1.1.7 Расчет эффективных показателей двигателя

Параметры, характеризующие работу двигателя, отличаются от индикаторных наличием необходимых затрат полезной работы на преодоление различных механических сопротивлений (трение в кривошипно-шатунном механизме, приведение в действие вспомогательных механизмов) и на совершение процессов впуска и выпуска. Потери на преодоление различных сопротивлений оценивают величиной мощности механических потерь или величиной работы, соответствующей мощности механических потерь, отнесенной к единице рабочего объема цилиндра.

При проведений предварительных расчетов двигателей механические потери, характеризуемые средним давлением p_м, приближенно можно определить по линейным зависимостям от средней скорости поршня v_п.ср..

Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением хода поршня к диаметру цилиндра S/D < 1

p_м = 0,034 + 0,0113·v_п.ср.; (40)

Для карбюраторного двигателя, предварительно приняв ход поршня S равным 71 мм, получим значение средней скорости поршня при частоте вращения коленчатого вала n _N =5600 мин^-1

v_п.ср = S·n _N /30000 = 71·5600/30000 = 13,2533 м/с;

Тогда, p_м = 0,034 + 0,0113·13,2533 = 0,1838 МПа.

Для двигателя с впрыском топлива, приняв ход поршня S равным 71 мм, получим значение средней скорости поршня при n _N =4800 мин ^-1

v_п.ср = 71·4800/30000 = 11,36 м/с.

Среднее давление механических потерь для двигателей с впрыском топлива и электронным управлением определяется по следующей формуле:

p_м = 0,024 + 0,0053·v_п.ср;

Тогда, p_м = 0,024 + 0,0053·11,36 = 0,0842 МПа.

Среднее эффективное давление.

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

р_е = p_i – p_м; (41)

Так для карбюраторного двигателя р_е = 0,9896 – 0,1838 = 0,8058 МПа;

для двигателя с впрыском топлива р_е =1,1079 – 0,0842 = 1,0237 МПа.

Отношение среднего эффективного давления к индикаторному называется механическим КПД двигателя:

η_м = р_е / p_i . (42)

Величина механического КПД составляет

для карбюраторного двигателя η_м =0,8058/0,9896 = 0,8143;

для двигателя с впрыском топлива η_м =1,0237/1,1079 = 0,924.

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

N_e = N_i·η_м = р_е·V_h·i·n / (30τ); (43)

Для карбюраторного двигателя N_e = 0,8058·0,3750·4·5600/(30·4)=56,4075 кВт.

Для двигателя с впрыском топлива N_e =1,0237·0,3750·4·4800/(30·4)=61,42 кВт.

Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива.

Отношение количества теплоты (L_e), эквивалентной полезной работе на валу двигателя, к общему количеству теплоты (H_и), внесенной в двигатель с топливом, называется эффективным КПД:

η_e = L_e/H_и , (44)

где L_e – теплота, эквивалентная полезной работе, МДж/кг топл.;

Связь между эффективным (η_e) и механическим КПД (η_м) двигателя определяется из выражения:

η_e = η_i·η_м . (45)

Эффективный КПД двигателя характеризует степень использования теплоты, внесенной в двигатель с топливом с учетом всех потерь – тепловых и механических.

Так величина эффективного КПД составляет:

для карбюраторного двигателя η_e = 0,3084·0,8143 = 0,251;

для двигателя с впрыском топлива η_e = 0,3602·0,924 = 0,3328.

Эффективный удельный расход топлива (g_e,г/[кВт·ч]):

g_e = 3600/( H_и·η_e); (46)

для карбюраторного двигателя g_e = 3600/(43,9295·0,251) = 326,4467 г/[кВт·ч];

для двигателя с впрыском топлива g_e=3600/(43,9295·0,3328)=246,2424 г/[кВт·ч].

Эффективные показатели двигателя. Таблица 7.

Параметры	Единицы измерения	Карбюраторный двигатель
n	об/мин	950	3400	5600	6000
vп.ср	м/с	2,2483	8,0467	13,2533	14,2
pм	МПа	0,0594	0,1249	0,1838	0,1945
pe	МПа	0,9006	0,9933	0,8058	0,7515
ηм		0,9381	0,8883	0,8143	0,7944
Ne	кВт	10,6941	42,2141	56,4075	56,3625
ηe		0,2390	0,2979	0,251	0,2387
ge	г/[кВт·ч]	342,8970	275,0746	326,4467	343,257
Параметры	Единицы измерения	Двигатель с впрыском топлива
n	об/мин	850	3000	4800	5800
vп.ср	м/с	2,0117	7,1	11,36	13,7267
pм	МПа	0,0347	0,0616	0,0842	0,0968
pe	МПа	1,0926	1,1364	1,0237	0,9269
ηм		0,9693	0,9486	0,924	0,9055

Продолжение таблицы 7.

Параметры	Единицы измерения	Двигатель с впрыском топлива
n	об/мин	850	3000	4800	5800
Ne	кВт	11,6089	42,6149	61,4236	67,2
ηe		0,3363	0,3530	0,3328	0,3160
ge	г/[кВт·ч]	243,6638	232,1723	246,2424	259,3468