1.6 Индикаторные и эффективные показатели работы двигателя. Эффективные показатели работы двс

2.3. Индикаторные и эффективные показатели двигателя

2.3.1. Индикаторные показатели рабочего цикла

Индикаторные показатели характеризуют эффективность действительного рабочего цикла. К индикаторным показателям относятся среднее индикаторное давление Pi, индикаторная мощностьNi, индикаторный КПДηiи индикаторный удельный расход топливаgi.

Средним индикаторным давлениемназывают такое условное, постоянное по величине давлениеPi,которое, действуя на поршень, совершает работу за один его ход от ВМТ до НМТ, равную полезной работе газов за рабочий цикл (рис. 2.8). Работа газов равна площади заключенной внутри индикаторной диаграммы. Полезная работа газов за один цикл определяется разностью площадейF1иF2.

Рис. 2.8. Индикаторная диаграмма и среднее индикаторное давление

Расчетная работа газов в цикле дизеля, без учета работы насосных ходов, равна сумме работ изобарного процесса предварительного расширения и политропного процесса расширения, исключая работу политропного процесса сжатия:

Выразив составляющие:

и подставив в них выведенные ранее формулы:

получим выражение:

Как видно из рис. 2.8, расчетную работу за цикл можно выразить следующим образом через расчетное среднее индикаторное давление Ppi:

Приравняв два выражения расчетной работы газов за цикл и подставив известные соотношения:

; ,

получим выражение для расчетного среднего индикаторного давления для дизельного двигателя:

или

Для карбюраторных ДВС, где

,расчетное среднее индикаторное давление определяется следующей формулой:

,  д = 0,92…0,97.

Индикаторная мощность– это мощность, развиваемая газами в цилиндре двигателя.

где τ – число тактов рабочего цикла.

В реальном цикле помимо теоретически неизбежных тепловых потерь (отвод теплоты холодному источнику) часть теплоты теряется вследствие неполного сгорания топлива, отвода тепла в окружающую среду и с отработанными газами. Степень использования теплоты в реальном цикле оценивается индикаторным КПД– это отношение индикаторной работы, к расчетной теплоте сгорания топлива.

где G – количество топлива сгоревшего в цикле.

Связь между индикаторным КПД и средним индикаторным давлением выражается формулой:

где ρо– плотность воздуха.

Показателем, который характеризует экономичность действительного цикла, является удельный индикаторный расход топлива,равный отношению часового расхода топливаGТк индикаторной мощности

Связь между удельным индикаторным расходом топлива и индикаторным КПД выражается формулой:

2.3.2. Эффективные показатели рабочего цикла

Часть индикаторной мощности двигателя затрачивается на преодоление трения в сопряженных узлах двигателя и на привод вспомогательных механизмов. Поэтому мощность, развиваемая на валу двигателя и отдаваемая силовой передаче машины, всегда меньше индикаторной. Эта мощность называется эффективной мощностью двигателя:

где Ne – эффективная мощность в кВт;

NM – мощность, затрачиваемая на преодоление трения в сопряженных узлах двигателя и на привод вспомогательных механизмов.

Средним эффективным давлениемPeназывают условно постоянное давление, при котором работа газов, произведенная в цилиндрах двигателя за один ход поршня, равна эффективной работе за цикл.

Если составляющие потерь выразить через среднее давление трения, равное работе трения, отнесенной к 1м3рабочего объема цилиндра, то

где Pe – среднее эффективное давление МПа;

PM – среднее давление трения, МПа.

Между средним давлением трения и числом оборотов двигателя, на основании опытных данных, установлены следующие соотношения:

для карбюраторных ДВС

где n – частота вращения двигателя, об./мин;

для дизельных ДВС

Эффективная мощность и среднее эффективное давление связаны между собой следующей зависимостью:

Отношение эффективной мощности к индикаторной мощности называется механическим КПДдвигателя.

Заменив Ne иPe, получим:

;

Механический КПД оценивает затраты на преодоление трения в сопряженных узлах двигателя и на привод вспомогательных механизмов. К этим затратам относятся потери на трение: поршня о стенки цилиндра, в подшипниках коленчатого и кулачкового валов, деталей распределения, а также потери на привод вентилятора, масляного и водяного насосов, генератора, магнето, прерывателя-распределителя, компрессора, нагнетателя и т. д.

Механический КПД зависит от конструктивных параметров двигателя, материала и качества обработки деталей, качества масла и смазочной системы, температурного режима, числа оборотов и нагрузки двигателя, числа и конструкции вспомогательных механизмов и ряда других факторов.

Механический КПД тем выше, чем меньше давления, передаваемые через сопряженные узлы, совершеннее система смазки и выше качество масла, лучше материалы и качество обработки деталей, меньше затрат на привод вспомогательных механизмов.

С увеличением числа оборотов и понижением нагрузки механический КПД уменьшается.

