ствительном цикле теплоты топлива для получения полезной работы и представляет собой отношение теплоты, эквивалентной индикаторной работе цикла, ко всему количеству теплоты, внесенной в цилиндр с топливом. Для 1 кг топлива

= LjHu, (99)

где Li - теплота, эквивалентная индикаторной • работе, МДж/кг; Ни -низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг.

Таким образом, индикаторный к. п. д. учитывает все тепловые потери действительного цикла.

Для автомобильных и тракторных двигателей, работающих на жидком топливе:

Лг = Рго«/(Я„РлЛу), (100)

где Pi выражено в МПа; /о - в кг/кг топл.; Я„ - в МДж/кг топл; Pft - в кг/м*.

Для автомобильных и тракторных двигателей, работающих на газообразном топливе:

7,, = 371,2 . \0-m[T„PifiHuPr]v), (101)

где Ml - выражено в моль/моль топл; Гь - в К; Рг и - в МПа; Я„ - в МДж/м

В современных автомобильных и тракторных двигателях, работающих на номинальном режиме, величина индикаторного к. п. д. составляет:

Для карбюраторных двигателей.............0,26-0,35

Для дизелей...................... 0,38-0,50

Для газовых двигателей................ 0,28-0,34

При известной величине индикаторного к. п. д. индикаторный удельный расход [г/(кВт.ч) ] жидкого топлива

gt = 3600/(7)гЯJ или gt = mOpyiJiPila).

(102)

Для двигателей, работающих на газообразном топливе, индикаторный удельный расход [м*/(кВт-ч)] газового топлива

vi = 3,б/{гцНи) или vt = 9700riypJiMlTPi), (103)

а удельный расход [МДж/(кВт.ч)] теплоты на единицу мощности

Qi = ViHu = 97007), pMMinPi). (104)

В формулах (102) - (104) pi и р выражены в МПа; - в кг/м"; Ни - в МДж/кг; Ни - ъ МДж/м; /о - в кг/кг топл; Мх - в моль/моль топл; - в К.

Удельные расходы топлива на номинальном режиме:

Для карбюраторных двигателей . . . j=235-r320 г/(кВтч)

Для дизелей . . .........; = J70-=-230 г/(кВтч)

Для газовых двигателей......= 10,5-г 13,5 МДж/(кВт-ч)

§ 14. ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ

Параметры, характеризующие работу двигателя, отличаются от индикаторных наличием необходимых затрат полезной работы на преодоление различных механических сопротивлений (трение в кри-вошипно-шатунном механизме, приведение в действие вспомогательных механизмов и нагнетателя и др.) и на совершение процессов впуска и выпуска.

Механические потери. Потери на преодоление различных сопротивлений оценивают величиной мощности механических потерь или величиной работы, соответствующей мощности механических потерь, отнесенной к единице рабочего объема цилиндра.

При проведении предварительных расчетов двигателей механические потери, характеризуемые средним давлением Рм, приближенно можно определять по линейным зависимостям от средней скорости поршня Уп.ср (выбор значений Уп.ср приведен в гл. IV).

Ниже даны эмпирические формулы для определения величины р (МПа) в двигателях различного типа:

для карбюраторных двигателей с числом цилиндров до шести и отношением SID > 1

р„ = 0,049 + 0,0152о„.

п.ор >

(105)

для карбюраторных восьмицилиндровых двигателей с отношением S/D< 1

Рм= 0,039 +0,0 132у„

ср 1

(106)

для карбюраторных двигателей с числом цилиндров до шести и отношением SID <: 1

р„ = 0,034 +0,01 13у„.

п.ср 1

(107)

- для четырехтактных дизелей с неразделенными камерами

р„ = 0,089 +0,01 18у„.ср; (108)

для предкамерных дизелей

р„ = 0,103+ 0,0153у„.ер; (109)

для дизелей с вихревыми камерами

р„ = 0,089 +0,0135v ср. (ПО)

Среднее давление механических потерь р подсчитывается по формулам (105) - (ПО) без учета качества применяемых масел, теплового состояния двигателя, качества поверхностного трения и наддува. Поэтому, прежде чем воспользоваться значениями р„, полученными по приведенным формулам, необходимо критически их оценить.

При использовании в качестве агрегата наддува приводного нагнетателя (механический наддув) потери в двигателе увеличиваются на величину затрат мощности на его привод.

