Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Эффективная мощность двигателя что это такое

Эффективная мощность двигателя что это такое

ВЕРОЯТНОСТНО — СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ЭФФЕКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ГЛАВНЫХ СУДОВЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Амахин В.А. (МГТУ)

Определение эффективной мощности главных судовых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) достоверным методом, удовлетворяющим требованиям ГОСТ 21792 — 89, является актуальной задачей для судоремонтных предприятий и флота. Погрешность измерения эффективной мощности ДВС различными методами должна быть в пределах: прямым методом по крутящему моменту на валу ± 3,0%, по среднему индикаторному давлению или другими косвенными методами ± 5,0%. В настоящее время погрешность измерения эффективной мощности судовых ДВС прямым методом по крутящему моменту на валу (по данным ЦНИИ им. академика Крылова А. Н.) и многими другими известными косвенными методами с использованием современных средств измерений составляет ± 10% и более. Отсутствие на многих главных судовых ДВС специальных штатных средств измерений отдельных теплотехнических параметров усложняет задачу достоверного определения эффективной мощности двигателей в эксплуатации известными косвенными методами.

В течении 20 лет автором были проведены всесторонние исследования опытных распределений значений основных теплотехнических параметров 16 представительных групп однотипных главных ДВС судов с винтами регулируемого шага (на первоначальном этапе только рыболовных траулеров, а впоследствии также транспортных судов, танкеров, буксиров). Были рассмотрены закономерности изменения опытных значений основных теплотехнических параметров ДВС за весь многолетний период их эксплуатации как индивидуально для каждого, так и в составе группы однотипных двигателей.

На основании выполненных исследований автором разработан косвенный метод определения эффективной мощности ДВС по его основным теплотехническим параметрам, находящимся в функциональной зависимости от эффективной мощности, отличающийся тем, что с целью повышения точности определения эффективная мощность двигателя в эксплуатации определяется путем измерения не менее трех теплотехнических параметров и их сравнения с эталонным комплексом, представляющим собой допустимые диапазоны (доверительные интервалы) значений теплотехнических параметров, полученные обработкой данных стендовых испытаний группы новых однотипных двигателей по вероятностным математическим зависимостям (авторское свидетельство 1809350 СССР).

Вероятностно-статистический метод определения эффективной мощности ДВС по эталонному комплексу основан на том, что теплотехнические параметры, находящиеся в функциональной зависимости от эффективной мощности нормально отрегулированного или прошедшего ремонт двигателя при работе его на судне в условиях, аналогичных испытаниям на стенде завода-изготовителя, имеют те же средние значения и диапазоны изменения величин, что и при стендовых испытаниях группы новых однотипных двигателей. Чем больше теплотехнических параметров войдет в эталонный комплекс, тем достовернее с его помощью можно определять эффективную мощность ДВС.

Эффективная мощность двигателя

Мощность, развиваемую на выходном фланце коленчатого вала, на данном режиме, называют эффективнойе). Мощность, развиваемую силами давления газов непосредственно внутри цилиндров, называют индикаторнойi) по наименованию индикатора — прибора, служащего для снятия индикаторных диаграмм. Естественно, что Ре меньше Рi на сумму механических потерь, куда входят потери на трение, на привод навешенных агрегатов и механизмов, на привод распределительного вала и так называемые насосные потери (у четырехтактного ДВС без наддува), т.е. потери на всасывание воздушного заряда и на выталкивание отработавших газов в атмосферу.

В связи с введением в действие Международной системы единиц (СИ) и стандарта СЭВ 1052—78 мощность следует измерять не в л.с., а в кВт.

Для перевода л.с. в кВт можно пользоваться соотношением Ре кВт = 0,736Ре л.с.

Градация мощностей, предусмотренная для двс

Для оценки режимов работы дизелей, выпускаемых отечественной промышленностью, принята, согласно ГОСТ 10150—82, следующая градация мощностей:

— номинальная мощность — это длительная эффективная мощность при номинальной частоте вращения в условиях, для которых предназначен дизель с учетом возможности развития максимальной мощности;

— максимальная мощность — это кратковременная мощность, превышающая номинальную на 10% и получаемая периодически в течение не более 1 ч;

полная мощность — это длительная эффективная мощность, назначаемая по требованию потребителя взамен номинальной мощности (продолжительность работы на этой мощности не ограничивается);

минимальная мощность, допускаемая при длительной работе,— это наименьшая длительная эффективная мощность, гарантируемая при соответствующей частоте вращения;

мощность, соответствующая минимально устойчивой частоте вращения,— это мощность, устанавливаемая заводами-изготовителями по согласованию с потребителями (продолжительность работы на этой мощности определяется назначением дизеля).

Цилиндровая мощность и литровая мощность

Под цилиндровой мощностью понимают мощность, развиваемую одним цилиндром ДВС. Для сравнительной оценки различных ДВС используют относительную мощность — так называемую литровую мощность Рел под которой понимают отношение мощности, развиваемой дизелем, к объему в литрах, описываемому всеми его поршнями за один ход. Литровая мощность является показателем степени использования рабочего объема цилиндра дизеля.

Читать еще:  Шевроле авео неисправности при запуске двигателя

Рабочим объемом цилиндра называется объем, описываемый поршнем за один ход между мертвыми точками.

Численное значение Рел изменяется в широком диапазоне, что объясняется не столько действующими значениями среднего эффективного давления Рmе, сколько различными частотами вращения ДВС. Например, если для некоторых стационарных и судовых дизелей Рел=1,3 — 2,1 кВт/л при частоте вращения n=250 -350 мин -1 , то для автомобильных двигателей Рел=20 — 40 кВт/л, а литровая мощность двигателей гоночных автомобилей достигает 100-120 кВт/л при n=(11-12)10 3 мин -1 .

Среднее эффективное давление и что оно характеризует

Среднее эффективное давление (рmе)—один из основных показателей совершенства рабочего цикла и конструкции ДВС. По величине рmе можно косвенно судить о тепловой нагрузке в ДВС: чем выше рmе тем больше эта нагрузка. Величина рmе является основным параметром, за счет которого производят форсирование мощности современных дизелей. Среднее эффективное давление можно представить как некоторое условное среднее давление газов на поршень двигателя в период его рабочего хода, совершающее такую же работу, что и фактическое временное давление газов в цилиндре (за вычетом работы, соответствующей механическим потерям). Если эти потери не учитывать, то получим среднее индикаторное давление pmi.

Индикаторная и эффективная мощности

Индикаторной мощностью N i называют мощность, развиваемую газами внутри цилиндра двигателя. Единицами измерения мощности являются лошадиные силы (л. с.) или киловатты (квт); 1 л. с. = 0,7355 квт.

Для определения индикаторной мощности двигателя необходимо знать среднее индикаторное давление p i т. е. такое условное постоянное по величине давление, которое, действуя на поршень в течение только одного такта сгорание—расширение, могло бы совершить работу, равную работе газов в цилиндре за весь цикл.

Это давление p i можно подсчитать по полезной площади индикаторной диаграммы (на рис. 1 и 2 она заштрихована). Для карбюраторных двигателей величина р i составляет 8—12 кг/см 2 , а для дизельных — 7,5—10,5 кг/см 2 .

Если известно p i, то индикаторную мощность четырехтактного двигателя можно выразить следующей формулой:

где p i — среднее индикаторное давление, кг/см 2 ;
V л — сумма рабочих объемов всех цилиндров (литраж) двигателя дм3 или л;
n — число оборотов коленчатого вала в минуту.

Литраж двигателя определяется по формуле:

где π — постоянное число, равное 3,14;
D — диаметр поршня, дм;
S — ход поршня, дм;
i — число цилиндров двигателя.

Эффективной мощностью N e называют мощность, получаемую на коленчатом валу двигателя. Она меньше индикаторной мощности N i на величину мощности, затрачиваемой на трение в двигателе (трение поршней о стенки цилиндров, шеек коленчатого вала о подшипники и др.) и приведение в действие вспомогательных механизмов (газораспределительного механизма, вентилятора, водяного, масляного и топливного насосов, генератора и др.).