Эффективный КПДявляется показателем, характеризующим экономичность двигателя. Эффективным КПД называется отношение эффективной работы, выраженной в единицах теплоты, к расчетной теплоте сгорания топлива, затраченного на получение этой работы.

Если учесть, что

получим:

или

Если индикаторный КПД учитывает только тепловые потери, то эффективный КПД учитывает и тепловые и механические потери. Для повышения эффективного КПД необходимо повышать как индикаторный, так и механический КПД. Повышение индикаторного КПД может быть достигнуто совершенствованием рабочего цикла двигателя, а улучшение механического КПД – понижением механических потерь.

Эффективный КПД для одного и того же двигателя не остается постоянной величиной. Он изменяется в зависимости от режима работы, состава смеси, технического состояния двигателя и других факторов.

Эффективный КПД при полной нагрузке находится в следующих пределах:

карбюраторные двигатели ......... 0.22–0.28;

дизельные двигатели ..........…… 0.26–0.38.

Удельный эффективный расход топливаge является вторым показателем экономичности работы двигателя. Он определяется по формуле:

Связь между обоими показателями экономичности работы двигателей ηe иge устанавливается формулой:

или

Из этих выражений следует, что удельный расход топлива тем меньше, чем выше эффективный КПД и теплотворная способность топлива.

Связь между ηi, gi иge можно определить, используя выражение

Тогда

или

Удельный расход топлива в карбюраторных двигателях находится в пределах 280–330 г/кВт · ч, в дизельных двигателях 210–260 г/кВт · ч.

Часовой расход топлива можно определить по формуле:

studfiles.net

Тема 8. Индикаторные и эффективные показатели работы двигателя.

Индикаторные показатели работы двигателя

Показатели работы двигателя подразделяются на индикаторные (внутренние), характеризующие совершенство рабочего цикла в цилиндре и учитывающие только тепловые потери в самом цилиндре, и эффективные (внешние), учитывающие помимо тепловых и механические потери, которые имеются при передаче энергии расширения газов через поршень и кривошипно-шатунный механизм на коленчатый вал двигателя

К индикаторным показателям двигателя относятся среднее индикаторное давление рі индикаторная мощность Ni, индикаторный удельный расход топлива gi и индикаторный КПД ηi.

В результате осуществления цикла тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, с известной степенью совершенства (определяемой индикаторным КПД) превращается в полезную работу, развиваемую газами в цилиндре двигателя и называемую индикаторной работой цикла Li. При этом давление в цилиндре непрестанно меняется.

Для удобства ведения расчетов и сравнения разных двигателей переменные по ходу поршня давления можно заменить постоянным (фиктивным) давлением, которое обеспечивает получение той же работы, что и цикл с переменным давлением. Это среднее постоянное давление называется средним индикаторным давлением pi. Следовательно, под средним индикаторным давлением подразумевается условное постоянное давление pi действующее на поршень на рабочем ходе и совершающее за один цикл работу, равную индикаторной работе замкнутого цикла. Графически среднее индикаторное давление представляет собой высоту прямоугольника, площадь которого раина площади индикаторной диаграммы, а основание – длине диаграммы (рис, 8.1).

Среднее индикаторное давление позволяет сравнивать любые циклы и двигатели любых типов по мощностным показателям независимо от способа осуществления рабочих процессов. Двигатели, в которых получаются большие средине индикаторные давления, будут развивать при прочих равных условиях (такт-ность, размеры и число цилиндров, частота вращения) большую мощность.

Рис. 8.1. К определению среднего индикаторного давления

Среднее теоретическое индикаторное давление рi’ может быть выражено как отношение индикаторной работы цикла L’i к рабочему объему цилиндра Vs:

Таким образом, среднее индикаторное давление представляет собой удельную работу цикла, т. е. работу, приходящуюся на единицу рабочего объема цилиндра.

Из расчетной теоретической индикаторной диаграммы (рис. 8.1) найдем полезную индикаторную работу газов для смешанного цикла в виде алгебраической суммы индикаторных работ отдельных процессов:

где Lcy – работа процесса подвода теплоты при V = const; из-за отсутствия изменения объема Lcy = 0; Lyz – работа процесса подвода теплоты при р = const; Lzb –работа процесса расширения при n2 = const; Lac – работа процесса сжатия при n1 = const.

В результате получим окончательное выражение для среднего теоретического индикаторного давления

Действительное среднее индикаторное давление для четырехтактных ДВС

где – коэффициент скругления индикаторной диаграммы, который представляет собой отношение площади действительной индикаторной диаграммы к площади теоретической индикаторной диаграммы. Для четырехтактных двигателей ξ = 0,90.,,0,96.

Скругление диаграммы у точки с на действительной индикаторной диаграмме объясняется опережением подачи топлива; у точек у и z – конечной скоростью сгорания топлива и, наконец, в конце хода расширения у точек b и а – предвареннем открытия выпускного клапана.

В двухтактных двигателях jбычно принимают, что хвостовая часть диаграммы полностью компенсирует потери на скругление. Тогда действительное среднее индикаторное давление двухтактных двигателей, отнесенное к полному ходу поршня, может быть определено как

Мощность двигателя, соответствующая индикаторной работе замкнутого цикла, называется индикаторной мощностью:

Индикаторная мощность многоцилиндрового двигателя:

К потерям относятся потери теплоты от неполноты сгорания топлива и в результате теплообмена рабочего тела со стенками рабочего цилиндра. Все тепловые потери в расчетном цикле реального двигателя учитываются индикаторным КПД, который является критерием совершенства использования теплоты, подведенной к рабочему телу с топливом.

Индикаторный КПД представляет собой отношение количества теплоты, преобразованной в индикаторную работу (работу, развиваемую газами в цилиндре реального двигателя), к количеству теплоты, подведенной для совершения этой работы:

;

где Gт – часовой расход топлива, кг/ч; Qн – низшая теплота сгорания, кДж/кг.

Удельный индикаторный расход топлива, кг/(кВт·ч):

или

где – часовой расход топлива, кг/ч.

Эффективные показатели работы двигателя

К эффективным показателям двигателя относятся среднее эффективное давление ре эффективная мощность Ne эффективный КПД ηe и удельный эффективный расход топлива gе.

Среднее эффективное давление ре представляет собой условное среднее постоянное давление, действующее на поршень на рабочем ходе н совершающее работу, эквивалентную полезной эффективной работе, передаваемой через выходной фланец коленчатого вала на винт или другой потребитель. Другими слонами, среднее эффективное давление ре представляет собой удельную эффективную работу двигатели.

Среднее эффективное давление, учитывающее кроме тепловых все механические потери, определяется из выражения

При оценке эффективных показателей на основании расчета рабочих процессов двигателя среднее эффективное давление определяют в зависимости от среднего индикаторного давления расчетного цикла и принятого значения механического КПД

Среднее эффективное давление ре является одним из важнейших показателей рабочего цикла, характеризующих степень эффективности использования объема рабочего цилиндра, уровень освоения наддува и, наконец, совершенство изготовления двигателя в целом.

Эффективная мощность Ne, так же как и ре, учитывает тепловые и механические потери в двигателе:

Для перехода от Ni к Ne обычно используют механический КПД значение которого известно для всех основных режимов работы двигателя (по результатам стендовых испытаний):

Приведенные выше формулы для индикаторной мощности можно использовать для определения Ne:

Эффективный КПД:

Удельный эффективный расход топлива:

studfiles.net

22. Эффективные показатели двигателя.

22.1. Что называется эффективным КПД? Что он характеризует?

Под эффективным КПД понимают долю от всей подведенной с топливом теплоты, превращенную в полезную работу: e=Le/(VцтHu). Далее можно преобразовать: e=peVh/(VцтHu)=piVhм/(VцтHu)=Li/(VцтHu)=iм.

22.2. Что называется средним эффективным давлением? В чем состоит важность этого параметра?

pe=pi-рм, где ре=Le/Vh – среднее эффективное давление, т.е. полезная работа за цикл с единицы рабочего объема цилиндра. Важность этого параметра в том, что с его помощью можно сравнивать эффективность работы двигателей с разным объемом.

22.3.Что называется удельным эффективным расходом топлива? Какая связь существует между эффективным КПД и удельным эффективным расходом топлива?

Для оценки экономичности двигателя используется удельный эффективный расход топлива ge, показывающий какое количества топлива расходуется на производство единицы эффективной работы: ge=qц/Le. Связан он с эффективным КПД следующим соотношением: ge=3600/(eHu).

22.4. Приведите вывод выражений для эффективного крутящего момента, эффективной мощности, литровой мощности. Что характеризует последняя?

Работа газов в цилиндрах двигателя за 1 минуту: Li=piVh(2n/)i. Тогда работа за 1 с, или индикаторная мощность (кВт): Ni=piVhni/30, где pi – в МПа, Vh – в л, n – в мин-1. Так как момент связан с мощностью как Mi=Ni/w, а w=n/30, то индикаторный момент (Нм): Mi=1000piVhi(). Выразим эффективные показатели через индикаторные: Ne=Niм=pi*Vhin/(30)*м=(Hu/lO)(i/)V0(к)*Vhin/(30)*м; Mк=Miм=1000/()*Vhi*pi*м=1000/()*Vhi*(Hu/lO)(i/)V0(к)*м. Nл=pi*n/(30)*м=(Hu/lO)(i/)V0(к)*n/(30)*м. Литровая мощность характеризует, какое количество мощности приходится на единицу объема.

22.5. Рассмотрите влияние на величину эффективного КПД дизеля коэффициента избытка воздуха, угла опережения впрыскивания топлива, интенсивности движения заряда, качества процессов впрыскивания, распыливания, смесеобразования и сгорания, интенсивности охлаждения заряда, механических потерь, режима работы и условий окружающей среды.

