4. 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.

4.1. Среднее эффективное давление и эффективная мощность

В результате механических потерь индикаторная работа уменьшается, и с коленчатого вала «снимается» оставшаяся работа, называемая эффективной:

(4.11)

где L_м – работа механических потерь.

Разделив это выражение на рабочий объем цилиндра, получим

где p_е — среднее эффективное давление, т. е. давление, которое совершает полезную работу, получаемую за цикл с единицы рабочего объема цилиндра.

Умножив выражение (4.11) на V_hni/(30τ), получим мощность, снимаемую с коленчатого вала, т. е. эффективную мощность

или

(4.12)

Крутящий момент, или момент силы, действующий по шатуну на радиусе кривошипа коленчатого вала, можно представить как

(4.13)

4.2. Механический и эффективный кпд двигателя

Механический КПД двигателя η_м показывает совершенство конструкции двигателя и представляет собой отношение полезно используемой работы к индикаторной работе:

.

Таким образом, механический КПД определяет уменьшение мощности двигателя вследствие механических потерь.

Так как р_е = р_i – p_м и N_e= N_i – N_м,

или

Эффективный КПД η_e двигателя показывает, какая часть теплоты от всей подведенной с топливом теплоты превращается в полезную работу:

или после соответствующих преобразований

(4.14)

где g_e — удельный эффективный расход топлива.

4.3. Удельный эффективный расход топлива

Из уравнения (3.20) получим

.

С учетом частоты вращения коленчатого вала часовой расход воздуха

(4.15)

где k — коэффициент приведения единиц измерения в единую сис­тему;

z — коэффициент тактности (для четырехтактных двигателей он равен 2, для двухтактных — 1).

Часовой расход топлива показывает только расход топлива по массе в единицу времени без учета вырабатываемой при этом эффективной работы. Поэтому для оценки экономичности двигателя наряду с эффективным КПД используется удельный эффективный расход топлива, который показывает, какое количество топлива расходует двигатель для выработки единицы мощности:

(4.16)

где G_т — часовой расход топлива.

Аналогично соотношению (4.9) удельный эффективный расход топлива может быть выражен как

(4.17)

Факторы, влияющие на расход топлива

Анализ формулы (4.15) показывает, что часовой расход топлива возрастает с увеличением объема цилиндров, частоты вращения коленчатого вала, коэффициента наполнения и плотности воздуха. Если рабочий объем цилиндра (как и тактность) для данного двигателя является величиной неизменной, то частота вращения коленчатого вала зависит от условии эксплуатации, а плотность воздуха — от климатических условий. Так с увеличением температуры окружающей среды и высоты над уровнем моря плотность воздуха уменьшается.

Рост коэффициента наполнения на часовой расход топлива влияет прямо пропорционально, но изменение самого коэффициента η_v находится в зависимости от множества факторов, которые были рассмотрены в разделе 3.2.4.

Часовой расход топлива уменьшается с ростом коэффициента избытка воздуха а, следовательно, G_т зависит от режима работы двигателя, который определяется составом топливовоздушной смеси. т. е. параметром а. Так например, для режима полной мощности, когда коэффициент избытка воздуха равен 0,8—0,95, часовой расход топлива будет больше, чем при работе двигателя на средних нагрузках, при которых коэффициент а равен 1,05—1,15.

Рассматривая факторы, влияющие на удельный эффективный расход топлива, следует учитывать и факторы, которые влияют на эффективную мощность N_e, а с учетом формулы (4.17) и на эффективный КПД η_е. Таким образом, на расход топлива влияют различные факторы, совместное воздействие которых влияет на индикаторные показатели и механические потери двигателя.