2.7. Механические потери в двигателе и эффективные пока­затели его работы

2.7.1. Среднее давление механических потерь (МПа) для:

а) бензиновых двигателей с числом цилиндров до 6 и отношением S/D>1:

;

б) бензиновых двигателей с числом цилиндров до 6 и отношением S/D≤1:

;

в) бензиновых восьмицилиндровых двигателей с отношением S/D<1:

;

г) высокофорсированных двигателей с впрыском топлива и электронным управлением:

;

д) для дизелей с неразделенными камерами сгорания:

;

е) для дизелей с вихревыми камерами сгорания:

;

С_т – средняя скорость поршня, м/с

,

где S – ход поршня, м; n – частота вращения об/мин.

2.7.2. Среднее эффективное давление, МПа:

.

Значения среднего эффективного давления (МПа) изменяются в сле­дующих пределах:

-для бензиновых двигателей с электронным впрыском топлива – 0,70…1,30;

-для карбюраторных двигателей – 0,60…1,1;

-для газовых двигателей – 0,50...0,75;

-для дизелей и газодизелей – 0,65…0,85;

2.7.3. Механический кпд

.

Механический кпд изменяется в следующих пределах:

-для бензиновых двигателей – 0,75…0,92;

-для газовых двигателей – 0,75…0,85;

-для дизелей и газодизелей – 0,70…0,85;

2.7.4. Эффективный кпд

.

Значения эффективного КПД при номинальном режиме приведены ниже:

-для бензиновых двигателей – 0,25…0,38;

-для газовых двигателей – 0,38…045;

-для дизелей и газодизелей – 0,35…0,42;

2.7.5. Эффективный удельный расход топлива

а) g_e для двигателей, работающих на жидком топливе, :

;

б) V_e для двигателей, работающих на газовом топливе, :

.

Для автотракторных двигателей эффективный удельный расход жидкого топлива ( ) имеет следующие значения:

-для двигателей с электронным впрыском топлива – 200…290;

-для карбюраторных двигателей – 230…310;

-для дизелей с неразделенными камерами – 200…235;

-для вихрекамерных дизелей – 220…260.

В связи с тем, что теплота сгорания газового топлива изменяется в широких пределах, в газовых двигателях оценку экономичности проводят по эффективному расходу теплоты, :

.

Данная величина должна лежать в пределах 10…13 .

Для двигателей, работающих на жидком топливе, :

.

2.7.6. Эффективная мощность двигателя, кВт:

;

2.7.7. Часовой расход топлива:

а) для двигателей, работающих на жидком топливе, :

;

б) для двигателей, работающих на газовом топливе, :

.

3. Расчет и построение внешней скоростной характеристики

Скоростная характеристика является важным инструментом в анализе изменения эффективных показателей работы двига­теля на различных режимах. Проведенный тепловой расчет позволяет определить изменения параметров работы двигате­ля только на одном режиме – режиме максимальной мощности. Рассчитанные и построенные скоростные характеристики при работе на различных видах топлива позволяют графически пока­зать изменения параметров работы на режимах от минималь­ной частоты вращения при перегрузке до частоты вращения, соответствующей максимальной мощ­ности.

Расчет параметров скоростной характеристики ведется по следующим уравнениям:

а) эффективная мощность, кВт:

,

где N_ex – эффективная мощность на различных скоростных режимах, кВт;

N_e – мощность по заданию, кВт;

n_x – текущее значение частоты вращения, об/мин;

n_e – частота вращения по заданию, об/мин.

б) эффективный удельный расход топлива:

-для бензиновых и дизельных двигателей, г/кВт∙ч:

;

-для газовых двигателей, м³/кВт∙ч:

,

где g_e и V_e – эффективные удельные расходы жидкого и газового топлива, полученные в тепловом расчете.

в) часовой расход топлива, кг/ч:

.

г) крутящий момент, Н∙м:

.