Значение эффективного КПД определяется значением индикаторного и механического КПД, т.к. e=iм. Индикаторные показатели зависят от полноты и своевременности сгорания, от тепловых потерь в систему охлаждения и с ОГ. На них оказывают влияние: 1) Состав смеси (нагрузка дизеля). Для дизеля imax имеет место при сильно обедненной смеси, что объясняется использованием неоднородной смеси. Причины роста i с до imax являются уменьшение потерь, связанных неполнотой и несвоевременностью сгорания и увеличением доли двухатомных газов). 2) Угол опережения впрыскивания. С повышением о.вп. увеличивается i. Существует определенный о.вп.опт, при котором достигаются их максимумы. 3) Интенсивность движения заряда. Если распыливающих отверстий пять, то увеличение угловой скорости вращения заряда w вызывает рост i. Если ic=7…11, то увеличение только до определенного предела вызывает их рост. Дальнейшее увеличение w приводит к перезавихриванию, особенно при больших ic, при котором увеличивается неполнота сгорания топлива и повышается дымление дизеля. 4) Качество процессов впрыскивания и распыливания. Для достижения высокого i характеристики впрыскивания и распыливания должны быть подобраны так, чтобы тепловыделение завершалось через 35…40 градусов после ВМТ. 5) Наполнение цилиндров. При неизменной цикловой подаче топлива увеличение V и 0(к) ведет к пропорциональному росту , что ведет к росту i. Если избежать существенного удлинения впрыскивания и нарушения оптимальных условий смесеобразования, то i ухудшается незначительно. Для дизелей с одной полостью и большим ic роста i можно добиться, если использовать два впускных клапана и уменьшить S/D. 6) Частота вращения. Если при росте частоты  не изменяется, то i несколько увеличивается с ростом n в связи с уменьшением неполноты сгорания и снижением потерь теплоты в среду.

22.6. Рассмотрите влияние на величину эффективного КПД бензинового двигателя степени сжатия, коэффициента избытка воздуха, диаметра цилиндра, угла опережения зажигания, интенсивности движения заряда и горения, равномерности распределения смеси по цилиндрам, механических потерь, режима работы.

Значение эффективного КПД определяется значением индикаторного и механического КПД, т.к. e=iм. Индикаторные показатели зависят от полноты и своевременности сгорания, от тепловых потерь в систему охлаждения и с ОГ. На них оказывают влияние: 1) Степень сжатия. У ДсИЗ =6…11. Увеличение  заметно повышает i из-за улучшения условий воспламенения и уменьшения КС. 2) Коэффициент избытка воздуха. Он сильно влияет на протекание процесса. Наибольшей величине i соответствует такой состав смеси, при котором имеет место оптимальное сочетание полноты и скорости сгорания с теплоотводом в стенки. 3) Диаметр цилиндра. Чем больше размер цилиндра, тем меньше при данном ОЧ топлива должна быть . При неизменном  увеличение D сопровождается ростом i из-за снижения доли теплоты, отдаваемой в стенки. 4) Угол опережения зажигания. Каждому сочетанию открытия дросселя,  и n соответствует свое о.вп.опт, при котором i достигает максимума. 5) Интенсивность движения заряда. На каждом скоростном и нагрузочном режимах двигателя существует некая своя оптимальная интенсивность движения, обеспечивающая работу с imax. При высокой интенсивности сильно возрастает теплоотдача в стенки. 6) Частота вращения. С ростом n сокращается время теплопередачи от газов в систему охлаждения, но растущая турбулизация усиливает этот процесс, также уменьшаются утечки газов через кольца. В результате с ростом n величина i мало меняется, имея тенденцию к возрастанию. 7) Нагрузка двигателя. С уменьшением нагрузки условия воспламенения и сгорания в ДсИЗ ухудшаются, при этом потери в систему охлаждения и с отработавшими газами возрастают, что приводит к падению i.

22.7. Приведите вывод уравнений, используемых для анализа влияния различных факторов на значение среднего эффективного давления, эффективного крутящего момента, эффективной мощности, литровой мощности.

Работа газов в цилиндрах двигателя за 1 минуту: Li=piVh(2n/)i. Тогда работа за 1 с, или индикаторная мощность (кВт): Ni=piVhni/30, где pi – в МПа, Vh – в л, n – в мин-1. Так как момент связан с мощностью как Mi=Ni/w, а w=n/30, то индикаторный момент (Нм): Mi=1000piVhi(). Выразим эффективные показатели через индикаторные: Ne=Niм=pi*Vhin/(30)*м=(Hu/lO)(i/)V0(к)*Vhin/(30)*м; Mк=Miм=1000/()*Vhi*pi*м=1000/()*Vhi*(Hu/lO)(i/)V0(к)*м. Nл=pi*n/(30)*м=(Hu/lO)(i/)V0(к)*n/(30)*м; pe=pi*м =(Hu/lO)(i/V0(к)*м. Для двигателей с внешним смесеобразованием pi=[(Hu/(1+lO)]iV0(к)*м, причем V и 0(к) определяются по количеству ТВС.

