Показатели экономичности.

Лекция 12 (17.02.22)

Тема: Индикаторные показатели. Эффективные показатели.

Показатели экономичности.

Цель: изучить индикаторные, эффективные и экономичные показатели.

 

План.

1. Основ­ные индикаторные показатели двигателя.

2. Мощностные показатели.

3. Экономические параметры.

 

Эффек­тивная мощность двигателя может быть повышена путем воздействия на ряд параметров двигателя. Однако повыше­ние мощности за счет увеличения лит­ража связано с увеличением га­баритов и массы двигателя. Поэтому этот метод целесообразно применять после того, как исчерпаны другие воз­можности.

Из эксплуатационных факторов, вли­яющих на развиваемую двигателем мощность, кроме нагрузочного и скоростного режимов работы и состава смеси, необходимо отметить условия технической эксплуа­тации и технического обслуживания, а также климатические условия рабо­ты двигателя. Так, своевременная очистка впускного тракта от засорения или смена фильтрующего элемента спо­собствует поддержанию на уровне про­ектных значений коэффициента напол­нения двигателя.

Основ­ными индикаторными показателями двигателя являются индикаторная мощ­ность и соответствующий удельный рас­ход топлива. Эти показатели даже при полной нагрузке двигателя не остаются постоянными и в значительной степени зависят от скоростного режима его работы, так как изменение частоты вращения коленчатого вала двигателя су­щественно влияет на характер протекания отдельных процессов цикла.

1. Мощностные показатели: влияние различных факторов и способы повышения индикаторной, эффективной, литровой мощности.

2. Экономические параметры: влияние различных факторов и способы снижения удельного индикаторного, эффективного расхода топлива.

3. Экологические показатели: влияние состава смеси, нагрузки скоростного и температурного режимов, технического состояния.

 

1. МОЩНОСТНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ: ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ И СПОСОБЫПОВЫШЕНИЯ ИНДИКАТОРНОЙ, ЭФФЕКТИВНОЙ И ЛИТРОВОЙ МОЩНОСТИ.

Совершенствование автомобильных двигателей осуществляется в направлении увеличения мощности, улучшения экономичности, уменьшения габаритных размеров, снижения массы и повышения надежности и срока службы.

Эффективная мощность двигателя может быть повышена путем воздействия на ряд параметров двигателя. Однако повыше­ние мощности за счет увеличения литража связано с увеличением га­баритов и массы двигателя. Поэтому этот метод целесообразно применять после того, как исчерпаны другие воз­можности.

Совершенство рабочего процесса и конструкции двигателя оценивается по литровой мощности.

Из выражения для индикаторного к.п.д. после подстановки и имеем:

,

следовательно, среднее эффективное давление

,

а литровая мощность

.

Выражение позволяет проана­лизировать влияние различных факто­ров на литровую мощность и наметить возможные пути ее повышения.

Значения для автомобильного жидкого топлива изменяются незначи­тельно и поэтому на литровую мощность практически не влияют. Следова­тельно, повышение литровой мощности двигателя может осуществляться за счет увеличения , , , , и изменения условий наполнения и .

Индикаторный к. п. д. в основном за­висит от степени сжатия и состава рабочей смеси , причем наибольший , а значит, и экономич­ность двигателя достигаются при .

Рис. 1. Зависимость индикаторного кпд от степени сжатия (а) и состава смеси (б).

 

Отношение характеризует каче­ство протекания рабочего процесса. Наибольшее значение для карбю­раторных двигателей имеет место при . Для дизелей, у ко­торых процесс смесеобразования менее совершенный, наибольшее значение имеет место при .

Рис. 2. Зависимость от состава смеси в карбюраторном двигателе.

 

Анализируя приведенные графики, можно сделать вывод, что повышению литровой мощности карбюраторных двигателей способствует увеличение степени сжатия и приближения значе­ния к 0,9. Улучшение экономичности достигается путем повышения степени сжатия и выбора состава смеси с .

За счет применения двухтактного цикла вместо четырехтактного литровая мощность двигателя повышается только на 40-70%, а не в два раза, что объясняется по­терей части рабочего объема цилиндра (продувочные окна) и расходом мощно­сти на предварительное сжатие свеже­го заряда. При двухтактном цикле в карбюраторных двигателях ухудшается экономичность их работы в связи с непроизводительной затратой горючей смеси на продувку цилиндра.