Расчет характеристик на базовом и заданном топливе ве­дется на ЭВМ по программе SKAD после составления табл. 3. Значения коэффициентов С представлены в табл. 4

Величина минимально устойчивой частоты вращения колен­чатого вала двигателя n_min принимается из значений 600…1000 об/мин для карбюраторных и га­зовых двигателей и 400...700 об/мин для дизелей и газодизелей. Интервал изменения частоты вращения от n_min до n_е принимается таким, чтобы при расчете скоростной характеристики получилось не менее 6…8 точек. В результате расчетов выдаются сле­дующие значения:

С = n_x , NEX = N_ex, GEX = g_ex, GMX = G_mx, МEХ = М_ex.

Построение скоростных характеристик производится на милли­метровой бумаге формата А4 на одной координатной плоскости как для жидкого топлива, так и для газового.

Таблица 3

Значения параметров и их идентификаторы

№ п/п	Параметр	Обозначение в уравнении	Обозначение в ЭВМ	Числовое значение
1	Номинальная мощность, кВт	Ne	А
2	Номинальная частота вращения, об/мин	ne ном	В
3	Минимальная частота вращения, об/мин	ne min	C
4	Номинальный удельный расход топлива, г/кВт∙	ge ном	D
5	Величина интервала изменения частоты вращения, об/мин	nинт	E
6	Коэффициент	C1	F
7	Коэффициент	C2	U
8	Коэффициент	C3	S
9	Коэффициент	C4	H

Таблица 4

Значения коэффициентов С

Тип двигателя	C1	С2	С3	С4
Бензиновые и газовые двигатели	1,0	1,0	1,2	1,2
Дизельные и газодизельные с камерой в поршне	0,87	1,13	1,55	1,55
Вихрекамерные дизеля	0,70	1,30	1,35	1,35

В связи с тем, что удельный расход топлива для двига­телей на жидком и газовом топливе измеряется в раз­личных величинах, для сравнения этих двигателей по эконо­мичности используют удельные расходы теплоты.

С использованием данных теплового расчета и скорост­ных характеристик составляется таблица основных парамет­ров рабочего процесса и показателей работы двигателя на базовом (жидком) и газовом топливе.

Таблица 5

Вид топлива

ε

Pс

Тс

Рz

Tz

Рb

Tb

ηi

ηм

ηе

ge

ge min

Ne

Mmax

Me

Базовое

Газо­вое

Основные параметры рабочих процессов и показателей двига­теля на

различных видах топлива

По данным табл. 5 проводится анализ параметров рабоче­го процесса и показателей работы двигателя.

Библиографический список

^{1. Автомобильные двигатели/ Под ред. М. С. Ховаха. – М.: Машиностроение,}

^{1977. – 591 с.}

2. Газобаллонные автомобили / Е. Г. Григорьев и др. – М.: Машиностроение, 1989. – 216 с.

3. Газобаллонная аппаратура нового поколения для легковых автомобилей/ В. А. Аксешин и др. – М.: Транспорт, 1995. – 93 с.

^{4. Двигатели внутреннего сгорания/ Под общей ред. В. Н. Луканина. – Л.: Высш. школа, 1985. – 311 с.}

^{5. Колчин А. И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей/А. И. Колчин, В. П. Демидов. – М.: Высш. школа, 2002. – 496 с.}

6. Морев А. И. Эксплуатация и техническое обслуживание газобаллонных автомобилей/А. И. Морев, В. И. Ерохов. – М.: Транспорт, 1988. –184 с.

7. Райков И. Я. Конструкция автомобильных и тракторных двигателей/ И. Я. Райков, Г. Н. Рытвинский. – М.: Высш. шк., 1986. – 352 с.

^{8. Расчет и конструирование автомобильных и тракторных двигателей /Б. Е. Железко и др. – Минск: Вышейша школа, 1980. – 247 с.}

^{9. Чистяков В. К. Динамика поршневых и комбинированных двигателей/В. К. Чистяков. – М.: Машиностроение,1989. – 256 с.}

10. Юрин А. А. Автомобильные газовые двигатели: Учебное пособие. Липецк: ЛГТУ, 1995. – 80 с.

Приложение

Параметры рабочих процессов двигателя на различных видах топлива

Параметры рабочего процесса	ЗИЛ - 431410 (ЗИЛ - 130)					ВАЗ-21083		КАМАЗ-5511
	Бензин ε=6,5	СПГ ε=6,5	СПГ ε=7,1	СНГ ε=6,5	СНГ ε=8,0	Бензин ε=9,9	СНГ ε=9,9	Дизельное топливо ε=17	Газодизельное топливо ε=17
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
L0	0.511	9.52	9.52	27.24	27.24	0.511	27.24	0.495	9.592
α	0.85	1.0	1.0	0.85	0.85	0.9	0.85	1.5	1.4
M1	0.444	10.5	10.52	24.15	24.15	0.468	24.15	0.743	13.42
ΔР	0.012	0.01	0.012	0.0182	0.0182	0.015	0.009	0.0075	0.012
Ра	0.088	0.08	0.088	0.0832	0.0831	0.088	0.092	0.0938	0.089
Тr	850	800	800	830	830	1075	850	845	770
Рr	0.110	0.11	0.11	0.110	0.110	0.119	0.119	0.1098	0.110
γ	0.086	0.09	0.08	0.095	0.074	0.044	0.053	0.028	0.032
Тa	351	356	352	354	345	335	336	337	327
ηv	0.788	0.78	0.70	0.748	0.784	0.809	0.84	0.832	0.820
n1	1.37	1.37	1.37	1.37	1.37	1.389	1.389	1.368	1.38
Рc	1.14	1.14	1.29	1.08	1.43	2.12	2.24	4.52	4.49
Тc	701	711	726	707	744	817	819	955	959
mcvc	21.39	21.3	21.42	21.42	21.45	21.58	21.58	21.84	21.82
M2	0.486	10.5	20.52	27.03	25.29	0.507	25.39	0.774	24.63
μ	1.09	1.0	1.2	1.1	1.04	1.08	1.052	1.04	1.09
ΔHu	8758	–	–	19551	19551	5825	19551	–	–
ζ	0.85	0.82	0.82	0.84	0.85	0.85	0.85	0.74	0.74
Tz	2653	2608	2618	2662	2562	2736	2684	2103	2056
Pz	4.68	4.18	4.65	4.47	5.11	7.66	7.72	7.45	7.40
λ	4.10	3.66	3.06	4.13	3.576	3.61	3.45	1.65	1.65
Pzд	4.08	3.55	3.95	3.78	4.34	6.51	6.56	7.45	7.40
n2	1.25	1.27	1.20	1.22	1.22	1.25	1.20	1.19	1.19
Рb	0.495	0.44	0.49	0.456	0.41	0.48	0.49	0.378	0.37
Окончание приложения
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Тb	1669	1793	1800	1774	1621	1545	1698	1307	1273
Pi	0.316	3.68	0.71	0.88	0.915	1.02	1.01	0.93	0.95
ηi	0.282	0.29	0.35	0.326	0.387	0.32	0.305	0.47	0.48
qi	12.76	12.2	12.0	11.22	11.4	10.88	11.76	7.66	7.40
Рe	0.74	0.51	0.54	0.720	0.76	0.80	0.791	0.70	0.701
ηм	0.807	0.74	0.76	0.81	0.83	0.76	0.799	0.752	0.701
ηе	0.227	0.22	0.26	0.26	0.32	0.25	0.241	0.353	0.353
qe	15.9	16.3	15.8	15.6	15.2	13.87	14.85	10.18	9.85
Ne	111.5	81.6	85.9	108.6	114.4	55.2	54.6	164.0	164.0

Казьмин Борис Николаевич