22.8. Рассмотрите влияние различных факторов на величину среднего эффективного давления, эффективного крутящего момента и эффективной мощности.

Влияние на эффективные показатели определяется влиянием индикаторного показателя и механического КПД, т.к. Ne=Ni*м=piVhin/(30)*м, и pe=pi*м=(Hu/lO)(i/)V0(к); Mк=Miм=1000piVhi/()*м. Приведем влияние на индикаторные показатели. На показатели дизеля влияют: 1) Состав смеси. (i/)max имеет место при некотором обеднении смеси. 2) Угол опережения впрыска. Существует оптимальный угол, при котором pi максимально вследствие полноты смесеобразования и сгорания (выше i и V). 3) Интенсивность движения заряда. Увеличение количества распыливающих отверстий и увеличение угловой скорости вращения заряда w вызывает рост рi (оказывает влияние V). 4) Применение наддува приводит к повышения V, а также росту 0(к), что ведет к росту pi. 5) Повышение объема цилиндра приводит к некоторому росту Ni и Mк, но при этом может снизиться pi из-за ухудшения качества наполнения (падения V). 6) Увеличение количества цилиндров ведет к пропорциональному росту Ni и Мк. 7) Повышение частоты вращения увеличивает Ni, прямо не влияя на Мк, но может сказаться на ухудшении качества наполнения V. 8) Применение 2-тактного цикла ведет к повышению Ni, но отрицательно сказывается на наполнении цилиндров.

22.9. Сравните между собой эффективные показатели дизелей и бензиновых двигателей.

См. стр. 15. Влияние на эффективные показатели определяется влиянием индикаторного показателя и механического КПД:i бензиновых двигателей ниже дизельных, т.к. ДсИЗ работают в районе стехиометрической смеси, у которой больше доля 3-атомных газов в ОГ, что приводит к падению термического КПД. Pi бензиновых двигателей, больше чем безнаддувных дизелей, т.к. те работают при значительно более бедных смесях. Если на дизеле применить наддув, то pi в дизеле может быть больше.

22.10. Приведите примерные значения ηе, ре, Νл на номинальном режиме для разных типов двигателей.

4-тактные ДсИЗ (без наддува): ηе=0,25…0,35; ре=0,75…0,85 МПа; Νл=20…50 кВт/л. 4-тактные дизели без наддува: ηе=0,36…0,42; ре=0,65…0,8 МПа; Νл=12…20 кВт/л. То же, с наддувом: ηе=0,38…0,5; ре<2 МПа; Νл=16…28 кВт/л. 2-тактные дизели: ηе=0,33…0,38; ре=0,5…0,75 МПа; Νл=15…35 кВт/л.

studfiles.net

Расчетная работа 2

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Факультет автомобильно-транспортный

Кафедра транспортных систем

Пояснительная записка к самостоятельной

работе № 2

по дисциплине

«Транспортная энергетика»

РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНЫХ И ИНДИКАТОРНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

РР49.20.00.000 ПЗ

Работу выполнил студент группы 1-ТТП-2

А. Р. Русинов____________

Самостоятельная работа

защищена с оценкой

Руководитель канд. техн. наук,

доцент В. Н. Степанов

2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………...………………………….…....……3

Содержание задания………………………………………………….…………….4
Значения исходных данных для задания………………………….…….…..….5
Расчетные формулы и выражения..…………………………………..………....6
Расчет показателей …….…...........................................................................10

4.1 Расчет индикаторных и эффективных показателей для бензинового двигателя..........…………………………………………......……………………10

4.1 Расчет индикаторных и эффективных показателей для дизельного двигателя..........................……………...………..........................................13

Заключение………………………………………………………………...….............16

Список литературы…………………………………………………………...........…17

Расчет

эффективных и индикаторных показателей автомобильного двигателя

ВВЕДЕНИЕ

В целях углубления и закрепления знаний об основных показателях двигателей внутреннего сгорания, выполняется задание № 2. В данной работе требуется рассчитать индикаторные и эффективные показатели реальных автомобильных двигателей, сопоставить полученные расчетные значения со значениями соответствующих параметров для бензиновых и дизельных двигателей (указать характерный диапазон изменения соответствующего параметра) и объяснить влияние на эти показатели различных эксплуатационных и конструктивных факторов.

Содержание задания

На основании исходных данных (табл. 3 и 4 ) рассчитать значения индикаторных и эффективных показателей, а также коэффициента наполнения автомобильного бензинового и дизельного двигателей.