Для определения величины эффективной мощности двигателя можно воспользоваться приведенной выше формулой для индикаторной мощности, заменив в ней среднее индикаторное давление p i средним эффективным давлением р е (р е меньше p i на величину механических потерь в двигателе).

На практике эффективную мощность N е определяют путем испытания двигателя на тормозных стендах (электрических или гидравлических), пользуясь следующей формулой:

где М е — крутящий момент двигателя, кгм, равный произведению окружной силы на маховике на радиус маховика;
n — число оборотов коленчатого вала в минуту.

Эффективная мощность повышается с увеличением крутящего момента и числа оборотов коленчатого вала (до некоторого предела).

Эффективная мощность и крутящий момент тем больше, чем больше:

  1. литраж двигателя (т. е. диаметр и число цилиндров, длина хода поршня);
  2. наполнение цилиндров, которое повышается при усовершенствовании камер сгорания, уменьшении сопротивления впускной и выпускной систем, снижении подогрева горючей смеси, установке многокамерных карбюраторов и общем улучшении конструкции двигателя;
  3. степень сжатия, так как при ее повышении увеличивается скорость горения рабочей смеси, повышается температура и давление газов в начале такта сгорание — расширение, уменьшается количество тепла, уходящего с отработавшими газами и охлаждающей жидкостью.

Предельные значения степени сжатия ограничиваются свойствами применяемого топлива — октановым числом бензина.

Эффективная мощность изменяется с изменением угла опережения зажигания. Наивыгоднейшая величина этого угла зависит от числа оборотов коленчатого вала, нагрузки двигателя, сорта топлива и состава смеси.

Эффективная мощность тем больше, чем меньше потери на трение в двигателе и приведение в действие вспомогательных механизмов двигателя.

Литровой мощностью называют наибольшую эффективную мощность, получаемую с одного литра рабочего объема цилиндров двигателя.

Литровая мощность карбюраторных двигателей современных легковых автомобилей достигает 40—50 л. c. / л.

Одним из способов повышения, эффективной мощности двигателя без существенного увеличения его веса является наддув. Так, Ярославский моторный завод производит V-образные четырехтактные дизельные двигатели с турбонаддувом: 8-цилиндровые ЯМЗ-238Н (300—320 л. с.) и 12-цилиндровые ЯМЗ-240Н (500—520 л. с.).

Читать еще:  Датчики давления масла в двигателе т4 дизель

Статья из книги «Устройство грузового автомобиля». Читайте также другие статьи из

Эффективная мощность двигателя что это такое

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Главными размерами двигателя внутреннего сгорания являются: диаметр цилиндра D, количество цилиндров i, ход поршня S. Кроме того, к основным данным, характеризующим двигатель, относятся: мощность, число оборотов, удельный расход топлива, а также его габаритные размеры (длина, ширина и высота между крайними точками) и сухой вес (без топлива, масла и воды).

Работа газов. Работа, совершаемая газами в цилиндре двига­теля, называется индикаторной работой. Работа за один цикл равна произведению силы давления газов на площадь поршня и на величину хода поршня:

где pi среднее индикаторное давление газов, н/м 2 ;

где VS — объем рабочего цилиндра

причем, так как работа эквивалентна площади индикаторной диаграммы, ее можно назвать средней индикаторной работой, а величину pi средним индикаторным давлением

т. е. средним индикаторным давлением называется такое условное постоянное давление, которое, перемещая поршень в течение хода расширения, производит работу, равную индикаторной работе цикла.

Работа, полученная на конце коленчатого вала, называется эффективной работой двигателя. Она меньше индикаторной на величину работы, расходуемой двигателем на преодоление сопротивлений:

где Lm работа сопротивлений, называемая обычно работой механических потерь двигателя.

Эффективную работу по аналогии с индикаторной можно выразить в виде

где. ре среднее эффективное давление.

Таким образом, среднее эффективное давление представляет собой величину, при умножении которой на рабочий объем цилиндра Vs получают эффективную работу за цикл. Эта величина также является условной, но в отличие от рe характеризует некоторую среднюю величину давления, пропорциональную полезной работе двигателя.

При неизменных оборотах коленчатого вала величина ре для данного двигателя зависит от величины, передаваемой на привод мощности. Чем больше передаваемая мощность, тем больше среднее эффективное давление.