3-370

Среднее эффективное давление. Среднее эффективное давление Pg представляет собой отношение эффективной работы на валу двигателя к единице рабочего объема цилиндра. В расчетах двигателей Pg определяется по среднему индикаторному давлению

Ре = Р1-Рм- (111)

Для двигателей с механическим наддувом

Ре = Р1 - Р«-Ри, (112)

где Рн -потери давления на привод нагнетателя.

Значения среднего эффективного давления р (МПа) при номинальной нагрузке изменяются в следующих пределах:

Для четырехтактных карбюраторных двигателей .... 0,6-1,1 Для четырехтактных карбюраторных двигателей форсированных ........................ до 1,3

Для четырехтактных дизелей без наддува....... 0,55-0,85

Для четырехтактных дизелей с наддувом ....... до 2,0

Для двухтактных быстроходных дизелей........ 0,4-0,75

Для газовых двигателей................ 0,5-0,75

С ростом среднего эффективного давления улучшаются условия использования рабочего объема цилиндра, что дает возможность создавать более легкие и компактные двигатели.

Длительное время при создании автомобильных и тракторных двигателей отмечалась тенденция к постоянному увеличению р. Однако за последние 10-12 лет эта тенденция заметно изменилась в связи с постоянно растущими требованиями во всем мире по уменьшению токсичности двигателей в процессе их эксплуатации. Таким образом, для современных автомобильных и тракторных двигателей характерно сохранение или даже некоторое снижение Pg при резком уменьшении токсичности" за счет лучшей организации рабочего процесса, применения высокосортных топлив, совершенствования систем питания и использования наддува.

Механический к. п.д. Отношение среднего эффективного давления к индикаторному называется механическим к. п. д. двигателя:

Лм = Pel Pi или Г)„ = 1 -pjpi. (113)

С увеличением потерь в двигателе г)„ уменьшается. При снижении нагрузки в карбюраторном двигателе значительно возрастает р из-за увеличения потерь на газообмен. При холостом ходе рг = р и Лм == 0.

Величина механического к. п. д. возрастает с уменьшением потерь на трение и на привод вспомогательных механизмов, а также с увеличением нагрузки до определенных пределов.

По опытным данным механический к. п. д. т]„ для различных двигателей, работающих на номинальном режиме, изменяется в следующих пределах:

Для карбюраторных двигателей..........• • • 0,7-0,9

Для четырехтактных дизелей без наддува ....... 0,7-0,82

Для четырехтактных двигателей с наддувом (без учета потерь мощности на нагнетатель).......... 0,8-0,9

Для двухтактных быстроходных дизелей........ 0,7-0.85

Для газовых двигателей............... 0,75-0,85

Эффективная мощность. Полезная работа, получаемая на валу двигателя в единицу времени, называется эффективной мощностью Ng. Величина Л (кВт) может быть определена по индикаторной мощности через механический к. п. д.:

Лв = Лгм = РЛт/(30х), (114)

где Ре - выражено в МПа; Уд - в л; п - в об/мин.

Связь между эффективной мощностью и основными параметрами двигателя выражается следующей зависимостью:

N.=-----pftviM,

(115)

где Уд - выражено в л; п-в об/мин; Ни - в МДж/кг; Pft - в кг/м*.

Из анализа выражения (115) следует, что эффективная мощность двигателя может быть повышена в общем случае за счет: а) увеличения рабочего объема цилиндра (увеличения линейных размеров диаметра цилиндра и хода поршня); б) увеличения количества цилиндров; в) увеличения частоты вращения коленчатого вала двигателя; г) перехода с четырехтактного на двухтактный цикл; д) повышения низшей теплоты сгорания топлива; е) повышения плотности заряда и коэффициента наполнения (например, путем наддува, а также за счет улучшения организации газообмена, снижения сопротивлений на впуске и выпуске, применения инерционного наддува для увеличения дозарядки и т. д.); ж) повышения индикаторного к. п. д. (за счет совершенствования процесса сгорания и сокращения потерь теплоты топлива в процессах сжатия и расширения); з) повышения механического к. п. д. двигателя (например, за счет использования высококачественных масел, уменьшения соприкасающихся поверхностей, сокращения насосных потерь и т. д.).

Эффективный к. п. д. и эффективный удельный расход топлива. Эффективный к. п. д. ti и эффективный удельный расход топлива характеризуют экономичность работы двигателя.

Отношение количества теплоты, эквивалентной полезной работе на валу двигателя, к общему количеству теплоты, внесенной в двигатель с топливом, называется эффективным к. п. д.:

4, = LJHu, (116)

где Lg -теплота, эквивалентная эффективной работе, МДж/кг топл; Ни -низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг топл.

Связь между эффективным и механическим к. п. д. двигателя определяется выражением:

ЛеЛгЛм- (117)

Для двигателей, работающих на жидком топливе:

mv Ни

(118)

Для двигателей, работающих на газообразном топливе:

= 371,2 . 10-вр,Г,М;/(р,7,,Я;). (119)

Эффективный к. п. д. двигателя характеризует степень использования теплоты топлива в двигателе с учетом всех потерь -тепловых и механических.

Значения эффективного к. п. д. т] на номинальном режиме приведены ниже:

Для карбюраторных двигателей............0,25-0,33

Для дизелей..................... 0,35-0,40

Для газовых двигателей ............... 0,23-0,30

Более высокие значения эффективного к. п. д. у дизелей по сравнению с Цд карбюраторных двигателей являются, в основном, следствием повышенных значений у них коэффициентов избытка воздуха, а следовательно, и более полного сгорания топлива.

Эффективный удельный расход [г/(кВт-ч)] жидкого топлива

= 3600/(ЯА) или g, = геоомФМ). (120)

Для двигателей, работающих на газообразном топливе, эффективный удельный расход [м/(кВт-ч)] газового топлива

f« = З.бДлЛ") или t), = 9700рТ1,/(р,м;П), (121)

а удельный расход теплоты [МДж/(кВт.ч)] на единицу эффективной мощности

= = 9700р,7),Я;/(р,М;Г,). (122)

Для современных автомобильных и тракторных двигателей, эффективный удельный расход топлива при номинальной нагрузке имеет следующие значения:

Для карбюраторных двигателей ............. = 250-325 г/{кВт-ч)

Для дизелей с иеразделеивымй камерами ........ge = 210-j-245 т/{кВт-ч)

Для вихрекамерных и предкамерных дизелей......= 230-7-280 г/(кВт-ч)

Для газовых двигателей удельный расход теплоты ... = 12-М7МДж(кВт-ч)

Основные размеры цилиндра двигателя. Если задана эффективная мощность двигателя и выбрана величина S/D (выбор S/D приведен в гл. IV), то основные конструктивные параметры двигателя (диаметр цилиндра и ход поршня) определяются следующим образом.

1о эффективной мощности, частоте вращения коленчатого вала и эффективному давлению определяется литраж (л) двигателя

= 30хЛ,/(р,п), (123)

где Ng выражена в кВт; - в МПа я п - в об/мИн. Рабочий объем одного цилиндра (л)

V,= Vji. (124)

Диаметр цилиндра (мм) -

D= 100 лУ-11. . (125)

Ход поршня (мм),

5 = D • SID. (126)

Полученные значения D и S округляют до целых чисел, нуля или пяти. По окончательно принятым значениям D и S определяют основные параметры и показатели двигателя:

литраж двигателя (л)

Уд=яС«5г7(4 • Ю); (127)

эффективную мощность (кВт)

Ле = Рвл«/(30т); (128)

эффективный крутящий момент (Н • м)

Mg = (2,. 10Vn)(Af»; (129)

часовой расход топлива (кг/ч)

Gr = Nggg, (130)

среднюю скорость , поршня (м/с)

Уп.ср = Sn/(3 • 10*). (131)

При расхождении меж- мпа ду ранее принятой величи- jq. ной Vn.cp и полученной по формуле(131) более3-4% необходимо пересчитать 6,0 эффективные параметры двигателя.

§ 15. ПОСТРОЕНИЕ

ИНДИКАТОРНОЙ

ДИАГРАММЫ

Индикаторная диаграмма двигателя внутреннего сгорания строится с использованием данных расчета рабочего процесса. При построении диаграммы ее масштабы рекомендуется выбирать с таким расчетом, чтобы получить высоту равной 1,2 - 1,7 ее основания. В начале построения (рис. 35 и 36) на оси абсцисс откладывается отрезок АВ, соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в ыас-

Рис. 35. Построение индикаторной диаграммы карбюраторного двигателя аналитическим методом