Механические потери в ДВС Индикаторная работа и мощность, полученные в цилиндре ДВС в процессе преобразования и передачи их на выходной конец коленчатого вала уменьшаются за счет потерь в ДВС. Ne = Ni - Nм Индикаторная мощность двигателя слагается из индикаторных мощностей цилиндров: Ni = N 1 + N 2 + N 3 + N 4 + … 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. ГРМ КШМ Вентилятор Система топливоподачи низкого давления - ТННД Система топливоподачи высокого давления - ТНВД Масляный насос Водяной насос (помпа) Нагнетатель воздуха Мощность механических потерь Nм слагается из затраченных мощностей на: Nтр – потери на трение (потери в подшипниках скольжения колен. вала, распред. вала и палецшатун, трение колец о зеркало цилиндра, трение клапанов о втулки и т. д. ) Nвм – потери на привод вспомогательных механизмов (ТНВД, масляного и водяного насосов, вентилятора, генератора и т. п. ) Nго – потери на газообмен (потери на впуск свежего заряда и удаление ОГ ) Nпн – потери на приводного нагнетателя воздуха (мех. наддув) Nм = Nтр + Nвм + Nго + Nпн Механические потери оцениваются механическим КПД
Факторы влияющие на механические потери в ДВС Тепловое состояние ДВС NM Время обкатки ДВС NM Тоб, ч TM, о. С Частота вращения NM Средняя скорость поршня p. M n, мин-1 Сп, м/с
Влияние частоты вращения p. M Сп, м/с - среднее давление мех. потерь - средняя скорость поршня Параметр a, МПа b, МПа рм, МПа 0, 15 -0, 25 Бензиновый ДВС S/D > 1 0, 05 0, 0155 S/D < 1 0, 04 0, 0135 Дизель С неразделённой КС 0, 105 0, 012 С разделённой КС 0, 105 0, 0138 0, 2 -0, 3
Методы определения мощности механических потерь в ДВС Методы определения Прокручиванием коленчатого вала ДВС Методом выбега Последовательным отключением цилиндров ДВС Индицированием давления в цилиндрах ДВС Экстраполяцией нагрузочной характеристики
Метод прокрутки Определение механических потерь при прокручивании коленчатого вала ДВС от постоянного источника. Мс ДВС Эл. дв. n Величина мех. потерь определяется мощностью затрачиваемой на прокручивание колен. вала ДВС: , к. Вт где: Мс – измеренный момент сопротивления колен. вала ДВС n – частота вращения колен. вала
Метод последовательного отключения цилиндров Определение мех. потерь как разницы суммы индикаторных мощностей всех цилиндров и эффективной мощности снимаемой с ДВС, при n=const. 0. Ne =Ni - Nм 1. Ne-1=Ni-1 - Nм 0. Ni=N 1+N 2+N 3+… 1. Ni-1=0+N 2+N 3+… ∆Ne 1=Ne-Ne-1=N 1 2. Ni-2=N 1+0+N 3+… 2. Ne-2=Ni-2 -Nм ∆Ne 2=N 2 3. …… Величина снижения мощности ДВС при отключении i-го цилиндра равна индикаторной мощности отключаемого цилиндра Ni=∆Ne 1+∆Ne 2+∆Ne 3+… - индикаторная мощность ДВС Nм=Ni - Ne
Метод выбега Определение мех. потерь Nм по интенсивности замедления частоты вращения при отключении подачи топлива. Метод индицирования давления в цилиндрах ДВС Определение мех. потерь как разницы суммы индикаторных мощностей всех цилиндров и эффективной мощности снимаемой с ДВС. Замеряется индикаторное давление каждого цилиндра, и зная эффективную мощность находим Nм Метод экстраполяцией нагрузочной характеристики (для дизелей) Основан на графическом определении Nм по нагрузочной характеристике дизеля Считается что при малых Ne ηi= const Nм
Эффективные показатели В результате потери энергии на выходе двигателя снимают показатели уменьшенные на величину мех потерь. Эти показатели называют эффективными. Эффективная мощность: Средне эффективное давление: Удельный эффективный расход топлива: Эффективный КПД: Крутящий момент на выходном валу ДВС и эффективная мощность связаны соотношением: причём И после подстановки Ne [к. Вт], Mк [Нм], n [об/мин], имеем : С – постоянная для двигателя величина
Величина эффективных показателей Тип Двигателя Карбюраторный ДВС Без наддува Дизель С наддувом ηм Pe, МПа ge, г/к. Вт ч ηe 0, 6 -0, 95 300 -325 0, 25 -0, 33 4 -х 0, 7 -0, 82 0, 55 -0, 85 тактные 215 -240 0, 38 -0, 4 4 -х тактные 4 -х 0, 7 -0, 85 тактные 0, 8 -0, 9 0, 7 -2, 0 200 -220 0, 38 -0, 43 2 -х 0, 7 -0, 85 тактные 0, 4 -0, 75 225 -240 0, 35 -0, 38