Следовательно, ре определяет степень загруженности данного двигателя. Каждый двигатель может развивать определенное среднее эффективное давление, которому соответствует определенная мощность. В соответствии с наивыгоднейшим ре заводом устанавливается номинальная мощность двигателя, которая гарантируется для работы на определенных оборотах коленчатого вала.

Мощность двигателя является основной его характеристикой. Выражается она в киловаттах.

Работа, совершаемая газами во всех цилиндрах в единицу времени, называется индикаторной мощностью двигателя, а соответствующая ей мощность, развиваемая двигателем на конце коленчатого вала и отдаваемая силовой передаче (на электрогенератор, приводной ремень, гребной винт) — эффективной, или действительной, мощностью двигателя. При этом

где Ne эффективная мощность; Ni, — индикаторная мощность; Nm,- мощность механических потерь, затрачиваемая на преодоление сопротивлений.

Если двигатель делает п оборотов в секунду, то индикаторная мощность двигателя, имеющего i цилиндров, будет равна

где D диаметр цилиндра, м; S ход поршня, м; n число оборотов вала в секунду; i- число цилиндров; рi — среднее индикаторное давление, н/м г ; z коэффициент тактности, показывающий, во сколько раз число оборотов вала больше числа циклов за один и тот же промежуток времени.

Приведенная формула справедлива для четырех- и двухтактных двигателей, причем для двухтактного двигателя простого действия z=1, для двухтактного с противоположно движущимися поршнями z = 0,5, а для четырехтактного z = 2.

Произведение (πD 2 /4)·S представляет собой величину рабочего объема цилиндра. Поэтому можно записать:

Аналогично выразится и эффективная мощность четырех-и двухтактного двигателей:

где ре среднее эффективное давление, н/м 2 .

В двигателях внутреннего сгорания работа совершается за счет тепла, выделяющегося при сгорании топлива. Преобразование его в индикаторную работу неизбежно связано с потерей части тепла. Величина, показывающая, какая доля от всего тепла преобразована в индикаторную работу в цилиндре двигателя, называется индикаторным коэффициентом полезного действия и представляет собою отношение

где В секундный расход топлива, кг/сек;

QH P — низшая теплота сгорания топлива, кдж/кг.

Значения и. к. п. д. для разных двигателей составляют:

двухтактные дизели 0,35-0,50

четырехтактные дизели 0,42-0,50

карбюраторные двигатели 0,30-0,35

Эффективный к. п. д. ηe представляет собою отношение тепла, превращенного в работу на валу двигателя, ко всему затраченному теплу:

Значение ηe может быть также определено по формуле

Эффективный к. п. д. для различных двигателей имеет следую-щие значения:

дизели тихоходные 0,32-0,39

дизели быстроходные 0,32-0,41

карбюраторные двигатели 0,25-0,30

Для определения эффективной мощности надо от величины индикаторной мощности отнять часть мощности, расходуемой на трение в двигателе, что может быть достигнуто умножением на величину механического к. п. д.:

где ηm механический к. п. д. двигателя.

Удельный расход топлива. Оценка экономичности двигателя внутреннего сгорания может быть произведена непосредственно по количеству топлива, затрачиваемого на получение полезной ра­боты в единицу времени. Для этого введено понятие секундного расхода топлива на 1 квт ge, являющегося отношением количества топлива Ge к полезной мощности Ne двигателя:

Читать еще:  В какую сторону вращается двигатель мотоцикла урал

Чем совершеннее двигатель и чем лучше преобразуется в нем энергия топлива в полезную механическую работу, тем меньше удельный расход топлива.

На величину удельного расхода топлива значительно влияет степень сжатия: чем больше степень сжатия, тем меньше удельный расход топлива. Поэтому у дизелей удельный расход топлива зна­чительно меньше, чем у карбюраторных двигателей, т. е. дизели экономичнее последних.

Тепловой баланс. В полезную эффективную работу обычно превращается лишь 25-41% тепла, получаемого в результате сжигания топлива в двигателе; остальная часть энергии сжигаемого топлива теряется в процессе работы двигателя.

