2 Механические потери. Индикаторные и эффективные показатели.

Механические (внутренние) потери состоят из потерь всех видов механического трения, потерь на привод вспомогательных механизмов (жидкостного, масляного, топливного насосов, вентилятора, генератора и др.), на осуществление газообмена, вентиляционных потерь, возникающих при движении подвижных деталей двигателя при больших скоростях в воздушно-масляной среде, а также на привод компрессора. Газодинамические потери на перетекание заряда между полостями разделенной камеры сгорания также относят к механическим потерям. Потери на трение в общем объеме механических потерь достигают 80 %. Потери на трение между поршневой группой и цилиндром составляют 45...55 %, а в подшипниках — до 20% от всех механических потерь. Факторы, влияющие на уровень механических потерь: силы, нагружающие трущиеся подвижные сочленения двигателя; средние по времени значения сил инерции, действующих в подвижных сопряжениях, определяют потери на трение; силы упругости поршневых колец не зависят от режима работы двигателя; они особенно велики при сгорании в области ВМТ, когда мала скорость движения кольца, что изменяет режим трения и вызывает повышенный износ верхней части гильзы; тепловой режим двигателя влияет на вязкость смазочного масла и, следовательно, на характер трения; частота вращения (при ее увеличении) вызывает рост сил инерции и относительных скоростей трущихся пар, повышает температуру и снижает вязкость масла, обусловливая увеличение потерь на трение; нагрузка (при ее увеличении) приводит к росту газовых сил и повышению температуры двигателя, что вызывает снижение вязкости масла; однако потери на трение сравнительно мало зависят от нагрузки; эксплуатация двигателя — на начальной стадии жизненного цикла двигателя в процессе приработки деталей потери на трение постепенно снижаются, затем стабилизируются, а на завершающей стадии растут. Потери на газообмен связаны с неодинаковыми величинами работ впуска и выпуска, сумма которых в основном отрицательна. Она может быть положительной при наддуве четырехтактного двигателя от компрессора, приводимого коленчатым валом, а также на отдельных режимах при газотурбинном наддуве. Потери на газообмен возрастают: при увеличении сопротивления впускной и выпускной систем и скорости движения газов; с ростом частоты вращения; при уменьшении нагрузки в двигателе с искровым зажиганием из-за прикрытия дроссельной заслонки (растет сопротивление системы впуска и снижается положительная работа при впуске). В высокооборотных двигателях с газотурбинным наддувом потери на газообмен могут составлять более 25 % от механических потерь. Это обусловлено ростом работы выталкивания при установке на выпуске газовой турбины.

Индикаторные показатели ДВС.

Индикаторной мощностью N_i (кВт), называется работа L_i совершаемая газами внутри цилиндра в единицу времени определяем по формуле: где L_i - индикаторная работа, совершаемая газами в цилиндре за один цикл, кДж; n - частота вращения коленчатого вала двигателя, об/с; τ - тактность двигателя - число ходов поршня за один цикл (τ = 4 для четырехтактного двигателя и τ = 2 для двухтактного).Индикаторная работа определяется по площади индикаторной диаграммы, полученной при испытании двигателя, или по данным теплотехнического расчета: где р_i - среднее индикаторное давление в цилиндре за время цикла, кПа; V_h - рабочий объем цилиндра двигателя, м³. Для многоцилиндрового двигателя индикаторная мощность (кВт) c учетом того, что практически рабочий объем цилиндра измеряют в литрах, n — в об/мин и среднее индикаторное давление р_i - в МПа, Индикаторная мощность, развиваемая в цилиндре двигателя, не может быть полностью использована для выполнения полезной работы. Часть ее расходуется на преодоление трения между сопряженными деталями двигателя (цилиндр — поршень, коленчатый вал — подшипники), на привод вспомогательных механизмов (водяной и масляный насосы, вентилятор, генератор и др.), на процесс газообмена в цилиндре (впуск свежего заряда и выпуск отработавших газов). Мощность, равноценная этим потерям, называется мощностью механических потерь N_м. Величина N_м зависит от типа двигателя и условий его эксплуатации. На величину N_м оказывает влияние температура охлаждающей жидкости и масла в двигателе. Индикаторным удельным расходом топлива g_i [г/(кВт-ч)] называется количество топлива, расходуемого двигателем в течение часа работы на единицу индикаторной мощности; Наряду с индикаторным удельным расходом топлива экономичность оценивается индикаторным КПД где – низшая теплота сгорания, МДж/кг, и эффективным КПД Под эффективным КПД понимают долю от всей подведенной топливом теплоты, превращенной в полезную работу.

Крутящий момент связан с мощностью зависимостью: где Тогда индикаторный крутящий момент

Эффективные показатели ДВС.

Разность между индикаторной мощностью двигателя N_i и мощностью механических потерь N_м представляет собой эффективную мощность двигателя N_e , т. е. мощность, которая может быть получена на коленчатом валу двигателя и использована для приведения в действие рабочего органа машины: Механические потери двигателя более удобно оценивать по относительной величине, называемой механическим КПД двигателя , представляющим собой отношение эффективной мощности N_e двигателя к индикаторной N_i: Величина зависит от КШМ и ГРМ, совершенства системы смазки и качества применяемого масла, степени сжатия, частоты враще­ния коленчатого вала, качества технического обслуживания и ре­монта двигателя. Для автомобильных и тракторных двигателей = от 0,75 до 0,9. По аналогии с индикаторной эффективная мощность (кВт): где - среднее эффективное давление, кПа; p_м - среднее давление механических потерь, кПа. Обычно эффективную мощность двигателя определяют при его испытаниях на специальном тормозном стенде путем определения крутящего момента М_е и частоты вращения коленчатого вала n. Определяется эффективный удельный расход топлива: Эффективный крутящий момент: