В этой статье я расскажу о законах тепло­техники, которые напрямую связаны с рабо­той двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, будут рассмотрены основные положе­ния теплотехники.

 

Принцип работы двигателя

 

Под принципом работы двигателя понимают вид процесса, в ходе которого в двигателе про­исходит преобразование энергии, содержа­щейся в топливе, в механическую работу. По принципу работы различают двухтакт­ный и четырехтактный двигатели, которые работают, соответственно, по двухтактному или четырехтактному циклу. Это относится как к бензиновым двигателям с воспламенением смеси от электроразряда, так и к дизельным двигателям с воспламенением смеси от сжа­тия в цилиндре. Практически все двигатели на сегодняшний день работают по принципу простого действия, когда только одна сторона поршня соприкасается с горючей смесью.

 

Рабочий цикл четырехтактного двигателя

 

Рабочий цикл четырехтактного двигателя делится на четыре такта, которые про исходят за два полных оборота коленчатого вала. Различают следующие четыре такта:

 

Первый такт — впуск. Поршень движется при открытом впускном и закрытом выпускном клапанах из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю мертвую точку (НМТ). Возникающее при этом в цилиндре разрежение втягивает в ци­линдр порцию топливовоздушной смеси. Величина давления при этом составляет не­сколько десятых бара.

Второй такт — сжатие. При закрытых клапанах поршень движется из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку и сжимает заряд топливовоздушной смеси. Давление и температура в цилиндре ра­стут. Их максимальные значения составляют:

• для дизельного двигателя — давление 30-50 бар, температура 550-700 °С;
• для бензинового двигателя — давление 10-16 бар, температура 350-450 °С.

 

Третий такт — рабочий ход. Клапаны закрыты. Сгорание топливовоз­душной смеси начинается в верхней мертвой точке поршня. В результате в цилиндре повы­шаются температура и давление, максималь­ные значения которых составляют:

• для дизельного двигателя — давление 60-100 бар, температура около 2000 °С;
• для бензинового двигателя — давление 40-70 бар, температура около 2500 °С.

 

В двигателе с наддувом давление в ци­линдре гораздо выше. Газы, являющиеся продуктом сгорания топливовоздушной смеси, начинают расширяться, воздействуя на поршень и перемещая его к нижней мерт­вой точке. Именно в течение этого такта газы совершают полезную работу, почему такт и называется «рабочий ход». В течение сле­дующих трех тактов, наоборот, поршень воз­действует на газы в цилиндре.

Четвертый такт — выпуск. При открытом выпускном и закрытом впускном клапанах поршень выталкивает из цилиндра отработавшие газы, лишенные своей энергии. При этом в цилиндре присут­ствует незначительный вакуум.

На рис. «Рабочий цикл четырехтактного двигателя» представлены четыре такта и соответствующая диаграмма работы дви­гателя в координатах p, V.

 

Рабочий цикл двухтактного двигателя

 

Рабочий цикл двухтактного двигателя со­стоит всего из двух тактов, происходящих за один полный оборот коленчатого вала.

В двухтактном двигателе внутреннего сго­рания нижняя часть поршня работает в ка­честве нагнетателя воздуха. В конструкции современных двигателей (не только двух-, но и четырехтактных) для обеспечения оп­тимальной подачи воздуха в цилиндры ис­пользуются дополнительные нагнетатели воздуха (рис. «Схема действия роторного нагнетателя»).

Рабочий цикл двухтактного двигателя происходит следующим образом:

Первый такт — продувка и сжатие. Поршень двигается из нижней мертвой точки (НМТ) в верхнюю мертвую точку (ВМТ). Пока поршень не перекроет перепускные окна, свежий заряд топливовоздушной сме­си либо воздуха (в случае системы впрыска топлива) выталкивает использованный за­ряд из цилиндра наружу. При этом свежий заряд воздуха может подаваться из надду­вочного нагнетателя под давлением, немно­го превышающим давление отработавших газов в цилиндре. После перекрытия порш­нем перепускных окон заряд сжимается. При этом растут давление и температура, значе­ния которых достигают значений давления и температуры в четырехтактном двигателе.

Второй такт — рабочий ход и выпуск. Сгорание начинается, как и в четырех­тактном двигателе, при нахождении поршня возле верхней мертвой точки. Температура и давление не достигают максимальных зна­чений, как в четырехтактном двигателе. За­тем продукты сгорания топливовоздушной смеси расширяются в объеме. Как только поршень открывает перепускное окно, от­работавшие газы под давлением выходят в систему выпуска. Вскоре вслед за этим открывается второе перепускное окно, и поступающий свежий заряд выталкивает остатки отработавших газов из цилиндра. На рис. «Рабочий цикл двухтактного двигателя» представлены два такта и соот­ветствующая диаграмма работы двигателя в координатах р, V.

 

Идеальные процессы газов

 

Идеальными термодинамическими процес­сами являются циклические процессы, со­гласно которым работал бы идеальный дви­гатель. С помощью данных процессов можно с точки зрения их экономичности судить о различных способах работы двигателя. Ис­пользуя один или несколько термодинами­ческих процессов, возможно моделировать отдельные такты работы двигателя с учетом желаемой точности и рассчитанного рас­хода топлива, а затем сравнивать результат с реальным процессом. Так как речь идет о циклическом тепловом процессе, при его моделировании необходимо рассчитывать обычные изменения параметров работы, та­ких, как компрессия, подвод и отведение те­плоты, расширение рабочего тела.

 

λ = впускаемое количество воздуха / количество воздуха при стехиометрическом сгорании

 

При этом в большинстве двигателей подвод теплоты осуществляется посредством сгорания то­плива в смеси с воздухом, а отведение тепло­ты — путем вывода из цилиндров отработав­ших газов и впуска свежего заряда воздуха либо топливовоздушной смеси. Коэффициент избытка воздуха является самой важной величиной для про­цесса сгорания, влияющей на коэффициент полезного действия двигателя. Целью расчета является оценка влияния на экономичность работы двигателя изменений в его конструк­ции или технологическом процессе. Таким образом, идеальные термодинамические про­цессы используются при выборе принципа работы будущего двигателя и его конструкции.

Ниже будут рассматриваться некоторые идеальные термодинамические процессы. Исходя из их «технической термодинамики», можно создать двигатель внутреннего сгора­ния с идеальными параметрами газа в зам­кнутом цикле работы. Подвод и отведение не­обходимого количества теплоты происходит снаружи. В результате изменения состояния рабочего тела в цилиндре происходит цикли­ческий процесс, представленный на рис. «Термодинамический процесс»:

1-2: изоэнтропийное сжатие;

2-3: подвод теплоты при постоянном объеме, сгорание при постоянном объеме (изохорический подвод теплоты);

3-4: подвод теплоты при постоянном давлении, сгорание при постоянном давле­нии (изобарный подвод теплоты);

4-5: изоэнтропийное расширение;

5-1: отведение теплоты при постоян­ном объеме.

Заштрихованные площади на диаграм­мах p,V и Т, s представляют собой полезную работу               и полезную теплоту Q_N всего двигателя. Подводимая теплота представле­на на диаграмме Т — S как площадь участ­ка «a 1 2 3 4 5 b», а отводимая теплота — как площадь участка «a 1 5 b». Разница между подводимой и отводимой теплотой является полезной теплотой.

 

Процесс сгорания топлива

 

Так как подвод теплоты происходит при сгорании топлива, параметры процесса сго­рания и используемое топливо являются решающими факторами для подвода тепло­ты и, как следствие, для обеспечения опти­мального коэффициента полезного действия работы двигателя. В рамках термодинамиче­ского упрощения, выполненного ранее, в от­ношении распределения подвода теплоты (подвод при постоянном объеме или подвод при постоянном давлении), тип сгорания то­плива определяет значимость отдельных со­ставляющих общего подвода теплоты. В ос­новном необходимо отметить следующее: чем выше температура кипения топли­ва и чем меньше степень обогащения топливовоздушной смеси, тем дольше происходит процесс горения топлива.

При этом подвод теплоты при постоянном давлении увеличивается, так как поршень, как правило, двигается вниз, в то время, как смесь еще горит. Так как при одинаковой степени сжатия коэффициент полезного действия при увеличении доли изобарического подвода теплоты понижается по отношению к изохорному подводу теплоты, желательным было бы усовершенствованное приготовление топливовоздушной смеси для обеспечения быстрого изохорного сгорания. С другой стороны, для усовершенствованного приготовления смеси требуется склонность топлива к неконтролируемому сгоранию при высоких степенях сжатия, отчего степень сжатия должна понижаться за счет коэффициента полезного действия.

 

 

В теории различают три основных типа сгорания смеси, которые должны оцениваться по-разному (рис. «Схема типов сгорания топливовоздушной смеси»).

• Однородное сгорание: топливовоздушная смесь, равномерно распределенная в камере сгорания, сгорает одновременно, начиная от центров самовоспламенения;
• Сгорание с предварительным смешиванием с фронтом пламени: такая же равномерно распределенная однородная смесь сгорает, начиная от источника воспламенения, через фронт пламени, который распространяется в камере сгорания. Данный тип сгорания является типичным для двигателей с принудительным искровым зажиганием (бензиновых). Так как смесь воспламеняется принудительно, следует исключить самовоспламенение, а топливо должно быть трудновоспламеняющимся и иметь низкую температуру кипения для приготовления хорошей горючей смеси;
• Диффузионное сгорание: в данном случае, в то время как одна часть топлива уже сгорает, происходит расширение объема газа, вызванное диффузией, и последующее сгорание остальной части топлива. Данный тип сгорания типичен для дизельных двигателей с непосредственным впрыском топлива, которое впры­скивается в уже существующее пламя. Необходимо, чтобы топливо обладало высокой температурой кипения и было легковоспламеняющимся, что является типичным для дизельного топлива.

 

На сегодняшний день бензин и дизель­ное топливо в большинстве случаев являют­ся минеральными.

 

Циклические процессы газов

 

Из всего вышесказанного следует, что бен­зиновый двигатель с принудительным зажи­ганием имеет сравнительно низкую степень сжатия, но при этом, из-за наличия пламени после предварительного смешивания то­плива с воздухом, обеспечивает более вы­годное термодинамически, сгорание при по­стоянном объеме.

Напротив, дизельный двигатель имеет более высокую степень сжатия, так как то­пливо впрыскивается только в конце такта сжатия воздуха в цилиндре. Из-за этого диф­фузионное сгорание происходит медленнее, так что в классическом дизельном двигателе доля сгорания при постоянном давлении, ме­нее выгодного термодинамически, преобла­дает благодаря движению поршня вниз. Так как в целом преимущество более высокой степени сжатия превышает недостаток боль­шей доли сгорания при постоянном объеме, классические дизельные двигатели позво­ляют достичь более высокого термодинами­ческого коэффициента полезного действия в отличие от бензиновых двигателей.

Дальнейшее улучшение процесса рабо­ты дизельного двигателя достигается с по­мощью турбонагнетателя, приводимого в действие потоком отработавших газов. Благодаря этому удается увеличить коли­чество подаваемого в цилиндр воздуха при неизменном рабочем объеме и, таким образом, повысить удельную мощность дви­гателя. Конечная температура при сжатии, возрастающая при увеличении количества воздуха в цилиндре, не является критичной в дизельном двигателе с точки зрения про­цесса его работы, так она не может привести к преждевременному воспламенению, как в бензиновом двигателе, в котором исполь­зуется горючая топливовоздушная смесь.

При использовании непосредственного впрыска топлива в бензиновом двигателе также можно увеличить степень сжатия или использовать эффект турбонаддува даже при слегка сниженной степени сжатия. Это­го можно достичь посредством внутреннего охлаждения с одновременным испарением жидкого впрыскиваемого топлива, что сни­жает опасность преждевременного и некон­тролируемого сгорания смеси.

С увеличением степени сжатия повышает­ся термический коэффициент полезного дей­ствия. При использовании турбонаддува в бен­зиновом двигателе достигается постоянный термический коэффициент полезного действия при повышенной мощности двигателя. Это по­зволяет заменить двигатели с большим рабо­чим объемом, которые сильно задросселированы в режимах частичной нагрузки и работают с неоптимальным коэффициентом полезного действия, на двигатели с меньшим рабочим объемом, которые при приблизительно оди­наковой номинальной мощности имеют незна­чительные дроссельные потери в режимах ча­стичной нагрузки. Данная концепция известна также как Downsizing (уменьшение габаритов).

Процесс однородного сгорания пока не удается использовать в серийных моторах. До сих пор для дизельных двигателей выби­раются пути стабилизации процесса сгорания посредством понижения степени сжатия и ре­циркуляции отработавших газов. Равномерно распределенные горячие отработавшие газы служат, вследствие своей высокой темпера­ туры, инициатором последующего воспла­менения в камере сгорания. После этого они поддерживают начинающееся горение, по­скольку при этом выделяется меньше тепло­ты. Целью является необходимость повлиять на температуру сжатия воздуха посредством точного добавления количества отработав­ших газов таким образом, чтобы сделать возможным безопасное возгорание смеси в желаемый момент — в том числе без хоро­шо управляемого впрыскивания топлива. Не­обходимо учитывать тот факт, что с помощью данных мер и многократных впрыскиваний, типичных для современных дизельных дви­гателей, классический процесс работы ди­зельного двигателя приближается к процессу работы бензинового двигателя, в котором доля сгорания при постоянном объеме увели­чивается и составляет весь процесс подвода теплоты.

С другой стороны, в современных бензино­вых двигателях благодаря непосредственному впрыску топлива уменьшается опасность пре­ждевременного воспламенения смеси благо­даря внутреннему охлаждению, связанному с испарением топлива. При использовании непосредственного впрыска топлива во время такта сжатия можно вызвать расслоение сме­си непосредственно в зоне свечи зажигания. Расслоение смеси должно происходить бла­годаря конструктивному исполнению днища поршня или посредством подачи топлива че­рез насадку на форсунке в виде капель таким образом, чтобы вблизи свечи зажигания рас­полагалась относительно насыщенная легко­воспламеняющаяся смесь. В этом случае ини­циируемое свечой зажигания воспламенение уже не имеет исключительно взрывной тип, наоборот, возрастает составляющая, типичная для диффузионного пламени. При этом способ сгорания смеси в современном бензиновом двигателе приближается к способу сгорания смеси в дизельных двигателях.

С непосредственным впрыском топлива и расслоением горючей смеси связано ис­пользование отработавших газов. В данном случае нейтрализация отработавших газов, оказывается невозможной по причине использования на автомобиле катализатора в системе выпуска.

В бензиновом двигателе однородный спо­соб сжигания смеси также достигается посред­ством высокой скорости рециркуляции отра­ботавших газов. Точное управление скоростью рециркуляции отработавших газов является одной из самых сложных проблем, особенно при неустойчивой работе двигателя. Возраста­ющий шум, возникающий в процессе сгорания, и высокие предельные значения давления так­же должны учитываться при разработке.

В целом, плохая работа двигателя по этим причинам ограничивается до максимальных средних нагрузок и частот вращения колен­чатого вала.

 

Фактический рабочий процесс двигателя

 

Рабочий процесс реального двигателя в зна­чительной степени отличается от идеального двигателя благодаря следующим причинам:

• В цилиндре находится не только чистый заряд топливовоздушной смеси, но и от­работавшие газы от предыдущего рабо­чего цикла;
• Смесь сгорает не полностью;
• Сгорание обеспечивается только при по­стоянном давлении или только при по­стоянном объеме;
• Происходит теплообмен между газами и поверхностью камеры сгорания;
• При впуске и выпуске возникают гидрав­лические потери;
• Часть газов проникает из камеры сгора­ния в картер двигателя через недоста­точно герметичные поршневые кольца;
• Существуют потери на трение в криво­шипно-шатунном механизме.

 

Изменение давления вовремя фактиче­ского рабочего процесса в двигателе обычно показывается с помощью так называемой ин­дикаторной диаграммы, которая графиче­ски изображает зависимость давления в ци­линдре двигателя от величины перемещения поршня или изменения объема, занимаемого газами. С помощью индикаторной диаграм­мы можно определить отклонения от рабо­чего процесса всего двигателя. На рис. «Индикаторная диаграмма четырехтактного бензинового двигателя и диаграмма подвода теплоты при постоянном объёме» представлена индикаторная диаграмма вместе с диаграммой подвода теплоты при постоянном объеме. Изменения в давлении или объеме, обозначенные красной цифрой 1, способствуют газообмену, т.е. подаче све­жей смеси в камеру сгорания и выпуску из цилиндра отработавших газов. Изображе­ние на диаграмме р — V называется циклом смены заряда смеси. При впуске и выпуске гидравлические потери и потери теплоты че­рез стенки ведут к сильному отклонению от идеального циклического процесса.

В особенности это характерно для обыч­ных безнаддувных бензиновых двигателей, так как нагрузка на двигатель меняется в за­висимости от массы свежего заряда смеси (ре­гулирование количества рабочей смеси). Для изменения количества смеси в системе впуска используется дроссельная заслонка. В закры­том положении она снижает давление в систе­ме впуска, меняя, соответственно, плотность свежего заряда смеси, вследствие чего при данном рабочем объеме количество рабочей смеси в камере сгорания снижается. С дрос­селированием связано повышение эффектив­ности при смене заряда, характеризуемое уве­личением замкнутой площади на диаграмме в координатах р—V, так как давление в цилин­дре во время впуска продолжает понижаться.

Поскольку в дизельном двигателе на­грузка регулируется с помощью изменения подачи количества топлива в сжатый воздух в цилиндре (регулирование качества ра­бочей смеси), дроссельная заслонка в этом случае не нужна, а потери на входе здесь значительно меньше.

На рис. «Цикл смены заряда топливовоздушной смеси в четырехтактном бензиновом двигателе с управлением нагрузкой с помощью дроссельной заслонки» детально представлен цикл смены заряда топливовоздушной смеси. Кроме того, указаны моменты открытия и за­крытия впускного и выпускного клапанов.

Согласно уравнению для расчета работы по изменению объема:

W_V = —∫pdV  

представленная на рис. «Цикл смены заряда топливовоздушной смеси в четырехтактном бензиновом двигателе с управлением нагрузкой с помощью дроссельной заслонки» площадь зам­кнутого участка, ограниченного кривыми, представляет собой работу, выполненную для смены заряда рабочей смеси.

Можно увидеть, что повышение давления во время впуска свежего заряда приводит к сниже­нию величины работы по смене заряда. Это возможно только тогда, когда количество свежего заряда управляется не посредством плотности или дросселирования, а закрыти­ем впускного клапана только при наличии достаточной массы свежей смеси в цилин­дре. Для этого необходима возможность регулировать момент закрытия впускного клапана, то есть менять фазы газораспре­деления. В этом случае речь идет об управ­лении нагрузкой без дросселя. При этом дозирование свежего заряда смеси проис­ходит непосредственно на клапане, соот­ветственно, характеристики хода впускного клапана должны зависеть от нагрузки, то есть быть бесступенчатыми и изменяющи­мися. На рис. «Цикл смены заряда топливовоздушной смеси в четырехтактном бензиновом двигателе с управлением нагрузкой без дроссельной заслонки» представлен полученный цикл смены заряда смеси для раннего за­крытия впускного клапана, что, например, необходимо при частичной нагрузке. Можно увидеть, что площадь замкнутого участка, ограниченного кривыми, в цикле смены за­ряда, то есть совершенная работа при смене заряда, становится меньше.