Тепловой баланс характеризует распределение и потери тепла, вносимого в двигатель с топливом.

Количество тепла, распределяющееся по различным составляющим теплового баланса, подсчитывают в джоулях.

Уравнение внешнего теплового баланса имеет следующий вид:

где Q тепло израсходованного топлива в двигателе;

Qe тепло, использованное на полезную эффективную работу двигателя;

Qв — тепло, унесенное с охлаждающей водой;

Qв. г — тепло, унесенное с выхлопными газами;

Qн.с — тепло, получаемое при неполном сгорании;

Qост — так называемый остаточный член баланса, равный сумме всех неучтенных потерь теплоты. При определении величины теплового баланса в процентах уравнение будет иметь вид:

В данном случае каждое слагаемое в левой части уравнения представляет собой количество тепла в процентах по отношению ко всему теплу Q, т.е.

Располагаемое тепло Q практически определяют по низшей теплоте сгорания топлива QH P и секундному расходу топлива Gс кг/ч:

Тепло, использованное на полезную эффективную работу дизеля за 1 сек

На рис. 12 представлена диаграмма теплового баланса дизеля с наддувом.

Характеристики двигателей. Характеристиками двигателя называются кривые, определяющие зависимость мощности и крутящего момента от показателей числа оборотов вала, нагрузки, рас­хода топлива и т. д.

Характеристики составляются при испытаниях двигателя на стенде и загрузке его тормозом (гидравлическим, электрическим) либо винтом и используются для оценки двигателя при выборе его для силовой установки.

Различают характеристики: скоростные, нагрузочные и регулировочные. На последних мы не будем останавливаться, поскольку они различны для разных типов двигателей и не имеет практического смысла останавливаться на этом достаточно подробно.

Скоростные характеристики определяют зависимость мощности или крутящего момента от числа оборотов двигателя. Различают внешние и винтовые скоростные характеристики.

Внешние характеристики двигателя — это кривые зависимости максимальной мощности или крутящего момента от числа оборотов двигателя при наибольшей подаче топлива. Так как внеш­няя характеристика относится к работе двигателя при максимально допустимой подаче топлива, то она дает значения наибольших мощностей, которые можно получить от двигателя на разных числах оборотов.

Построив зависимость мощности трения от числа оборотов и взяв разность между индикаторной мощностью и мощностью трения при различных числах оборотов, можно получить кривую изменения Ne по числу оборотов.

Эффективная мощность всегда имеет максимальное значение при числе оборотов меньшем, чем то, при котором получается максимальное значение индикаторной мощности. Этот сдвиг максимальных мощностей объясняется уменьшением ηm по числу оборотов.

Увеличивая число оборотов, можно получить такой режим двигателя, при котором мощность трения окажется равной индикаторной мощности, а эффективная мощность будет равна нулю. Однако работа двигателя при числе оборотов, большем расчетного n, соответствующего максимальному значению эффективной мощности, конечно, нецелесообразна.

Зависимость ре от числа оборотов n можно получить по формуле

Винтовыми характеристиками двигателей называются кривые зависимости мощности или крутящего момента от числа оборотов двигателя, работающего на гребной винт.

Мощность, поглощаемая винтом, изменяется пропорционально кубу числа оборотов, т. е.

Мощность двигателя, нагруженного винтом, при каждом числе оборотов равна мощности, поглощаемой винтом, поэтому

Таким образом, эффективная мощность двигателя по винтовой характеристике изменяется так же, как и мощность, поглощаемая винтом, т. е. пропорциональна кубу числа оборотов. Так как эффективная мощность двигателя по внешней характеристике меняется по другому закону, то двигатель, нагруженный винтом, при изменении числа оборотов должен регулироваться изменением положения дросселя в карбюраторных двигателях или подачей топливного насоса в двигателях с самовоспламенением.

Для двигателя при данном винте число оборотов nmax является максимально возможным. Этому числу оборотов соответствует максимальная мощность двигателя Nmax. При числе оборотов n > nmax двигатель работать не может, так как при этом эффективная мощность двигателя (по внешней характеристике) растет медленнее, чем мощность, поглощаемая винтом (по винтовой характеристике).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector