47. 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.

Механические потери индикаторной мощности складываются из следующих потерь.

1. Потери мощности на трение (N_т) составляют большую часть всех механических потерь. Главным образом эти потери приходятся на следующие пары:

• 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 (N_нас) (или насосные потери). Для того чтобы всосать свежий заряд в цилиндр и вытолкнуть отработанные газы, необходимо затратить энергию. Поэтому для выполнения этой работы от полученной индикаторной мощности будет использована какая-то ее часть. Величина этих потерь определяется величиной сопротивления впускных и выпускных трубопроводов, которая растет с увеличением частоты вращения коленчатого вала, или степенью прикрытия дроссельной заслонки.

На рис. 4.3 показаны диаграммы насосных потерь при различных частотах вращения коленчатого вала и нагрузках.

На величину насосных потерь также влияют размеры и конструкция деталей, участвующих в газообмене, и их техническое состояние.

3. Потери мощности на привод вспомогательных механизмов (N_пр). К вспомогательным механизмам относятся жидкостной, масляный и топливный насосы, генератор, прерыватель-распределитель, вентилятор. Данный вид потерь зависит от конструкции этих агрегатов, их размеров и технического состояния.

Р ис. 4.3. Диаграммы насосных потерь в дизеле при различных частотах вращения коленчатого вала (а) и нагрузках (б)

4. Потери мощности на механический привод нагнетателя (N_к). Имеется в виду механический привод компрессора в двигателях с наддувом, сюда не относятся двигатели с турбонаддувом, так как у них для привода компрессора используется кинетическая энергия отработавших газов, уже вне цилиндра. Так как механический привод нагнетателя воздуха или компрессора применяется довольно редко, а затраты мощности на него значительны, этот вид потерь выделен отдельно.

5. Гидравлические потери мощности (N_г) 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:

Механические потери и их значения относительно индикаторной мощности приведены ниже.

Вид механических потерь N_м, %

Общие потери на трение:До 75(поршневых колец и поршня42—50, подшипников коленчатого вал 16—19, грм4—6

Насосные потери До 15,

Общие потери на привод вспомогательных агрегатов:12—17(жидкостного насоса2—3, вентилятора6—8, масляного насоса1—2, электрооборудования1—2, топливного насоса2)

Потери на привод нагнетателя До 10

Примечание. Меньшие значения механических потерь относятся к двигателям с искровым зажиганием, большие — к дизелям.

Кроме мощности N_м механические потери оцениваются средним давлением механических потерь р_м и механическим КПД η_м. Среднее давление механических потерь определяется аналогично механическим потерям индикаторной мощности: где все слагаемые — средние значения давлений механических потерь на трение, насосные ходы поршня, приводы вспомогательных механизмов, нагнетатели, гидравлику.

Чтобы дать определение механическому КПД, необходимо рассмотреть эффективные показатели работы двигателя.