Тема 92: 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.

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:

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.

Индикаторная мощность - это мощность, которая развивается газами внутри цилиндра.

Индикаторный КПД - это отношение теплоты, преобразованной в индикаторную работу, к общему количеству теплоты затраченного топлива.

Механические потери

Если мощность, снимаемую с коленчатого вала, сравнить по величине с мощностью, развиваемую газами в цилиндре, то окажется, что первая меньше второй. Это уменьшение индикаторной мощности обусловлено механическими потерями, складывающимся из следующих потерь:

1. Потери мощности на трение - большая часть всех механических потерь:

• поршень и поршневые кольца — стенки цилиндра;

• шейки коленчатого и распределительного валов — подшипники скольжения;

• поршневой палец — бобышки поршня и верхняя головка шатуна;

• стержень клапана — втулка.

Потери на трение увеличиваются с ростом нагрузки на двигатель, увеличением частоты вращения коленчатого вала, при грубой обработке поверхности сопряженных деталей, неоправданном увеличении их размеров, применении некачественных масел, нарушении нормальной работы смазочной системы и системы охлаждения, ухудшении технического состояния двигателя.

2. Потери мощности на совершение насосных ходов поршнем (или насосные потери). Для того чтобы всосать свежий заряд в цилиндр и вытолкнуть отработанные газы, необходимо затратить энергию. Величина этих потерь определяется величиной сопротивления впускных и выпускных трубопроводов, которая растет с увеличением частоты вращения коленчатого вала, или степенью прикрытия дроссельной заслонки.

3 . Потери мощности на привод вспомогательных механизмов: жидкостной, масляный и топливный насосы, генератор, прерыватель-распределитель, вентилятор, механический нагнетатель и т.д. Данный вид потерь зависит от конструкции этих агрегатов, их размеров и технического состояния.

4. Гидравлические потери мощности учитывают затрату мощности на преодоление сопротивления движению деталей кривошипно-шатунного механизма в картерном пространстве.

Таким образом, внутренние потери индикаторной мощности, т. е. мощность механических потерь, представляет собой сумму перечисленных выше видов потерь.

Эффективные показатели

Эффективными показателями называются показатели, характеризующие работу двигателя, которая «снимается» с коленчатого вала и полезно используется.

К числу эффективных показателей относятся эффективная мощность, крутящий момент, среднее эффективное давление, удельный эффективный расход топлива, эффективный КПД. 

Среднее эффективное давление и эффективная мощность. В результате механических потерь индикаторная работа уменьшается, и с коленчатого вала «снимается» оставшаяся работа, называемая эффективной.

Механический и эффективный КПД двигателя - показывает совершенство конструкции двигателя и представляет собой отношение полезно используемой работы к индикаторной работе.

Удельный эффективный расход топлива - для оценки экономичности двигателя наряду с эффективным КПД используется удельный эффективный расход топлива, который показывает, какое количество топлива расходует двигатель для выработки единицы мощности.

Литровая мощность определяет эффективность использования рабочего объема цилиндра и показывает, какую мощность можно получить от одного литра рабочего объема данного двигателя, т. е. определяет степень форсированности двигателя.

Двигатели, имеющие высокие значения называют форсированными. В современных бензиновых и газовых двигателях частота вращения коленчатого вала достигает 6500 об/мин и выше.

Дизели грузовых автомобилей имеют номинальную частоту вращения не превышающую 2600 об/мин, дизели легковых автомобилей — 4500—5500 об/мин.

Литровая мощность дизелей грузовых автомобилей 12—15 кВт/л, бензиновых двигателей — 20—50 кВт/л, дизелей легковых автомобилей — до 20 кВт/л.

Переход на двухтактный цикл согласно уравнению предполагает увеличение литровой мощности в 2 раза. Однако реально мощность увеличится только в 1.5—1,7 раза, так как часть рабочего объема в двухтактных дизелях используется на процессы газообмена, и существуют механические потери на привод нагнетателя.

Кроме того, из-за частой смены рабочего тела в двухтактных ДВС растет тепловая напряженность цилиндропоршневой группы. Это же является причиной ограничений в повышении литровой мощности за счет увеличения среднего эффективного давления.