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 N_e – эффективная мощность в кВт;

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

Средним эффективным давлением P_e называют 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 1м³ рабочего объема цилиндра, то

,

где P_e – среднее эффективное давление МПа;

P_M – 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 КПД двигателя.

.

Заменив N_e и P_e, 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 КПД является 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 топлива g_e является вторым показателем экономичности работы двигателя. Он определяется по формуле:

.

Связь между обоими показателями экономичности работы двигателей η_e и g_e устанавливается формулой:

или

.

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

Связь между η_i, g_i и g_e 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:

.