Влияние механического к. п. д. и коэффициента наполнения на мощ­ность двигателя рассмотрено выше. До­полнительно следует отметить, что для повышения современные быстроход­ные двигатели имеют верхнее располо­жение клапанов и оснащаются двух­камерными карбюраторами. Для умень­шения механических потерь в приводе вентилятора системы охлаждения уста­навливают термостатически управляе­мую муфту его отключения, что позво­ляет уменьшить мощность, расходуе­мую на привод механизмов системы охлаждения.

Влияние частоты вращения коленча­того вала на литровую мощность двигателя необходимо оценивать по комплексному множителю . При повышении частоты вращения для фор­сирования двигателя необходимо, чтобы этот множитель был максимальным. Величины же и зависят глав­ным образом от сопротивления впускной системы и средней скорости поршня. Так, при увеличении средней скорости поршня уменьшается, ускоряется из­нашивание двигателя и увеличиваются силы инерции поступательно движу­щихся масс. Поэтому для высокоско­ростных автомобильных двигателей применяются короткоходные конструк­ции к. ш. м. , что позво­ляет также уменьшить удельную массу, снизить тепловые потери, сделать дви­гатель более компактным.

Итак, увеличение степени сжатия, по­вышение частоты вращения коленчато­го вала, верхнее расположение клапа­нов совместно с использованием короткоходной конструкции позволяют увеличить литровую мощность, уменьшить расход топлива и удельную массу дви­гателя.

Из эксплуатационных факторов, вли­яющих на развиваемую двигателем мощность, кроме рассмотренных выше нагрузочного и скоростного режимов работы и состава смеси, необходимо отметить условия технической эксплуа­тации и технического обслуживания, а также климатические условия рабо­ты двигателя. Так, своевременная очистка впускного тракта от засорения или смена фильтрующего элемента спо­собствует поддержанию на уровне про­ектных значений коэффициента напол­нения двигателя. При отклонении угла опережения зажигания (или впрыска) от оптимального также ухудшаются индикаторные и эффективные показа­тели работы двигателя, в том числе снижается эффективная мощность. Не­правильная регулировка тепловых зазоров в приводе клапанов нарушает рас­четные фазы газораспределения и мо­жет служить причиной снижения развиваемой двигателем мощности вслед­ствие ухудшения условий наполнения цилиндров. Эксплуатация автомобиля в горных условиях, когда изменяются температура и давление окружающей среды, сопровождается значительным изменением эффективных показателей двигателя из-за изменения плотности свежего заряда. Например, при подъеме автомобиля на высоту 1000 м эффек­тивная мощность двигателя уменьшает­ся на 12,5 %. При этом индикаторный к. п. д. снижается, так как ухудшают­ся условия сгорания вследствие пере­обогащения смеси.

Одним из наиболее эффективных ме­роприятий, увеличивающих литровую мощность двигателя, является наддув. Под наддувом понимается принудитель­ная подача свежего заряда в цилинд­ры двигателя под давлением, превы­шающим давление окружающей сре­ды.

Из формулы видно, что чем боль­ше давление и меньше температура окружающей среды, определяющие дав­ление и температуру при наполнении цилиндра, тем больше масса свежего заряда, а, следовательно, мощность дви­гателя. Плотность, а значит и массу свежего заряда можно значительно увеличить, повышая давление перед по­ступлением в цилиндры, что и делается при наддуве. Повышение давления све­жего заряда осуществляется в специ­альном компрессоре (нагнетателе).

Для наддува двигателей применяют­ся центробежные и объемные нагнета­тели. Привод центробежных нагнета­телей осуществляется или от коленча­того вала двигателя, или от специальной газовой турбины, использующей энергию отработавших газов (газотур­бинный наддув). В последнем случае, естественно, улучшается экономичность двигателя.

Наибольшее распространение в авто­мобильных двигателях имеет газотур­бинный наддув. В дизелях давление наддува ограничивается лишь нагруз­ками на детали к. ш. м., а в карбюраторных двигателях главным образом из-за возможной детонации. В связи с этим наддув почти не применяется в карбюраторных двигателях.

 

2. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ: ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ И СПОСОБЫСНИЖЕНИЯ УДЕЛЬНОГО ИНДИКАТОРНОГО И ЭФФЕКТИВНОГО РАСХОДОВ ТОПЛИВА.

