Главная страница сайта
Российские промышленные издания (узловые агрегаты)
1 ...
11 12 13 [
14 ]
15 16 17 ...
20 Среднее эффективное давление Pg при номинальном режиме в кг/см-
Карбюраторные двигатели.................. 5-9
Газовые двигатели..................... 4,0-5,5
Четырехтактные двигатели с воспламенением от сжатия .... 5,3-7,0
То же, с на.чдувом...................... До 20 и
Двухтактные двигатели с воспламенением от сжатия без наддува........................... 3,0-6,3
То же, с наддувом..................... 1о 9,0 н
Двухтактные калорияаторные двигатели............ 2,1-3,0
Эффективный к. п. д. и эффективный удельный расход топлива
Параметрами, характеризующими экономичность работы двигателя, являются эффективный к. п. д. yj и удельный расход топлива иа одну эффективную силу двигателя за 1 час его работы кг/л. с. ч. или м^/л. с. ч.
Эффективный к. п. д. представляет собой отношение количества теплоты, обращенной в полезную работу на валу двигателя, к затраченному количеству теплоты
и
где ЛL-теплота, эквивалентная эффективной работе, полученной при сгорании единицы количества топлива. Вследствие того, что ALg = АРУ^АРffiyна основании формулы (151) следует, что
Пе=-1мЩг^ = \и-П^ (169)
откуда после подстановки выражений (152) и (153) получим; для жидкого топлива
1,985 лВ! 1,985 -1; (170)
для газообразного топлива
в выражениях (170) и (171) величины р^ и ч] для двухтактных двигателей должны относиться к одному и тому же полезному рабочему объему цилиндра.
При изменении нагрузки двигателя, характеризуемой величиной р^, и скоростного режима, характеризуемого минутным числом оборотов п, изменяются величины и t,j, а следовательно, и величина tj.
При постоянном числе оборотов с увеличением давления р^ механический к. п. д. повышается, а индикаторный к. п. д. ti несколько снижается. Поэтомх величина y\g имеет максимум при некотором давлении Pg в области номинальной нагрузки двигателя. При уменьшении давления р^ эффективный к. п. д падает и при Pg ~ О (холостой ход) = 0.
При увеличении числа оборотов п коэффициенты п,. и tj снижаются; следовательно, -ц^ с увеличением числа оборотов падает.
Эффективный к. п. д. при номинальном режиме имеет следующие значения:
Карбюраторные двигатели..................0,21-0,28
Двигатели с воспламенением от сжатия.......... . 0,29-0,42
Калоризаторные двигатели..................0,22-0,27
Газовые двигатели......................0,23-0,28
Удельный эффективный расход топлива может быть определен из следующего соотношения:
632 632 .
откуда для жидкого топлива
632 4 3ig 4 P.rv с. ч. (173)
й для газообразного топлива
. = -#-7133/ =7133 м^и.с.ч. (174)
Удельный эффективный расход топлива g или v, являясь величиной обратной 1], при = const имеет минимум при том эффективном давлении при котором 0=Лешах- уменьшении pg удельный эффективный расход топлива g или возрастает и при = О (холостой ход) становится равным бесконечности. При р^ больше оптимального gg и также увеличиваются.
Удельный эффективный расход топлива при номинальном режиме составляет в г/я с. ч.:
В карбюраторных двигателях................. 220-300
В двигателях с воспламенением от сжатия.......... 150-220
В калоризаториых двигателях................. 250-330
В газовых двигателях величина не показательна, так как сильно зависит от теплотворности газового топлива, поэтому ее часто заменяют удельным расходом теплоты на эффективную лошадиную силу в час
q = v.Hj,-=- ккал/л. с. ч. (175)
1е
В газовых двигателях
= 2800-i-2300 ккал/л. с. ч.
При испытании двигателя для определения g или Vg находят часовой расход топлива ка весь двигатель G - У час эффективную мощность двигателя Ng.
Тогда
-=-%г
и^ = -% м^/л. с. ч. (177)
§ П. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ
Влияние средней скорости поршня
Механические потери в двигателях, характеризуемые средним давлением, можно выразить в функции от средней скорости поршня. Опыт показывает, что, несмотря на различный характер изменения отдельных составляющих механических потерь, средняя скорость поршня может служить обобщающим параметром.
