Основные положения теплотехники для двигателей внутреннего сгорания

Основные положения теплотехники для двигателей внутреннего сгорания

 

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

 

Под принципом работы 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:

Пример HTML-страницы

 

Рабочий цикл четырехтактного двигателя

Рис. Рабочий цикл четырехтактного двигателя

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

 

Схема действия роторного нагнетателя

Рис. Схема действия роторного нагнетателя

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:

Рабочий цикл двухтактного двигателя

Рис. Рабочий цикл двухтактного двигателя

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

 

Основные положения

 

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

 

Термодинамический процесс

Рис. Термодинамический процесс

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 QN 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 и топливо

 

Пример HTML-страницы

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.

 

Схема типов сгорания топливовоздушной смеси

Рис. Схема типов сгорания топливовоздушной смеси

 

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.

 

Отведение специальных циклических процессов

 

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.

Пример HTML-страницы

 

Фактический рабочий процесс

 

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.

 

Индикаторная диаграмма четырехтактного бензинового двигателя и диаграмма подвода теплоты при постоянном объёме

Рис. Индикаторная диаграмма четырехтактного бензинового двигателя и диаграмма подвода теплоты при постоянном объёме

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.

Цикл смены заряда топливовоздушной смеси в четырехтактном бензиновом двигателе с управлением нагрузкой с помощью дроссельной заслонки

Рис. Цикл смены заряда топливовоздушной смеси в четырехтактном бензиновом двигателе с управлением нагрузкой с помощью дроссельной заслонки

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:

WV = —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.

Цикл смены заряда топливовоздушной смеси в четырехтактном бензиновом двигателе с управлением нагрузкой без дроссельной заслонки

Рис. Цикл смены заряда топливовоздушной смеси в четырехтактном бензиновом двигателе с управлением нагрузкой без дроссельной заслонки

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

 

Среднее давление на поршень

Рис. 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 = pi · Vh

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

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

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

Согласно формуле pi= W/Vh 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:

Pi = pi 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 Рe 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 = Pe/Vh

где, VH = z · Vh

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.

GP = G/Pe

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

 

Пример HTML-страницы

Коэффициент полезного действия КПД двигателя

 

Коэффициент полезного действия 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.

Пример HTML-страницы

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *