Что такое мощность двигателя, крутящий момент и удельный расход топлива





4.1 Порядок построения индикаторной диаграммы двигателей

Индикаторная диаграмма двс строится с использованием данных расчёта рабочего процесса. Порядок построения: Изобразим индикаторную диаграмму смешанного цикла 1. Выбор масштабов давления (μр) и объёма (μv) цилиндра. Высота диаграммы д. б. в 1,2…1,8 раза больше основания. Масштаб давлений рекомендуется брать: μр=0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,08…0,10 МПа/мм; По оси объёма (хода поршня) лучше всего откладывать не абсолютные, а относительные величины . Для этого выбираем единичный отрезок объёма камеры сгорания Vc=1. Далее в этом же масштабе откладываем относительный объём  вплоть до  т. к. Vc=1. Вместе со шкалой V можно представить шкалу . . 2. По данным теплового расчёта на диаграмме на оси ординат откладываем в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках: а, с, b, z, z, l, r. 3. Проводим прямые через точки Рr, Pa, Pz, параллельно осям. Причём отрезок  zz для дизелей, работающих по циклу со смешанным подводом теплоты. ρ – степень предварительного расширения. а) б) в) а – дизельный двигатель без наддува б – карбюраторный двигатель в — дизельный двигатель с наддувом 4. Соединяем точки а и с z и b по политропам сжатия (ас) и расширения (zb). Построение политроп сжатия и расширения можно производить аналитическим или графическим методами.

4.1.1 Аналитический метод построения политроп сжатия и расширения

При аналитическом методе построения политроп сжатия и расширения вычисляются ряд точек для промежуточных относительных объёмов (или хода поршня), расположенных между Vc (c) и Va (a) и между Vz и Vb (zb) по уравнению политропы: — для политропы сжатия: ; Отношение  имеется в пределах (ε…1) — Для политропы расширения: Отношение  изменяется в интервале: — для карбюраторных двигателей – (1…ε) – сжатие, расширение — для дизелей – (1…δ) расширение (1…ε) сжатие При аналитическом методе построения диаграммы определение ординат точек политроп сжатия и расширения удобно производить табличным методом.
1 к. д. 2 3
ε ε/ρ ε/2 ε/3 1(ε/ ε)
Точка «с» Точка «а»
__ __ __ __ Точка «b»
Соединяя расчётные точки между точками «а» и «с» — получим политропу сжатия, а между точками «z» и «b» — политропу расширения. Процессы выпуска и впуска принимаются протекающими при P=const и V=const (прямые bl, lr, r\r, r\a).

4.1.2 Графический способ построения политроп сжатия и расширения (Брауэра)

Порядок построения 1. Из начала координат (О) проводят луч Ос под углом α (лучше взять α=15). 2. Проводят лучи ОД и ОЕ под углами β1 и β2 ,  . 3. Политропу сжатия строят с помощью лучей ОС и ОД. 4. Из точки С проводят горизонталь до пересечения с осью ординат, а затем луч под углом 45 к вертикали линию до пересечения с лучом ОД, а из этой точки – вторую горизонталь. 5. Из точки С проводят вертикаль до пересечения с лучом ОС,  а затем луч под углом 45 к вертикали линию до пересечения с осью абсцисс, а из этой точки вторую вертикальную линию, параллельную оси ординат. 6. Точка пересечения горизонтали и вертикали даёт промежуточную точку 1 политропы сжатия. 7. Точка 2 находится аналогичным способом, причём за начало построения принимается предыдущая точка, т. е. точка 1. 8. Политропу расширения строят с помощью лучей ОС и ОЕ, начиная от точки z, аналогично построению политропы сжатия. На индикаторной диаграмме нужно установить место положение точек: с — опережение зажигания (впрыска); f – воспламенение топлива; с\ — повышение давления в конце процесса сжатия; zд – максимальное действительное давление; b — открытие выпускного клапана; b\ — снижение давления в конце расширения; r — начало открытия впускного клапана; а\ — закрытие впускного клапана; а\ — закрытие выпускного клапана. Для этого необходимо установить связь между углом φ поворота коленчатого вала двигателя и перемещением поршня. Положение этих точек определяется углом поворота кривошипа к. в. д. где λ – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна,

4.5 Определение основных размеров цилиндра двигателя.