Экономичность действительного цикла оценивается индика­торным КПД, показывающим, какая доля теплоты, введенной в цикл с топливом Q₁ преобразуется в индикаторную работу . Этот показатель характеризует уровень тепловых по­терь в двигателе и с учетом того, что

Таким образом, возрастание любого вида потерь теплоты, будь то потери теплоты при теплообмене заряда с элементами, формирующими внутрицилиндровое пространство (потери в окружающую среду, в основном в систему охлаждения), или потери теплоты, аккумулированной рабочим- телом, покида­ющим цилиндр в процессе выпуска (потери с отработавшими газами), либо потери, связанные с неполным сгоранием подан­ного в цилиндр топлива (потери теплоты из-за неполно iu сгорания), вызывает уменьшение .

Для оценки экономичности двигателя большее практическое применение получил параметр, называемый удельным индикаторным расходом топлива g_t, показывающий, какое количество топ­лива расходует двигатель на производство единицы индикатор­ной работы: .

Величина g, обычно выражается в г/(кВт • ч), поэтому в чис­лителе уравнения (1.2) расход топлива задают в размерности

кг/ч, а в знаменателе — кВт, вследствие чего .

Индикаторная работа частично идет на преодоление вне­шней нагрузки (т.е. применительно к транспортным средствам передается на трансмиссию), где совершает полезную работу L_t , и на преодоление потерь внутри двигателя (механические или внутренние потери) L_мп , состоящие из потерь работы на трение L_тр, на реализацию процессов газообмена Lто, на привод вспомо­гательных агрегатов и механизмов L_в , (масляный и водяной насо­сы, топливоподающая аппаратура дизелей и т. д.).

Уровень механических потерь в двигателе оценивается меха­ническим КПД показывающим, какая доля индикаторной работы преобразуется в эффективную или с учетом того, что

Соответственно совокупные потери в двигателе оцениваются эффективным КПД, показывающим, какая доля теплоты, введен­ной с топливом, преобразуется в эффективную работу

Здесь — среднее эффективное давление (параметр, аналогичный pi). Эффективный крутящий момент двигателя

М_х пропорционален р_е, т. е. _c.

Общепринятым для оценки экономичности двигателя явля­ется параметр, называемый удельным эффективным расходом топлива g„ показывающий, какое количество топлива расходует­ся на производство единицы эффективной работы:

Все одноименные индикаторные и эффективные показатели. мн тми между собой механическим КПД:

Основ­ными индикаторными показателями двигателя являются индикаторная мощ­ность и соответствующий удельный рас­ход топлива. Эти показатели даже при полной нагрузке двигателя не остаются постоянными и в значительной степени зависят от скоростного режима его работы, так как изменение частоты вращения коленчатого вала двигателя су­щественно влияет на характер протекания отдельных процессов цикла.

Повышенный удельный индикатор­ный расход топлива при малой часто­те вращения коленчатого вала двига­теля – результат замедлен­ного сгорания топлива и увеличенной теплоотдачи в стенки по сравнению с оптимальным режимом, а на большой частоте вращения (близкой к максимальной) - в основном результат воз­растания насосных потерь.

Наилучшая экономичность (наимень­ший удельный расход топлива) дости­гается при работе двигателя на полной нагрузке. При работе на неполных на­грузках индикаторный удельный расход топлива больше, что связано с увели­чением относительного количества теп­лоты, отдаваемой в стенки, насосных потерь, ухудшением условий сгорания из-за увеличения содержания остаточ­ных газов и некоторым переобога­щением смеси (в карбюраторных дви­гателях). Снижение экономичности ди­зеля по мере уменьшения нагрузки ме­нее заметно и существенно проявляется лишь при работе на малых нагрузках. Это можно объяснить избытком возду­ха в цилиндрах дизеля при любых на­грузках, меньшей температурой газов после сгорания в связи с этим, а зна­чит, и меньшими тепловыми потерями в стенки.

Задание.

1. Изучить лекцию.

2. Письменно ответить на вопросы:

- что является основ­ными индикаторными показателями двигателя;

- перечислите мощностные показатели, экономические показатели и экологические показатели;

- перечислите способы: увеличения мощности, улучшения экономичности, уменьшения габарит­ных размеров, снижения массы и повышения надежности и срока службы.

3. Ответы присылать в ВК до18.02.22