При выполнении расчета принять:

- тактность двигателя τ = 4; температура окружающей среды T0 = 278 К; давление окружающей среды p0 = 0,1 МПа;

а) для бензинового двигателя :pа = 0,9р0; коэффициент избытка воздуха α = 1; низшая теплотворная способность топлива Qн = 44000 кДж/кг; температура остаточных газов Тr = 1050 K;

б) для дизельного двигателя pа = 0,9р0; при наличии наддува pа = 0,9рk и Т0 = Тk ; низшая теплотворная способность топлива Qн = 42500 кДж/кг; температура остаточных газов Тr = 850 K.

Сопоставить полученные расчетные значения с значениями соответствующих параметров для бензиновых и дизельных двигателей (указать характерный диапазон изменения соответствующего параметра).

Значения исходных значений для задания

Таблица 1 – Бензиновые двигатели

Исходные данные	Значения исходных данных
Мощность двигателя (Ne), кВт	55
Частота вращения КВ (n), 1/мин	5000
Рабочий объем двигателя, (Vs) дм3	1,971
Механический КПД (ηm)	0,77
Степень сжатия (ε)	8,0
Подогрев заряда на впуске (ΔТ), K	14
Коэффициент остаточных газов (%)	0,10
Расход топлива двигателем (B), кг/ч	15,4

Таблица 2 – Дизельные двигатели

Исходные данные	Значения исходных данных
Мощность двигателя (Ne), кВт	51
Частота вращения КВ (n), 1/мин	4600
Рабочий объем двигателя, (Vs) дм3	1,929
Механический КПД (ηm)	0,75
Степень сжатия (ε)	21,5
Давление наддува (pk), МПа	̶
Температура наддувочного воздуха (Tk), K	̶
Подогрев заряда на впуске (ΔТ), K	15
Коэффициент избытка воздуха (α)	1,6
Исходные данные	Значения исходных данных
Коэффициент остаточных газов (%)	0,05
Расход топлива двигателем (B), кг/ч	10,5

Расчетные формулы и выражения

Индикаторные показатели

Индикаторные показатели характеризуют совершенство рабочего цикла и учитывают только тепловые потери в двигателе (потери теплоты в охлаждающую жидкость, с отработавшими газами, в моторное масло, в окружающую среду).

При частоте вращения коленчатого вала двигателя n, 1/ мин, в одном цилиндре двигателя за 1 секунду совершается n/(30) циклов , τ - тактность двигателя (τ = 4 для 4-тактного двигателя и τ = 2 для 2-тактного двигателя).

Поскольку работа, совершаемая в единицу времени, есть мощность, то с учетом сказанного выше индикаторную мощность двигателя с количеством цилиндров i можно найти из выражения

, (1)

где pmi – среднее индикаторное давление;

Vs– рабочий объем цилиндра;

Пусть двигатель с индикаторной мощностью Ni расходует за 1 час В кг топлива. Отношение

(2)

характеризует экономичность двигателя и называется удельным индикаторным расходом топлива.

Эффективность использования в цикле выделившейся теплоты характеризуется значением индикаторного КПД ηi(индикаторного коэффициента полезного действия). Индикаторный КПД представляет собой отношение количества теплоты, затраченной на совершение индикаторной работы, к количеству теплоты, выделившемуся в цилиндрах двигателя при полном сгорании поданного в них топлива.

Количество теплоты, кДж, выделившееся в цилиндрах двигателя в течение одного часа, определяется из выражения

Q , (3)

где Qн – низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг.

Количество теплоты, эквивалентное работе 1 кВт*ч составляет 3600 кДж (термический эквивалент работы 1 кВт*ч). Пусть индикаторная работа газов в цилиндре составляет Qi = 1 кВт*ч (или соответственно 3600 кДж). Тогда значение индикаторного КПД можно вычислить с помощью выражения

. (4)

Также значение индикаторного КПД можно вычислить из выражения

(5)

где α – коэффициент избытка воздуха;

ηv – коэффициент наполнения цилиндра свежим зарядом;

l0 – теоритическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива

pmi – среднее индикаторное давление, МПа;

ρз – плотность свежего заряда в цилиндре к моменту начала сжатия, кг/м3. Множитель 103 выражает количество дм3 в 1 м3 .

При неизвестном значении среднего индикаторного давления и известном значении ηi выражение (5) можно использовать для вычисления pmi

(6)

Эффективные показатели

Эффективные показатели наряду с тепловыми потерями учитывают также и механические потери, возникающие при передаче работы газов в цилиндре на коленчатый вал двигателя. К эффективным показателям относятся названные ниже показатели.

Мощность механических потерь Nm. Это мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивлений в узлах трения и подшипниках, на привод вспомогательных агрегатов, а также на совершение тактов выпуска отработавших газов и наполнения цилиндров свежим зарядом в 4-тактных двигателях. Мощность механических потерь можно рассчитать по формуле

(7)

где – момент, затрачиваемый на преодоление механических потерь в двигателе.

Зная мощность механических потерь, можно рассчитать среднее давление механических потерь, МПа

(8)

Среднее эффективное давление является условным постоянным избыточным давлением, которое, действуя на поршень, за один его ход совершает работу, равную полезной работе газов в цилиндре за весь цикл.