Методом тягового динамического расчёта определяется необходимая эффективная мощность двигателя. По Ne определяем Vл (литраж двигателя) из формулы найдём Рабочий объём одного цидиндра где S – ход поршня, м; Обозначим: — выбирается (короткоходность двигателя). В зависимости от  двигатели делятся на: а) короткоходные ; б) длинноходные Рекомендуется принимать: а) =0,7…1,0  — карбюраторный двигатель б) =0,9…1,2 – дизельный автомобильный в) =1,1…1,3 – дизельный тракторный Тогда:  и  ,    Dà дм , мм  Зависимость не учитывает Сп или если подставим где    , м/с – скорость поршня, Sàмм , мм где: Ne – КВт;  Pe – МПа;   Сп – м/с. Ход поршня будет . Полученные значения S и D округляют до целых чисел и по принятым значениям уточняют основные параметры и показатели двигателя. Vл, Ne, Ме, Сп, GT по выше приведённым формулам Скорость поршня Сп является критерием быстроходности: Сп<6,5 м/с – тихоходные Сп>6,5 м/с – быстроходные. На современных мобильных машинах Сп, м/с 1) Карбюраторный двигатель легковых автомобилей Сп=12…15 м/с 2) Карбюраторный двигатель грузовых автомобилей Сп=9…12 м/с 3) Автомобильные газовые двигатели Сп=7…11 м/с 4) Дизели автомобильные Сп=6,5…12 м/с 5) Дизели тракторные Сп=5,5…10,5 м/с.

Что такое КПД

Коэффициент полезного действия машины или механизма – это важная величина, характеризующая энергоэффективность данного устройства. Понятие используется и в повседневной жизни. Например, когда человек говорит, что КПД его усилий низкий, это значит, что сил затрачено много, а результата почти нет. Величина измеряет отношение полезной работы ко всей совершенной работе. Согласно формуле, чтобы найти величину, нужно полезную работу разделить на всю совершенную работу. Или полезную энергию разделить на всю израсходованную энергию. Этот коэффициент всегда меньше единицы. Работа и энергия измеряется в Джоулях. Поделив Джоули на Джоули, получаем безразмерную величину. КПД иногда называют энергоэффективностью устройства. Если попытаться объяснить простым языком, то представим, что мы кипятим чайник на плите. При сгорании газа образуется определенное количество теплоты. Часть этой теплоты нагревает саму горелку, плиту и окружающее пространство. Остальная часть идет на нагревание чайника и воды в нем. Чтобы рассчитать энергоэффективность данной плитки, нужно будет разделить количество тепла, требуемое для нагрева воды до температуры кипения на количество тепла, выделившееся при горении газа. Данная величина всегда ниже единицы. Например, для любой атомной электростанции она не превышает 35%. Причиной является то, что электростанция представляет собой паровую машину, где нагретый за счет ядерной реакции пар вращает турбину. Большая часть энергии идет на нагрев окружающего пространства. Тот факт, что η не может быть равен 100%, следует из второго начала термодинамики.

4.2 Индикаторные показатели двигателя

К индикаторным показателям двигателя относят: — среднее индикаторное давление Pi; — индикаторная мощность Ni; — индикаторный удельный расход топлива qi; — индикаторный КПД ηi.

4.2.1 Среднее индикаторное давление

Среднее индикаторное давление – это значение условного постоянного давления в цилиндре двигателя, при котором, работа произведённая рабочим телом за один такт, равнялась бы индикаторной работе цикла. [или, Pi – это такое условное постоянно действующее избыточное давление, при котором работа газов, произведённая за один ход поршня, равна индикаторной работе цикла.] т. е.               МНм  (Мдж) где Pi – среднее индикаторное давление, МПа F – площадь поршня, м2 S – ход поршня, м или  ,             МПа. а) б) Площадь нескругленной части диаграммы aczzba в определённом масштабе выражает теоретическую расчётную работу газов за цикл. Площадь скруглённой части acczдbb\a – действительная работа газов. Рассмотрим определение теоретической индикаторной работы смешанного цикла дизеля, т. е. для наскруглённой  расчётной диаграммы (aczzba). Работа цикла: Работа на участке zz при P=const. т. к.         . Работа политропного процесса расширения, участок zb: Умножим и разделим правую часть на Vc, и получим, что . Удельная работа политропного процесса. Из характеристического уравнения Работа политропного процесса сжатия: (участок ас): Теоретическая индикаторная работа цикла