К другой возможности управления на­грузкой без дросселя в бензиновом двига­теле относится переход к управлению каче­ством смеси с помощью непосредственного впрыска топлива. В этом случае добавляются термодинамические преимущества непо­средственного впрыска топлива в цикличе­ском процессе и снижение отношения по­терь при смене заряда к экономии топлива более, чем на 20% в некоторых рабочих об­ластях по сравнению с традиционным кар­бюраторным бензиновым двигателем.

 

Среднее давление на поршень

 

Площадь А замкнутого участка индикатор­ной диаграммы соответствует работе, вы­полняемой в цилиндре за один рабочий цикл W. Если преобразовать данный участок в прямоугольник равной площади (рис. «Среднее давление на поршень»), то его высота h будет соответствовать сред­нему давлению на поршень С помощью данного давления можно выразить работу, выполняемую в цилиндре за один рабочий цикл:

W = p_i · V_h

p_i— среднее давление на поршень, среднее указанное давление на поршень;

V_h — рабочий объем одного цилиндра (измеряется в литрах).

Среднее давление на поршень можно обозначить также как удельную работу поршня.

Согласно формуле p_i= W/V_h оно представляет собой отношение работы к ра­бочему объему. В качестве единицы давле­ния используются чаще всего бары, а в ка­честве единицы удельной работы поршня, например, кДж/дм³.

 

Мощность двигателя

 

В двигателях различают различные мощно­сти. Важным является, в каком месте и в ка­ком рабочем состоянии двигателя будет определяться мощность.

 

Индикаторная мощность двигателя

 

Внутренняя мощность двигателя Pi также называется индикаторной мощностью, так как она определяется на основании индика­торной диаграммы. Фактически это мощ­ность, с которой расширяющиеся газы воз­действуют на поршень. С помощью среднего давления на поршень можно рассчитать ин­дикаторную мощность двигателя:

P_i = p_i Vh ξ n i 

ξ — количество цилиндров;

п — частота вращения коленчатого вала;

i — коэффициент:

для двухтактного двигателя i = 2;

для четырехтактного двигателя i = 0,5.

Данная формула выводится из аксиомы, что мощность является работой за единицу времени.

 

Эффективная мощность двигателя

 

Полезная мощность или эффективная мощность Р_e является мощностью, которая передается от двигателя через сцепление на коробку передач. Она меньше, чем индика­торная мощность, на величину мощности трения (т.е. мощности, требуемой для пре­одоления трения в движущихся деталях дви­гателя). Мощность трения складывается из:

• Мощности, требуемой для преодоления трения при движении поршня и поршне­вых колец, а также трения в подшипни­ках и других частях двигателя;
• Мощности, требуемой для приведения в действие навесного оборудования, не­обходимого для работы двигателя (то­пливные насосы высокого и низкого дав­ления, помпы системы смазки и системы охлаждения, вентилятор системы охлаж­дения, генератор системы электрообору­дования, а также (при наличии) механиче­ский нагнетатель наддувочного воздуха). Эффективная мощность измеряется с по­мощью динамометрического стенда, иначе именуемого тормозом-замедлителем. Полу­ченные данные измерений зависят от рабо­чего состояния двигателя.

 

Измерение мощности двигателя по стандарту DIN

 

Мощность двигателя измеряется в его рабочем состоянии, т.е. с фильтром на впу­ске, системой выпуска отработавших газов и с собственными приводами всего навесно­го оборудования.

 

Измерение мощности двигателя по стандарту SAE

 

Страной происхождения данного метода измерения считается США (SAE = Society of Automotive Engineers (Общество инженеров автомобильной промышленности)). При из­мерении согласно старому стандарту SAE получали значения, которые были на 15­20% выше значений по стандарту DIN. Дви­гатели тестировались без серийных систем впуска и выпуска, а все навесное оборудова­ние приводилось в действия не от двигателя, а посредством внешних источников. Кроме того, карбюратор и система зажигания на­страивались для получения максимальной мощности. Согласно новому стандарту SAE двигатель приводится в действие так же, как и по стандарту DIN, с фильтром на впуске, смонтированной системой выпуска отработавших газов и с собственными при­водами всего навесного оборудования. Со­ответственно, значения мощности между измерениями по новому стандарту SAE и по стандарту DIN незначительно различаются за счет несовпадения исходных параметров (например, давления и температуры возду­ха) используемой формулы снижения мощ­ности. Значения мощности при измерении по стандарту SAE лишь незначительно мень­ше, чем значения, измеренные по стандарту DIN.

 

Литровая мощность двигателя

 

Под литровой мощностью двигателя по­нимается отношение эффективной мощ­ности к общему рабочему объему:

P₁ = P_e/V_h

где, V_H = z · V_h

Литровая мощность является параме­тром, характеризующим нагрузку двигате­ля и его рабочий объем. Большая литровая мощность двигателя означает высокую нагрузку, но небольшой размер двигате­ля. Если необходимо, чтобы срок службы двигателя был дольше, двигатель должен иметь небольшую литровую мощность дви­гателя.

 

Экспериментальные данные по литровой мощности:

 

Низкооборотный большой дизельный дви­гатель (двухтактный, п= 100 мин^-1) от 1,5 до 3 кВт/л

Среднеоборотный дизельный двигатель (n = 500 мин ^-1) от 4,5 до 7,5кВт/л

Высокооборотный дизельный двигатель (n = 1000 мин ^-1) от 9,5 до 15 кВт/л

Дизельный двигатель грузового автомобиля от 13 до 20 кВт/л

Дизельный двигатель грузового автомобиля с наддувом от 15 до 25 кВт/л

Дизельный двигатель грузового автомобиля с наддувом и охлаждением наддувочного воздуха от 25 до 40 кВт/л

Дизельный двигатель легкового автомобиля от 20 до 35 кВт/л

Дизельный двигатель легкового автомобиля с наддувом от 40 до 80 кВт/л

Бензиновый двигатель легкового автомобиля от 35 до 65 кВт/л

Двигатель гоночного автомобиля без наддува около 120 кВт/л

Двигатель гоночного автомобиля с наддувом около 450 кВт/л

Двигатель мотоцикла (двух- и четырехтактный) от 50 до 80 кВт/л

 

Удельная масса двигателя

 

Удельная масса двигателя является отношением массы двигателя (полученной в результате взвешивания) к его эффективной мощности. Чем выше частота вращения коленчатого вала двигателя, тем меньше удельная масса двигателя.

G_P = G/P_e

G — вес двигателя в кг.

 

Экспериментальные данные по удельной массе двигателя:

 

Низкооборотный большой дизельный двигатель от 40 до 55 кг/кВт

Среднеоборотный дизельный двигатель от 11 до 19 кг/кВт

Высокооборотный дизельный двигатель от 5,5 до 11 кг/кВт

Дизельный двигатель грузового автомобиля от 3 до 8 кг/кВт

Бензиновый двигатель легкового автомобиля от 0,9 до 1,5 кг/кВт

Двигатель гоночного автомобиля от 0,4 до 0,8 кг/кВт

 

КПД двигателя

 

Коэффициент полезного действия (КПД) представ­ляет собой соотношение двух мощностей. Выше мы уже говорили о термическом коэффициенте полезного действия. Кроме этого, для оценки двигателя важными являются и другие коэффициенты полезного действия:

• Относительный внутренний коэффициент полезного действия – является отношением индикаторной мощности к мощности всего двигателя.
• Индикаторный коэффициент полезного действия или термический инди­каторный коэффициент — выражается с помощью отношения индикаторной мощности к тепловой мощности, при­сутствующей в топливе.
• Механический коэффициент полезного действия — используется для учета потери мощности вследствие пре­одоления трения в деталях двигателя, а также учета потерь в приводе навес­ного оборудования двигателя.
• Эффективный коэффициент полезного действия или экономический коэффициент использования — является отношением эффективной мощности к тепловой мощности, присутствующей в топливе.