Тепловой баланс рассматривает распределение в ДВС подведенной с топливом теплоты. Qo = Qe + Qохл + Qм + Qог + Qнс + Qост Q o = Hu G т – Qoг Qнс Qoхл Qo общее количество теплоты подаваемой в цилиндр с топливом в ед. времени; Qохл=Gохлсохл(Tвых-Твх) – количество теплоты передаваемой в систему охлаждения; Gохл – массовый расход охл. жидкости в системе; сохл – теплоемкость ОЖ; (Tвых-Твх) – перепад температур ОЖ на выходе и входе ДВС; Qoст Qе Qог = Gогсог. Тr – Gвсв. То – количество теплоты отдаваемой с ОГ; Gог = (Gт + Gв) – массовый расход ОГ; сог – изобарная теплоемкость ОГ; Тr – температура ОГ на выходе из ДВС; Gв – массовый расход свежего заряда; ср – изобарная теплоемкость заряда; То – температура заряда на входе в ДВС; Qнс = ∆Hu. Gт – количество теплоты теряемой из-за недостатка О 2 (при α <1); Qм Qм=Gмсм(Tвых-Твх)м – количество теплоты передаваемой в систему смазки; Gм - массовый расход масла в системе; см – теплоемкость масла; (Tвых – Твх)м – перепад температур масла на выходе и входе ДВС (при наличии масляного радиатора) Qост - остаточный член теплового баланса величина которого определяется долей неучтенных факторов баланса (отвод тепла от корпусных деталей, кинетическая энергия ОГ и т. п. ), а также точностью определения членов теплового баланса.
Составляющие теплового баланса принято рассматривать относительно количества подведенной теплоты Qo (в % или долях): (Qe/Qo + Qох/Qo + Qог/Qo + Qнс/Qo + Qост/Qo) 100% = 100% Или qe + qохл+ qог+ qнс+ qост = 100% Составляющая теплового баланса Бензиновый ДВС Дизель Без наддува С наддувом qe=100 Qe/Qo=ηe 25 -33 29 -42 35 -45 qох=100(Qохл+Qм)/Qо 12 -27 15 -35 10 -25 qoг=100 Qог/Qo 30 -50 25 -45 25 -40 qнс=100 Qнс/Qo 0 -45 0 -5 qост=100 Qост/Qo 3 -10 2 -5 =100% 100 100
Влияние режима работы на составляющие теплового баланса qe+qохл+qог+qнс+qост=100% а) б) Автотракторный дизель с наддувом а) влияние нагрузки б) влияние частоты вращения Бензиновый ДВС (Зи. Л-130)
Удельные параметры ДВС Удельными параметрами ДВС называются такие мощностные, экономические, массогабаритные, кинематические и др. параметры, величина которых рассматривается относительно какого-либо показателя ДВС Удельные параметры позволяют: • сравнивать ДВС между собой, • оценивать совершенство ДВС по мощностным, экономическим, экологическим, конструктивным и др. показателям • оценивать уровень форсирования и тепловой напряженности ДВС • проводить нормирование показателей ДВС
Основные удельные параметры ДВС Показатели экономичности: • удельный эффективный расход топлива(эффективный КПД) Экологические показатели: • удельные выбросы токсичных компонентов /ТК/ (г/к. Вт. ч); gx = Gx/Ne (Gx – часовой расход токсичного компонента) • массовые выбросы ТК (г/испытание, г/цикл) Мощностные показатели: • литровая мощность (к. Вт/л) Nл = Neн/i. Vh /20 -45 – ДВС; 10 -20 – дизель/ • удельная поршневая мощность (к. Вт/дм 2) Nп = Neн/i. Fп (Fп – площадь поршня) /15 -35 – ДВС; 15 -25 – дизель/ • среднее эффективное давление Конструктивные показатели: • удельная масса (кг/к. Вт) gм = Gд/Neн (Gд – вес сухого незаправленного ДВС) /бензиновые ДВС – 1, 5 -6; дизели – 4 -10/ • литровая масса (кг/л) gл = Gд/i. Vh /бензиновые ДВС – 75 -150; дизели – 100 -200/ • габаритная мощность (к. Вт/м 3) Neн/Vг /дизели возд. охл. 155 -185; жидк. охл. 270 -325/ • коэффициент компактности y = Vг/Vh • отношение хода поршня к диаметру S/D. ресурса: Показатели теплонапряженности и Удельные мощностные показатели позволяют оценить степень напряженности двигателя и его ресурс. На стадии проектирования ДВС основными показателями могут служить: • литровая мощность (к. Вт/л) ( бензиновый ДВС < 45; дизели без наддува < 20) • удельная поршневая мощность (к. Вт/дм 2) (бензиновый < 35; дизели б/наддува < 25) Удельные показатели не должны превышать допустимых величин. При превышении их требуется внедрение специальных мероприятий по обеспечению работоспособности узлов двигателя.
Скачать презентацию Механические потери в ДВС Индикаторная работа и мощность
7 Мехпотери Тепловой баланс.ppt