(9)

Эффективная мощность Nе. Это полезная мощность, которая передается от двигателя потребителю. При проведении экспериментальных исследований в условиях испытательного стенда значение Ne можно рассчитать по формуле

(10)

где Ме – эффективный крутящий момент на фланце отбора мощности, определяемый с помощью нагрузочного устройства.

При известном значении эффективной мощности значение среднего эффективного давления можно вычислить с помощью выражения

(11)

Механический КПД ηm. При работе двигателя на нагрузочных режимах этот показатель характеризует совершенство конструкции двигателя с точки зрения уровня механических потерь при передаче работы газов на коленчатый вал.

(12)

Зная выражение ηm, с учетом выражения (6) можно вычислить значение среднего эффективного давления по формуле

(13)

Эффективный КПД ηe. Этот показатель представляет собой отношение количества теплоты Qe, затраченного на совершение полезной работы, к количеству теплоты Q , выделившемуся при полном сгорании поданного в цилиндры двигателя топлива.

. (14)

C у четом выражений (5) и (14) можно записать

(15)

Пусть двигатель с эффективной мощностью Nе расходует за 1 час В кг топлива. Отношение

(16)

характеризует экономичность двигателя и называется удельным эффективным расходом топлива.

Расчет коэффициента наполнения выполняется по выражению

(17)

При расчете коэффициента наполнения для двигателя с наддувом величины и в выражении (17) необходимо заменить величинамиpkи Tk.

Значение величины зависит от состава смеси (коэффициента избытка воздуха α) и температуры газовTr. Однако этой зависимостью можно пренебречь и для бензиновых двигателей, работающих под нагрузкой, принять При этом погрешность расчета значенияТа не превысит 1 %.

Для дизельных двигателей при α = 1,4…1,8 можно принять , а при более высоких значениях α можно считать

Расчет показателей

Расчет индикаторных и эффективных показателей для бензинового двигателя

Индикаторные показатели

Из формулы (10) выражаем и находим значение Me

По формуле (11) вычисляем значение среднего эффективного давления

Из формулы (12) выражаем и находим среднее индикаторное давление

Индикаторную мощность двигателя с количеством цилиндров i можно найти из выражения (1)

Пусть двигатель с индикаторной мощностью Ni расходует за 1 час 15,4 кг топлива. Тогда удельный индикаторный расход топлива, характеризующий экономичность двигателя вычисляется по формуле (2) и равен

Количество теплоты, кДж, выделившееся в цилиндрах двигателя в течение одного часа, определяется из выражения (3)

Q .

Значение индикаторного КПД можно вычислить при помощи выражения (4)

Эффективные показатели

Из формулы (9) выразим среднее давление механических потерь, МПа

Затем, из формулы (8) выражаем и рассчитываем мощность механических потерь

Зная значение мощности механических потерь, рассчитаем момент, затрачиваемый на преодоление механических потерь в двигателе (), по формуле (7)

По формуле (14) рассчитаем эффективный КПД (ηe)

По формуле (16) рассчитываем удельный эффективный расход топлива.

Далее производим расчет коэффициента наполнения по выражению (17)

Расчет индикаторных и эффективных показателей для дизельного двигателя

Индикаторные показатели

Из формулы (10) выражаем и находим значение Me

По формуле (11) вычисляем значение среднего эффективного давления

Из формулы (12) выражаем и находим среднее индикаторное давление

Индикаторную мощность двигателя с количеством цилиндров i можно найти из выражения (1)

Q .

Значение индикаторного КПД можно вычислить при помощи выражения (4)

Эффективные показатели

Из формулы (9) выразим среднее давление механических потерь, МПа

Затем, из формулы (8) выражаем и рассчитываем мощность механических потерь

По формуле (14) рассчитаем эффективный КПД (ηe)

По формуле (16) рассчитываем удельный эффективный расход топлива.

Далее производим расчет коэффициента наполнения по выражению (17) для дизельного двигателя без наддува

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Навыки, полученные при выполнении данной самостоятельной работы, дают более полное представление о работе термодинамических циклов двигателей внутреннего сгорания, их особенностях и различиях. А также данное методическое указание помогло освоить навык расчета параметров термодинамических циклов и построения диаграмм этих циклов. Также, знания, приобретенные в ходе выполнения работы помогают анализировать действительные циклы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Методические указания по выполнению заданий для самостоятельных работ для студентов, обучающихся по направлению подготовки 190700 – Технология транспортных процессов / В. Н. Степанов; [Текст] / СПбГАСУ. – СПб., 2012. – 13 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

РР49.20.00.000 ПЗ

studfiles.net

Показатели эффективности двигателей

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория:

Устройство и работа двигателя

Показатели эффективности двигателей

Среднее индикаторное давление и индикаторная мощность. Индикаторная диаграмма двигателя представляет собой рабочий цикл, а площадь, ограниченная ею (в определенном масштабе),— индикаторную работу цикла.

