1.8. Показатели эффективности, экономичности и совершенства конструкции двигателей

Индикаторные показатели:

Рис. 20. Индикаторная диаграмма четырехтактного ДВС: «+» - полезная работа; «-» - вредная работа

- индикаторная работа – работа развиваемая газами в цилиндре двигателя и равная площади, заключенной внутри контура индикаторной диаграммы ( вернее разнице площадей полезной и вредной работ) обозначают L_i ;

- среднее индикаторное давление p_i – высота прямоугольника, площадь которого равна индикаторной работе и построенного на том же основании V_h . Среднее индикаторное давление p_i представляет собой работу газов или индикаторную работу L_i , отнесенную к рабочему объему V_h двигателя, т.е. работу снимаемую с единицы рабочего объема, p_i = L_i/ V_h ;

- индикаторная мощность N_i - мощность, развиваемая газами в цилиндрах двигателя, или работа, совершаемая газами в единицу времени. Так кА число рабочих циклов, совершаемых двигателем в секунду, равно 2n/τ, где n – частота вращение коленчатого вала с^-1; τ – тактность двигателя – число тактов за цикл (τ = 4 для 4-х тактного и τ = 2 для 2-х тактного двигателя), то

Индикаторная мощность одного цилиндра

N_i = (2/τ) p_i V_hn10^-3 , а многоцилиндрового

N_i = (2/τ) p_i V_hni10^-3, где i – число цилиндров;

- индикаторный КПД – η_i - оценивает степень использования теплоты в действительномп цикле и представляет собой отношение теплоты Q_i , эквивалентной полезной индикаторной работе, ко всей затраченной теплоте Q, т.е. η_i = Q_i /Q

Теплота (кВт) , эквивалентная индикаторной работе за 1с Q_i = N_i .

Теплота (кВт) затраченная на работу двигателя в течение 1с

Q = G_тН_н , где

G_т - расход топлива кг/с; Н_н – низшая теплота сгорания топлива кДж/с;

тогда η_i = N_i /( G_тН_н)

- удельный индикаторный расход топлива g_i (кг/кВт.ч) - оценивает экономичность действительного цикла двигателя и представляет собой отношение секундного расхода топлива G_т к индикаторной мощности N_i , т.е. g_i = (G_т / N_i)3600,

Если известны КПД и низшая теплота сгорания топлива , то

g_i = 3600/( η_iН_н).

Значения индикаторных показателей приведены в табл.

Тип двигателя	Среднее индика-то рное давление МПа	Индикаторный КПД	Удельный индика-торный расход топ-лива г/(кВт.ч) м3/(кВт.ч)
Карбюраторные	0,8 -1,2	0,28 – 0,38	230 - 300
Дизели	0,75 – 1,1	0,43 – 0,52	160 - 200
Газовые	0,6 – 0,8	0,28 – 0,35	0,31 – 0,4

Эффективные показатели двигателя – учитывают тепловые и механические потери в двигателе:

- среднее эффективное давление р_е – фиктивная величина среднего давления газов, используемая для приведение в действие силовой передачи автомобиля или трактора. р_е = р_i - р_м , где р_м –давление , расходуемое на механические потери. Согласно экспериментальным данным для 4-х тактных дизелей р_м = 1,1 + 0,13 v_п , а для 4-х тактных карбюраторных двигателей

Р_м = 0,42 + 0,12v_п , где v_п = Sn/30 – средняя скорость поршня, м/с.

- эффективная мощность – мощность на выходном конце коленчатого вала двигателя, ее определяют лабораторным способом. Эффективная мощность меньше индикаторной на величину мощности механических потерь N_м, т.е. N_е = N_i - N_м . Мощность механических потерь затрачиваются на преодоление трения в подшипниках, трения поршня о стенки цилиндра и т.п.; на приведение в действие вспомогательных механизмов и приборов – масляный насос, насос системы охлаждения, привод газораспределительного механизма и т.п.; на создание вихревых движений в картере при вращении коленчатого вала и возвратно-поступательного движения поршня и т.д.

Механические потери оцениваются механическим КПД η_м , равному:

η_м = N_е / N_i = р_е/р_i

Механический КПД является показателем, с помощью которого оценивают совершенство конструкции двигателя.

Для современных двигателей η_м составляет 0,72 – 0,9.

N_е = η_м N_i , эффективная мощность может быть выражена и через среднее эффективное давление: N_е = (2/τ) p_еV_hn i 10^-3$

- литровая мощность N_л – характеризует степень использования рабочего объема двигателя. N_л = N_е/(iV_h).

- эффективный КПД η_е –оценивает степень использование теплоты с учетом всех видов потерь, как тепловых так и механических, и равен отношению теплоты эквивалентной полезной эффективной работе ко всей затраченной теплоте η_е = N_е / ( G_тН_н), а также η_е = η_i η_м ;

- удельный эффективный расход топлива –оценивает эффективность работы двигателя и равен отношению секундного расхода топлива к эффективной мощности, т.е. g_е = (G_т / N_e), г/(кВт.ч) , зная эффективный КПД и низшую теплоту сгорания топлива g_е = 3600 /( η_еН_н) кг/(кВт.ч)

Примерные значения эффективных показателей приведены в таблице.

Тип двигателя	Среднее эффекти-вное давление, МПа	Эффективный КПД	Удельный эффктив-ный расход топлива, г/(кВт.ч), м3/(кВт.ч)
Карбюраторные	0,75 – 0,95	0,26 – 0,32	280 - 325
Дизели	0,7 – 0,8	0,36 – 0,45	190 - 240
Газовые	0,65 – 0,8	0,25 – 0,3	0,34 – 0,46