Механические потери в двигателе

 

Часть индикаторной мощности двигателя затрачивается на преодоление механических потерь.

Мощность механических потерь - N_M

, КВт

где N_Т, N_г, N_вм, N_в, N_к – мощности, затрачиваемые соответственно на трение, на процесс газообмена, на привод вспомогательных механизмов(топливного, водяного и масляного насосов, вентилятора, генератора и др.) на перетекание заряда в дизеле с раздельными камерами сгорания, на привод в действие компрессора.

По аналогии с индикаторной мощностью формула для механических потерь:

, КВт

где: Р_М – среднее давление механических потерь – это работа механических потерь, приходящаяся на единицу рабочего объема цилиндра. Часть среднего индикаторного давления, затрачиваемого на механические потери, МПа.

, МПа

Обозначения аналогичные N_М.

80% всех потерь приходится на трение, из них 45…55% цилиндропоршневая группа.

Р_М – определяют по эмпирическим зависимостям

,

где a и b – коэффициенты, зависящие от типа, конструкции, размеров, числа цилиндров [справочные данные 1, 2] двигателя.

С_П – средняя скорость поршня, м/с.

, м/с

где: S – ход поршня, м;

   n – частота вращения вала двигателя, об/мин.

Эффективные показатели двигателя.

Среднее эффективное давление

Среднее эффективное давление P_e - это отношение эффективной работы на валу двигателя к единице рабочего объёма цилиндра.

Т. е. это условное постоянное давление в цилиндре двигателя, при котором работа, проводимая в нём за один такт, равнялась бы эффективной работе за цикл.

, МПа

где:

L_i – индикаторная работа цикла

L_М – работа механических потерь.

Р_е можно представить как:

, МПа

где Р_i, P_М – соответственно среднее индикаторное давление и давление механических потерь, МПа

Р_е = 0,6…1,1 – карбюраторный

Р_е = 0,55…0,85 – дизельный без наддува

Р_е = до 2,0 – дизельный с наддувом.

Длительное время стремились к увеличению Р_е. Однако, за последние 10…15 лет эта тенденция заметно изменилась в связи с растущими требованиями к токсичности двигателей.

Сейчас характерно сохранение и даже снижение Р_е при резком уменьшении токсичности.

 

Эффективная мощность

Эффективная мощность N_e – это мощность двигателя снимаемая с коленчатого вала двигателя, КВ.

Эта мощность передаётся трансмиссии тракторов и автомобилей.

, КВт

где:

N_i – индикаторная мощность, КВт

N_М – мощность, затрачиваемая на преодоление механических потерь, КВт.

По аналогии с N_i формула N_е может быть записана:

, КВт

Крутящий момент двигателя (НМ) можно описать формулой

, рад/с , НМ

где ω – угловая скорость коленчатого вала, рад/с

, Нм

или подставляя значение N_е

откуда

, МПа

Если обозначим , то

Следовательно, для данного двигателя крутящий момент прямо пропорционален среднему эффективному давлению.

При испытании двс.

 

Литровая мощность

Литровая мощность – эффективная мощность, приходящаяся на единицу рабочего объёма цилиндров двигателя.

, КВт/л

где

V_л – литраж двигателя:

N_л=15…40 КВт/л – карбюраторный двигатель

N_л=11…22 КВт/л – дизельный двигатель

 

Удельная масса двигателя

Удельная масса двигателя – отношение массы незаправленного двигателя к его номинальной мощности, кг/КВт;

, кг/КВт

где m_д - масса незаправленного двигателя, кг

g_N = 2…6 кг/КВт - карбюраторный двигатель

g_N = 4,5…14 кг/КВт - дизельный двигатель.

 

Механический КПД

Механический КПД – оценочный показатель механических потерь в двигателе.

η_м – отношение среднего эффективного давления, эффективной мощности и момента к соответственным индикаторным показателям.

Из уравнений имеем:

η_м = 0,7…0,9 – карбюраторный двигатель

η_м = 0,7…0,82 – дизельный двигатель без наддува

η_м = 0,8…0,9 - дизельный двигатель с наддувом

 

Эффективный КПД

Эффективный КПД ( η_е ) – отношение количества теплоты, эффективной полезной работы на валу двигателя, к общему количеству теплоты, внесённой в двигатель с топливом.

где L_e – теплота, эквивалентная эффективной работе, МДж/кг топл;

Q_н – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг

т. к. ;

, то

 - характеризует степень использования теплоты в двигателе с учётом всех потерь: тепловых и механических.