На рис. 1 показаны индикаторные диаграммы рабочего цикла двигателей. В четырехтактных двигателях площадь диаграммы, определяющая работу за цикл, состоит из площади, соответствующей положительной индикаторной работе, полученной за такты сжатия и расширения, и площади, соответствующей работе газов при осуществлении тактов выпуска и впуска.

В поршневых двигателях на очистку и наполнение затрачивается работа, которая будет отрицательной. В комбинированных двигателях эта работа может быть как отрицательной, так и положительной. Работу газов в период газообмена обычно относят к механическим потерям в двигателе.

В двухтактных двигателях вся площадь индикаторной диаграммы определяет полезную индикаторную работу. Чем больше индикаторная работа L, тем лучше использование рабочего объема V/, цилиндра двигателя.

Это условное давление pt принято называть средним индикаторным давлением. Среднее индикаторное давление численно равно высоте прямоугольника с основанием, равным рабочему объему Vh, и площадью, равной площади индикаторной диаграммы.

Так как полезная индикаторная работа при заданных размерах цилиндра пропорциональна давлению р,, совершенство рабочего процесса можно оценивать по среднему индикаторному давлению. Чем больше давление р,-, тем больше работа Ц и, следовательно, рабочий объем цилиндра используется лучше. Максимальные значения среднего индикаторного давления в различных двигателях зависят от многих факторов: способа смесеобразования; осуществляемого цикла; коэффициента избытка воздуха; наполнения цилиндра и др.

Рис. 1. Индикаторные диаграммы рабочего цикла: а — четырехтактного двигателя; б — двухтактного двигателя; в — выпуска и впуска четырехтактного двигателя; г — выпуска и впуска комбинированного четырехтактного двигателя

Произведение iVh представляет собой рабочий объем двигателя.

С увеличением р< и п возврастают индикаторная мощность и степень использования рабочего объема цилиндра. Давление Pi можно повысить, улучшив наполнение цилиндра путем увеличения давления рк. Увеличение частоты вращения п ограничено ростом износа основных деталей и различными потерями. Поэтому частоту вращения выбирают главным образом в зависимости от размеров и назначения двигателя. Двигатели, которые должны обладать большим сроком службы, при условии, что их размеры и масса не имеют большого значения, как, например, двигатели, устанавливаемые на электростанциях и крупных судах, выполняют с малой частотой вращения вала. Транспортные двигатели — железнодорожные, тракторные и особенно авиационные и автомобильные — для обеспечения малой массы и компактности конструкции делают быстроходными.

Среднее эффективное давление и эффективная мощность. Передача индикаторной мощности сопровождается механическими потерями на фланец отбора мощности через поршень, шатун и коленчатый вал вследствие трения поршней и колец о стенки цилиндров, трения в подшипниках кривошипно-шатунного механизма. Кроме того, часть индикаторной мощности затрачивается на преодоление аэродинамических потерь, возникающих при вращении и колебании деталей, на приведение в действие механизма газораспределения, топливных, масляных, водяных и продувочных насосов и других вспомогательных механизмов двигателя. В четырехтактных двигателях часть индикаторной мощности тратится также на удаление продуктов сгорания и заполнения цилиндра свежим зарядом.

Читать далее: Показатели экономичности двигателей

Категория: - Устройство и работа двигателя

Главная → Справочник → Статьи → Форум

stroy-technics.ru

1.6 Индикаторные и эффективные показатели работы двигателя. Эффективные показатели работы двс

2.3. Индикаторные и эффективные показатели двигателя

2.3.1. Индикаторные показатели рабочего цикла

2.3.2. Эффективные показатели рабочего цикла

Тема 8. Индикаторные и эффективные показатели работы двигателя.

22. Эффективные показатели двигателя.

Расчетная работа 2

Показатели эффективности двигателей

Строительные машины и оборудование, справочник

Главная → Справочник → Статьи → Форум

1.6 Индикаторные и эффективные показатели работы двигателя. Разработка четырехтактного автомобильного двигателя

Похожие главы из других работ:

3.7 Эффективные показатели двигателя.

2.6 Индикаторные и эффективные показатели дизеля

1.8 Индикаторные и эффективные параметры рабочего цикла

1.8 Эффективные показатели двигателя

8. Эффективные показатели двигателя

1.6 Индикаторные и эффективные показатели работы двигателя

1.7 Эффективные показатели основные размеры цилиндра и двигателя

1.7 Эффективные показатели основные размеры цилиндра и двигателя

1.9 Эффективные показатели двигателя

1.8 Эффективные показатели

1.9 Эффективные показатели двигателя

1.8 ИНДИКАТОРНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ

2.9 Эффективные показатели двигателя

2.9 Эффективные показатели двигателя

Эффективные показатели двигателя

Смотрите также