4.2.2 Среднее теоретическое индикаторное давление цикла

Среднее теоретическое индикаторное давление цикла, или работа цикла, приходящаяся на единицу рабочего объема цилиндра для нескруглённой диаграммы. ,  Дж/м3        ,   МПа Подставим в формулу значение Для смешанного цикла, с учётом , а: .диз. Для цикла при V=const, ρ=1 и  δ=ε. Тогда среднее теоретическое индикаторное давление: , карб. Среднее индикаторное давление Pi действительного цикла меньше среднего теоретического индикаторного давления на величину за счёт скругления в точках c, z, b.  . Это уменьшение Pi оценивается коэффициентом полноты диаграммы . Значения :  — карбюраторный двигатель — дизельный двигатель Среднее давление насосных потерь впуска и выпуска ΔPi= Pr— Pa, может быть положительной и отрицательной. Потери на газообмен учитываются в механических потерях двигателя. Среднее индикаторное давление может быть определенно, планиметрированием площади диаграммы Fac(z)zba, мм2. Теоретическое индикаторное давление нескруглённой диаграммы Pi , МПа где  — площадь диаграммы в мм2 — масштаб давления, МПа/мм АВ – длинна диаграммы, мм — расширение — сжатие Среднее индикаторное давление процесса расширения и сжатия Значения: Pi=0,6…1,4 МПа – карбюраторный двигатель Pi=до 1,6 МПа карбюраторный двигатель форсированный Pi=0,7…1,1 МПа дизельный без наддува Pi=до 2,2 МПа дизельный с наддувом

4.2.3 Индикаторная мощность двигателя

Индикаторная мощность двигателя – работа, совершаемая газами внутри цилиндров в единицу времени: КНм – индикаторная работа цикла Время цикла    , с время в одном цилиндре КВт – индикаторная мощность всего двигателя Pi – среднее индикаторное давление, МПа; Vh – рабочий объём цилиндров двигателя, л; n – частота вращения вала двигателя, об/мин; I – число цилиндров двигателя; — тактность двигателя (число ходов поршня за один цикл) 2n – число тактов в минуту в одном цилиндре, — число одноимённых тактов (циклов) в минуту в одном цилиндре

4.2.4 Индикаторный удельный расход топлива

Эффективность использования теплоты в двигателях можно оценить по удельному расходу топлива. Удельный индикаторный расход топлива – это количество топлива расходуемое на единицу выполняемой работы , г/КВт ч GT – часовой расход топлива, кг/ч NI– индикаторная мощность двигателя, КВт.

4.2.5 Индикаторный КПД

Индикаторный КПД представляет собой отношение теплоты, эквивалентной индикаторной работе цикла ко всему количеству теплоты, внесённой в цилиндр с топливом. , где Li – теплота, эквивалентная индикаторной работе цикла, МДж/кг; QH – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг. , (КВт ч/г);   ,   (КВт ч/кг) МДж/кг т.е. 1КВт ч=3600КДж
Тип двигателя
дизель 0,38…0,50 170…230
карбюр. 0,26…0,35 235…320
газовый 0,28…0,34 —-
может быть определенно по параметрам рабочего тела МДж Vh определим из характеристического уравнения , но тогда Подставим Vh в уравнение — коэффициент наполнения цилиндра двигателя M1 – действительное количество свежего заряда, кмоль P, T – условия, при которых поступает свежий заряд, МПа QH – низшая температура сгорания топлива, МДж/кг — Относительный КПД – оценивает степень совершенства действительного рабочего цикла по отношению к теоретическому КПД. Для дизельных выше, для карбюраторных ниже.

Мощность и крутящий момент

Когда показатели рабочего объема одинаковые, мощность атмосферного бензинового двигателя выше, но достигается только при более высоких оборотах. Агрегат нужно сильнее «крутить», при этом потери возрастают, соответственно увеличивается расход топлива. Кроме этого, стоит упомянуть крутящий момент, под воздействием которого повышается сила, которая передается от двигателя на колеса и способствует движению автомобиля. Бензиновые двигатели выходят на максимальный уровень крутящего момента лишь высоких оборотах. Атмосферный дизель с такими же параметрами достигает пика крутящего момента лишь при низких оборотах. Это способствует меньшему расходу топлива, необходимого для выполнения работы, в результате чего, КПД более высокий и топливо расходуется экономнее. В равнении с бензином, дизельное топливо образует больше тепла, так как температура сгорания дизтоплива значительно выше, что способствует более высокой детонационной стойкости. Получается, у дизельного мотора полезная работа, произведенная на конкретном количестве топлива гораздо больше.

КПД двигателя – что это такое

КПД двигателя внутреннего сгорания означает значение соотношение двух величин: мощность, подающаяся в процессе функционирования мотора на коленчатый вал к мощности, которая получается поршнем посредством давления газов, образовавшихся при воспламенении топлива. Проще говоря, это преобразование тепловой или термической энергии, которая образуется при сгорании топливной смеси (бензин и воздух) в механическую. На эффективность КПД двигателя влияют совокупность различных механических потерь, возникающих на разных стадиях функционирования, а также движение отдельных деталей двигателя, вызывающих трение. Эти детали вызывают наибольшие потери, составляющие примерно 70 % от их общего количества. К ним частям относятся поршни, поршневые кольца, подшипники. Помимо этого, потери возникают от функционирования таких механизмов, как магнето, насосы и пр., которые могут достигать до 20%. Наименьшую часть потерь составляют сопротивления, возникающие в процессе впуска/выпуска в топливной системе.

Сравнение КПД двигателей – бензин и дизель

Если сравнить КПД дизельного и бензинового моторов – эффективнее из них, конечно, дизель, причина в следующем:
  1. Бензиновый агрегат преобразует лишь 25 % энергии в механическую, в то же время дизельный до 40%.
  2. Дизельный двигатель, оснащенный турбонаддувом, достигнет 50-53% КПД, а это уже существенно.
Так в чем заключается эффективность дизельного мотора? Все очень просто – не смотря на практически идентичный тип работы (оба мотора являются ДВС) дизель функционирует намного эффективнее. Топливо у него воспламеняется совсем по другому принципу, а также у него большее сжатие. Дизель меньше нагревается, соответственно, происходит экономия на охлаждении, так же у него меньше клапанов (значительная экономия на трении). Кроме этого, у такого агрегата нет свечей, катушек, а значит, нет и энергетических затрат от генератора. Функционирует дизельный двигатель с меньшими оборотами (коленвал не приходится раскручивать). Все это его делает чемпионом по КПД.

Строй-Техника.ру

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория: Тракторы-2 Публикация: Основные показатели работы двигателя Читать далее: Действующие силы и моменты Основные показатели работы двигателя Работа двигателя характеризуется главным образом его мощностью и экономичностью. Действующая на поршень сила давления газов передается через шатун на кривошип, создавая крутящий момент на коленчатом валу двигателя. Двигатель, развивая крутящий момент, совершает работу. Работа, выполненная в единицу времени, называется мощностью. Различают индикаторную и эффективную (эксплуатационную) мощности. Индикаторная мощность — мощность, развиваемая газами в цилиндрах двигателя (при испытаниях изменение давления этих газов записывается прибором-индикатором). Часть индикаторной мощности (10…12%) затрачивается на преодоление сопротивления трения движущихся деталей и приведение в действие вспомогательных механизмов двигателя.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Эффективная мощность (полезная) — мощность, передаваемая коленчатым валом на привод ведущих колес и рабочего оборудования машины. Она меньше индикаторной на величину потерь мощности на трение вспомогательных механизмов. Мощность двигателя зависит от его литража, силы давления газов в цилиндрах и частоты вращения коленчатого вала. Мощность каждого двигателя непостоянна, она меняется в зависимости от количества сжигаемого топлива и частоты вращения коленчатого вала. С увеличением частоты вращения мощность двигателя сначала возрастает до определенного предела, а затем снижается, что объясняется ухудшением наполнения цилиндров воздухом или горючей смесью, а также увеличением потерь на трение и привод вспомогательных механизмов. Удельный расход топлива увеличивается, если двигатель работает с недогрузкой, т. е. не использует всей своей эффективной мощности. Для повышения экономичности нужно загружать двигатель до мощности, близкой к максимальной. Экономичность работы двигателя зависит от степени использования теплоты, выделяющейся при сгорании топлива. Чем больше ее преобразуется в полезную работу, тем экономичнее двигатель. Эффективный коэффициент полезного действия — отношение количества теплоты, превращенной в механическую работу к количеству теплоты, содержащейся в топливе. У дизелей этот коэффициент находится в пределах 32…40%, а у карбюраторных двигателей 24…28%. Остальная теплота отводится системой охлаждения (20…30%) и отработавшими газами (25…35%). Механический коэффициент полезного действия — отношение эффективной мощности к индикаторной. Он составляет 80…90% и зависит от качества обработки деталей, правильности сборки двигателя и смазывания трущихся поверхностей. Чем меньше изношен и лучше отрегулирован двигатель, тем меньше потери энергии на трение и привод вспомогательных механизмов, тем больше его эффективная мощность и экономичность. Читать далее: Действующие силы и моменты Категория: — Тракторы-2

С этим читают