузки объясняется тем, что РМП мало изменяется с уменьшением нагрузки, a Pi падает. Особенно резко ηм снижается в двигателях с искровым зажиганием, что связано с увеличением потерь на газообмен. При холостом ходе двигателя Pi=PМП и ηм = 0. С ростом частоты вращения ηм уменьшается в связи с увеличением РМП

Характер изменения основных индикаторных и эффективных показателей в зависимости от п приведен на рис. Так как при увеличении частоты вращения ηм снижается, то максимальные зна­чения Ре и ηе имеют место при п, меньших тех, при которых достигаются максимальные значения Pi и ηi

Рис. . Зависимость индикаторных, эффективных показателей и параметров, харак­теризующих механические потери двигателя, от частоты вращения

Связь между эффективной мощностью и параметрами рабочего процесса определяется из выражений

Из данного уравнения видно, что мощность двигателя может быть повышена за счет:

-увеличения рабочего объема цилиндра и количества цилиндров

-увеличения частоты вращения коленчатого вала.

-переход с четырехтактного на двухтактный цикл;

-увеличение плотности заряда улучшение наполняемости (наддув, улучшение организации газообмена, снижение сопротивлений на впуске и выпуске)

-повышение ηi за счет совершенствования процесса сгорания и сокращения потерь теплоты в течение сжатия и расширения.

-повышение ηм за счет снижения механических потерь

Связь между литровой мощностью и параметрами рабочего процесса определяется из выражений

Комплекс технических мероприятий, способствующих повыше­нию литровой мощности, называют форсированием двигателя.

Из выражения следует, что на значение литровой мощ­ности двигателя, оценивающей уровень форсирования двигателя, влияют Ре (Pi,ηм), п (на номинальном режиме) и τ.

Увеличение литровой мощности посредством повышения п ши­роко используется в двигателях с искровым зажиганием, для со­временных моделей которых п достигает 6500 мин -1 и выше.

Дизели грузовых автомобилей, как правило, имеют номиналь­ную частоту вращения, не превышающую 2600 мин -1.

По этой причине литровая мощность дизелей без наддува нахо­дится в пределах от 12 до 15 кВт/л и существенно уступает анало­гичному показателю двигателей с искровым зажиганием, имеющим Nл=20...50 кВт/л.

Однако в настоящее время в ряде конструкций дизелей легковых автомобилей трудности форсирования их по частоте вращения за счет внедрения электронной системы управления топливоподачей уда­ется преодолеть. Появляется все большее количество дизелей с но­минальной частотой вращения 4500...5500 мин -1 и литровой мощностью до 30 кВт/л и выше.

Для дизелей форсирование по частоте вращения менее характер­но, чем для двигателей с искровым зажиганием, для которых этот способ повышения литровой мощности является одним из основ­ных.

Как следует из анализа зависимости, при переходе с четы­рехтактного рабочего цикла на двухтактный литровая мощность должна увеличиваться в два раза.

В действительности же Nл возрастает всего лишь в 1,5...1,7 раза, что является следствием использования части хода поршня на ор­ганизацию процессов газообмена, снижения качества очистки и на­полнения цилиндров, а также в результате дополнительных затрат энергии на привод продувочного насоса.

Большая (на 50...70 %) литровая мощность — существенное до­стоинство двухтактного двигателя. Однако недоиспользование ча­сти рабочего объема цилиндра для получения индикаторной работы приводит к тому, что они имеют заметно худшие удельные показа­тели, чем аналогичные четырехтактные двигатели.

К недостаткам двухтактных ДВС следует отнести сравнительно большую тепловую напряженность элементов цилиндропоршневой группы из-за более кратковременного протекания процессов газооб­мена и, следовательно, меньшего теплоотвода от деталей, формиру­ющих камеру сгорания, а также большего теплоподвода к ним в единицу времени, что объясняется вдвое меньшим периодом следования процессов сгорания.

Большим недостатком двухтактных карбюраторных двигателей является потеря части горючей смеси в период продувки цилиндра, что значительно снижает их экономичность.

Следует отметить дополнительно, что в двухтактных двигателях отсутствуют насосные потери, но имеются потери на привод компрессора, используемого для осуществления продувки, очистки и наполнения двигателя. В двухтактных двигателях мень­ше, чем в четырехтактных, потери на трение, обусловленные силами инерции, так как отсутствуют вспомогательные такты, но меньше также и значение среднего индикаторного давления. На величину ηм в большей степени влияют меньшие значения Pi и потери на привод компрессора.

Поэтому ηм двухтактных двигателей в среднем несколько ниже, чем четырехтактных. Это наряду со снижением Pi оказывает влияние на степень увеличения литровой мощности при переходе с четы­рехтактного цикла на двухтактный. Литровая мощность двигателей с искровым зажиганием, как правило, выше, чем у дизелей, в связи с большим значением номинальной частоты вращения, а при срав­нении двигателей без наддува — и большим значением Ре.

Особое место в ряду мероприятий, направленных на повышение литровой мощности, занимает форсирование двигателей по средне­му эффективному давлению Ре.

На практике существенного увеличения Ре удается достигнуть лишь за счет ввода в рабочий цикл большего количества теплоты. Необходимая для этого подача в цилиндр большего количества топлива требует для его полного сжигания и большего количества окислителя. На практике это реализуется путем увеличения количе­ства свежего заряда, нагнетаемого в цилиндр двигателя под давле­нием.

Этот способ носит название наддува двигателя. При этом Ре воз­растает практически пропорционально увеличению плотности све­жего заряда.

На рис. изображена схема двигателя с наддувом и механичес­ким приводом компрессора от коленчатого вала. Одним из недо­статков такой системы наддува является снижение экономичности двигателя, обусловленное необходимостью затрат энергии на при­вод компрессора.

Наибольшее распространение в практике современного двигателестроения получил газотурбинный наддув, схема которого приведе­на на рис. 1.10.

Здесь для привода центробежного компрессора 1 используется энергия ОГ, срабатываемая в газовой турбине 2, конструктивно объединенной с компрессором в единый агрегат, который называют турбокомпрессором (ТК).

Поскольку при газотурбинном наддуве отсутствует механичес­кая связь агрегата наддува с коленчатым валом двигателя, примене­ние ТК заметно ухудшает приемистость двигателя. Это связано с инерционностью системы роторов ТК, а также с уменьшением энергии отработавших газов при малых нагрузках, в связи с чем, особенно в начале разгона, не обеспечивается подача в цилиндр нужного количества свежего заряда. Для преодоления этих недо­статков нередко возникает необходимость использования комбини­рованного наддува. Система комбинированного наддува выполняет­ся в различных конструктивных вариантах и обычно представляет собой определенные комбинации одновременного использования и приводного и турбокомпрессоров.

При динамическом наддуве для повышения плотности свежего заряда, подаваемого в цилиндры двигателя, используются коле­бательные явления в системах газообмена (пульсации РТ в системе впуска и выпуска), являющиеся результатом цикличности следова­ния этих процессов в цилиндре.

Если, например, задать впускному тракту такие конструктивные параметры (в основном длину и площадь проходного сечения), чтобы перед закрытием впускного клапана около него была волна сжатия, то масса поступающего в цилиндр заряда увеличивается.

Рис. Схемы наддува двигателя с приводным компрессором и турбонаддува

Аналогичный эффект можно получить, «настроив» выпускной трубопровод так, чтобы в конце выпуска вблизи выпускного клапа­на была волна разрежения. В результате этого улучшится очистка цилиндров и в него поступит большее количество свежего заряда.

При правильном выборе геометрических параметров систем га­зообмена в отдельных случаях с помощью динамического наддува становится возможным увеличить эффективную мощность двига­теля на 5... 10%.

При использовании наддува увеличивается механическая и теп­ловая напряженность элементов, формирующих камеру сгорания, что является одним из основных факторов, ограничивающих воз­можное увеличение плотности свежего заряда, поступающего в ци­линдр. Поэтому при конструировании двигателей с наддувом и вы­боре давления на выходе из компрессора Рк необходимо учитывать возможные последствия роста механических и тепловых нагрузок на его элементы.

Применение наддува в двигателях с искровым зажиганием тре­бует принятия специальных мер по предотвращению нарушения процесса сгорания, называемого детонацией. Это обстоятельство, а также более высокая тепловая напряженность лопаток турбины из-за большей температуры ОГ существенно услож­няют практические возможности использования наддува в двига­телях данного типа.

9

studfiles.net

Энергетические и экономические показатели работы двигателя

Энергетические и экономические показатели работы ДВС



Действительная индикаторная диаграмма

Полезная работа, которую совершает поршень при перемещении внутри цилиндра, получается в результате частичного преобразования теплоты при сгорании топлива. Эту работу называют индикаторной. Индикаторная работа соответствует площади, заключенной между кривой сжатия и кривой расширения на индикаторной диаграмме (рис. 1). Площадь на индикаторной диаграмме, заключенная между кривыми впуска и выпуска, соответствует работе, затраченной на процесс газообмена (насосные ходы поршня). Как известно, точки с и z', полученные на расчетной индикаторной диаграмме, не соответствуют реально протекающим процессам сжатия и сгорания. В результате предварительного открытия клапанов и запаздывания их закрытия относительно ВМТ и НМТ поршня часть площади, соответствующей индикаторной работе, выпадает из индикаторной диаграммы (пунктирная линия b'bb”).

В результате площадь действительной индикаторной работы (сплошные линии) оказывается меньше расчетной (штриховые линии). Для получения действительной индикаторной диаграммы используют коэффициент скругления φi. Значения коэффициента скругления в зависимости от типа четырехтактного двигателя могут принимать значения от 0,92 до 0,97.

***

Индикаторные показатели

Индикаторными показателями называют показатели, характеризующие работу, совершаемую газами в цилиндре двигателя. Эти показатели определяют эффективность использования рабочего объема двигателя и степень преобразования выделяемой теплоты в полезную работу внутри цилиндров. К индикаторным показателям относятся:

  • индикаторная мощность Ni;
  • среднее индикаторное давление pi;
  • индикаторный КПД ηi;
  • удельный индикаторный расход топлива gi.
Среднее индикаторное давление

Среднее индикаторное давление – это условное постоянное по величине избыточное давление, которое, действуя на поршень в течение одного хода, совершает работу, равную работе газов за весь цикл:

Li = piFS = piVh      (1),

где Li – работа газов за один цикл в одном цилиндре двигателя; pi – среднее индикаторное давление; F – площадь поршня; S – ход поршня; Vh – рабочий объем цилиндра.

Тогда можно записать:

pi = Li/Vh      (2),

Т. е. среднее индикаторное давление численно равно работе газов за цикл, отнесенной к единице рабочего объема. Таким образом, этот показатель оценивает степень эффективности использования объема цилиндра.

Значения pi могут быть получены расчетным путем или по индикаторным диаграммам. При расчете используют параметры характерных точек расчетных циклов. При этом работа расчетного цикла может быть выражена как разность работ расширения и сжатия:

Li’ = L’yz + L’zb - L’ac      (3),

где L’yz + L’zb - индикаторная работа расширения расчетного цикла двигателя, L’ac – работа сжатия.

Так как работа (и среднее индикаторное давление) действительных циклов на самом деле меньше, чем расчетных циклов, то с учетом коэффициента скругления φi индикаторной диаграммы:

Li = Li’φi,     pi = pi’φi.

С помощью индикаторной диаграммы можно найти среднее индикаторное давление, обозначив индикаторную работу через площадь Fi:

pi = Fi/mрl,

где mр – масштаб диаграммы по оси ординат; l – длина диаграммы по оси абсцисс.

Индикаторная мощность

Индикаторная мощность Ni – это мощность, которая развивается газами внутри цилиндра. В общем случае мощность – это скорость выполнения работы, т. е. работа, совершаемая в единицу времени. Работа газов в цилиндрах двигателя за 1 мин рассчитывается по формуле:

Li = piVh(2π/τ)i      (4),

где n – частота вращения коленчатого вала; τ – число тактов; i – число цилиндров.

Тогда работа, совершаемая газами за 1 сек, т. е. индикаторная мощность будет равна:

Ni = piVhni/(30τ)      (5).

Индикаторный КПД

Индикаторный КПД ηi – это отношение теплоты, преобразованной в индикаторную работу Qi к общему количеству теплоты затраченного топлива Q1:

ηi = Qi/Q1 = Li/GтцHи      (6),

где Gтц– цикловая подача топлива; Hи – низшая теплотворная способность топлива.

Индикаторные КПД характеризует экономичность действительного цикла. Он всегда меньше термодинамического КПД вследствие дополнительных потерь в действительном цикле, которые не учитываются при определении ηi. К таким потерям относятся теплоотдача в стенки цилиндра, потери на неполноту и несвоевременность сгорания топлива, на диссоциацию (распад) продуктов сгорания.

Для оценки степени уменьшения использования теплоты в действительном цикле по сравнению с термодинамическим циклом используют относительный КПД ηo:

ηо = ηi/ηt.

Индикаторный удельный расход топлива

Другим показателем, характеризующим экономичность действительного цикла, является индикаторный удельный расход топлива gi:

gi = 103Gт/Ni      (7),

где Gт – часовой расход топлива.

Удельный индикаторный расход топлива и индикаторный КПД связаны между собой отношением:

gi = 3600/(ηiHи)      (8).

Из уравнения (6) получим:

Li = HиGтцηi/Vh      (9).

Подставив это выражение в уравнение (2), получим:

pi = HиGтцηi/Vh.

Выразив цикловую подачу топлива в зависимости от цикловой подачи воздуха и коэффициента избытка воздуха, и подставив эти выражения в предыдущее уравнение, получим:

pi = (Hи/lo)(ηi/α)ηvρ      (10).

***



Факторы, влияющие на индикаторные показатели

На индикаторные показатели оказывают влияние следующие факторы:

1. Топливо

Изменение фракционного состава топлива в зависимости от способа смесеобразования приводит к ухудшению или улучшению индикаторных показателей.

2. Состав смеси

Для дизельных и карбюраторных двигателей состав смеси оказывает различное влияние (рис. 2). У карбюраторного двигателя наибольшее значение индикаторного КПД достигается при α = 1,05…1,1, когда имеет место полное и достаточно быстрое сгорание топлива. У дизелей вследствие недостатков внутреннего смесеобразования топлива полностью сгорает при α = 2,5…4,0, чему способствует наибольшее значение индикаторного КПД. Уменьшение коэффициента избытка воздуха от указанных значений приводит к недогоранию топлива, увеличению тепловых потерь с воздухом, не участвующим в горении.

3. Угол опережения зажигания

С увеличением угла опережения зажигания увеличивается максимальное давление сгорания, «жесткость» работы, потери теплоты в окружающую среду. При позднем зажигании процесс сгорания смещается на процесс расширения, из-за чего падает давление и с ним индикаторная работа. Поэтому КПД снижается при любом отклонении угла опережения зажигания от оптимального.

4.Частота вращения коленчатого вала

Рост частоты вращения коленчатого вала приводит к увеличению индикаторного КПД, поскольку сокращается время цикла и суммарная теплоотдача в стенки цилиндров. Однако при некоторых максимальных значениях частоты вращения коленчатого вала индикаторный КПД падает, так как догорание топлива все более завершается на линии расширения (по индикаторной диаграмме).

5. Нагрузка

У карбюраторных двигателей наибольшие значения индикаторного КПД соответствуют средним нагрузкам при экономичном составе смеси 1,05<α<1,15. У дизелей экономичный состав смеси соответствует 2,5<α<3,5, а диапазон средних нагрузок при максимальном значении индикаторного КПД более широк и составляет 25…45% максимальной нагрузки.

6. Тип камеры сгорания

В случае раздельных камер сгорания индикаторный КПД становится несколько меньше, так как возрастают тепловые и газодинамические потери, однако дизели с такими камерами сгорания имеют меньший период задержки воспламенения, работают бездымно и с допустимой токсичностью при меньших значениях коэффициента α, чем дизели с однополостными камерами сгорания. Поэтому, несмотря на меньшую величину индикаторного КПД, среднее индикаторное давление двигателей с раздельными камерами сгорания не уступает среднему индикаторному давлению двигателей с неразделенной камерой сгорания.

7. Степень сжатия

Степень сжатия влияет на индикаторный КПД также, как и на термодинамический КПД, поэтому при проектировании двигателей стремятся к увеличению степени сжатия. Однако у карбюраторных двигателей увеличение степени сжатия ограничено детонацией. У дизельных двигателей индикаторный КПД при увеличении степени сжатия более некоторых оптимальных значений будет изменяться незначительно.

8. Климатические условия (окружающая среда)

При увеличении температуры окружающей среды и снижении давления уменьшается наполнение цилиндров по массе. При неизменной подаче топлива уменьшается коэффициент избытка воздуха, что ведет к снижению показателей индикаторного КПД и индикаторного давления.

***

Основные термины и определения теплотехники



k-a-t.ru

Индикаторная мощность и эффективная, важные показатели двигателей авто

Основными показателями автомобильного двигателя является его мощность, крутящий момент, количество оборотов коленчатого вала, КПД.

Мощность двигателя

Что касается мощности двигателя, то есть наиболее часто применяемой характеристики двигателя, то следует различать так называемую «индикаторную» мощность и «эффективную» мощность.

Индикаторной называется мощность, которую развивают газы внутри цилиндров, во время работы двигателя, а эффективной является мощность, которая образуется на коленчатом валу двигателя и передается трансмиссии.

Как известно, в автомобильном двигателе за время рабочего цикла, энергия топлива переходит в тепловую энергию, а затем в механическую. Работа по преобразованию одного вида энергии (химической) в другую (тепловую), выполненная за цикл, называется индикаторной работой. В свою очередь, индикаторная работа, выполненная за одну секунду, называется индикаторной мощностью двигателя.

Индикаторная мощность двигателя всегда пропорциональна его литражу, числу оборотов коленвала и среднему индикаторному давлению, то есть такому условному среднему давлению, которое воздействуя на поршень в течение лишь одного такта расширения, может выполнить работу, равную работе газов выполненных за весь цикл. Определяют это давление с помощью специальных приборов, устанавливаемых на двигатель и регистрирующих давление в цилиндрах во время всех четырех циклов работы.

Эффективная мощность двигателя всегда меньше, чем индикаторная. Это связано с механическими потерями в двигателе на трение поршней, шеек коленвала, затратами энергии на работу газораспределительного механизма, генератора, вентилятора охлаждения, топливного и водяного насоса и так далее.

От величины этих потерь зависит механический КПД (коэффициент полезного действия) двигателя. Собственно говоря, КПД определяет соотношение эффективной мощности двигателя к индикаторной. В современных двигателях эта величина может достигать 0,9 и более. Практически эффективную мощность двигателя определяют, как правило, на специальных стендах.

Крутящим моментом или моментом силы называется векторная величина, равная произведению силы, которая вращает коленвал, на радиус кривошипа.

Эффективная мощность двигателя не остается постоянной, а может изменяться в зависимости от оборотов коленвала.

При увеличении оборотов мощность увеличивается, но только до определенного предела. При дальнейшем росте числа оборотов мощность двигателя уменьшается, так как цилиндры не успевают наполняться необходимым количеством горючей смеси, топливо не успевает сгорать полностью, а также возрастают потери на трение деталей. Также, с изменением частоты оборотов коленвала, кроме мощности двигателя изменяются и другие его показатели, такие как крутящий момент и удельный расход топлива (расход топлива за определенный период времени).

Видео: от чего зависит мощность двигателя.

На величину основных показателей автомобильных двигателей влияют и эксплуатационные факторы, такие как техническое состояние самого двигателя, качество применяемого топлива, состояние приборов системы питания и зажигания, а также другие факторы.

Загрузка...

avto-i-avto.ru

Эксплуатационные показатели двигателя - salecar.pro

Эксплуатационные показатели двигателя дают практически полное представление о «характере» двигателя и его «возможностях».

К таким показателям относятся мощность и крутящий момент.

Эти показатели зависят от оборотов двигателя, поэтому их легко представить в графическом виде.

Мощность двигателя – величина, показывающая какую работу он совершает за единицу времени.

Мощность измеряется в кВт или л.с. (h.p.)

1 л.с. = 1 кВт х 0,74

1 кВт = 1 л.с. х 1,36

Чем выше обороты двигателя, тем больше происходит циклов сгорания за единицу времени. Мощность становится больше!

Чаще всего двигатель характеризуют значением максимальной мощности с указанием оборотов двигателя, при которых эта мощность развивается.

Например, 85 кВт при 5700 об/мин

Одна лошадиная сила соответствует перемещению груза массой 75 кг на расстояние 1 м за 1 секунду!!!

После достижения максимального значения мощность начинает падать. Это происходит вследствие значительного повышения механических и аэродинамических потерь.

Крутящий момент определяет силу тяги. Чем он больше, тем лучше разгонная динамика автомобиля. Максимальный крутящий момент двигатель развивает при определённых оборотах.

Момент – это сила, умноженная на плечо!

Крутящий момент измеряется в Нм (Nm)

Откуда берется крутящий момент:

Сгорает топливо (Т↑)         (температура растет)

Газ (смесь) расширяется (Р↑)       (растет давление)

Газ давит на поршень F=(P х S)                                               (сила = давление х площадь поршня)

Поршень через шатун давит на шатунную шейку, и на коленчатом валу возникает крутящий момент (Мкр=FхR) (момент = сила х радиус кривошипа)

Увеличивая давление газов, ход поршня или диаметр цилиндра, можно увеличить крутящий момент.

Зная мощность при определённых оборотах, можно вычислить крутящий момент на этих оборотах!

Мощность и крутящий момент связаны следующей зависимостью.

На рисунке изображена зависимость мощности и крутящего момента от частоты вращения коленвала. Эти характеристики разные у разных двигателей, но, как правило, максимальный момент развивается при частоте вращения 3000 – 4000 об/мин. Для того чтобы обеспечить быстрый разгон, нужно поддерживать максимальный крутящий момент при трогании и переключении передач.

Максимальный момент двигателя ограничивается многими параметрами (вес автомобиля, коэффициент сцепления между колесом и дорожным покрытием…). Избыточный момент не позволит нормально эксплуатировать автомобиль (он просто будет часто буксовать на месте и легко «уходить» в занос). В задачу конструкторов входит получение больших моментов от двигателей меньшего объема и получение лучшей характеристики двигателя, то есть чтобы двигатель имел хорошие показатели уже на малых частотах вращения коленвала.

Более пологая характеристика момента позволяет поддерживать момент в широком диапазоне частот вращения, что сглаживает ошибки водителя при переключении передач и уменьшает необходимость их частого переключения, повышая комфортность вождения. Момент определяет динамику автомобиля, а мощность определяет максимальную скорость движения.

Мощность продает автомобиль, а момент выигрывает гонки!

Или

Мощность продает автомобиль, а момент всю жизнь его возит!

Поделиться ссылкой:

salecar.pro


Смотрите также