На фиг. 83 показано изменение р^ в карбюраторных автомобильных двигателях в зависимости от средней скорости поршня с, при полном откры-
Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов
гии дроссельной заслонки. Прямая 1 построена по опытным данным как средняя для трех двигателей, близких по конструкции, имеющих отношение SID = 1,07 1,34 и число оборотов, равное 3800 в минуту. Прямая 2 дана для двигателей более быстроходных с числом оборотов 4400 в минуту .при SID = 0,875 ч- 0,91. Из этих данных можно видеть, что с увеличением -средней скорости поршня как для первой группы двигателей, так и для второй среднее давление механических потерь повышается приблизительно по линейному закону.
Для бензиновых {карбюраторных) двигателей с числом цилиндров до б и отношением SID > 1 при полностью открытой дроссельной заслонке
Р. - 0,5 Ч-0ЛЪЪс ,кг1см. (178)
12 СтМ/сен
Фиг. 83. Зависимость среднего давления механических потерь р„ в бензиновых двигателях от средней скорости . поршня при полностью открытой дроссельной заслонке:
Е двигателях с отношением > 1 (ГАЗ-51,
др.); 2 - ъ двигателях с отношением -jj < 1 (Ьыоик, Плимут и др.)
Для бензиновых двигателей с числом цилиндров 8 и отношением S/D < 1 при полностью открытой дроссельной заслонке
р^--=0,4 + 0,135г^,
ЗИЛ-120. Шевроле и
(179)
Приблизительно линейная зависимость р^, от скорости поршня наблюдается и в двигателях с воспламенением от сжатия, что можно видеть на фиг. 84. На диаграмме приведены усредняющие прямые для ряда двигателей
с различными способами смесеобразования.
По этим данным, а также данным других исследований могут быть получены следующие эмпирические формулы для расчета в двигателях различных типов с воспламенением от сжатия при номинальной мощности. В четырехтактных четырех- и шести-цилйндровых двигателях с неразделенными камерами и цилиндром диаметром 90-120 мм
р^ = 0,9 -f 0,120с„, кг1см:. (180)
в четырехтактных двенадцатицилиндровых двигателях с цилиндром диаметром 150 мм и более
р^ = 0,3 + 0,120с^ кг1см:\ (181)
Эта формула может быть применена и для двухтактных двенадцатицилиндровых двигателей повышенной мощности. В четырехтактных четырех-й шестицилиндровых двигателях с вихревыми камерами и цилиндрами диаметром не более 90-120 мм
10 Cfo/ceK
Фиг. 84. Зависимость среднего давления механических потерь v,j в двигателях с воспламенением от сжатия от средней скорости гюршня (по данным Н Р Брилинга):
/ - двигатели с неразделенной камерой; 2 - вихре америые двигатели: -V- нреакамерные двигатели
p = 0,9 + Q,138c кг1Ы
(182)
В предкамерных двигателях автомобильного и тракторного типов
р^ = 1,05 -h 0,156с„, кг/см. (183)
Следует заметить, что в эксплуатации возможны отклонения от величин, получаемых расчетом, так как внутренние потери зависят не только от конструкции и состояния двигателя, но и от температуры смазки и ее свойств.
Влияние нагрузки
В карбюраторных двигателях нагрузочный режим изменяется дросселированием свежего заряда при помощи заслонки. Вследствие дросселирования увеличивается работа наполнения, уменьшаются давления цикла и работа трения поршня. По мере дросселирования при постоянном числе оборотов вала сумма этих потерь слегка повышается. На фиг. 85 дана зависимость среднего давления р^ от нагрузки при постоянном числе оборотов
О
О го W 60 80 100Ni%
О Ъ То 75 IDDNe%
Фиг. 85. Зависимость эффективных показателей работы бензинового двигателя Г.43-51 от нагрузки при =2620 об/мин.
20 40
О 25 50
60 80 m/i/,% 75 WONgVo
Фиг. 86. Зависимость эффективных показателей работы двигателя ЯАЗ-204 от нагрузки (и = 1600 об./мин; насос-форсунка 80 мм на цикл).
вала для карбюраторного двигателя. Небольшое возрастание величины р (в пределах до 0,1 кг1см) с уменьшением нагрузки является результатом изменения потерь иа трение и насосных потерь. В точке пересечения прямой pi и прямой среднее эффективное давление равно нулю, что соответствует холостому ходу двигателя. Среднее индикаторное давление в этом случае затрачивается на преодоление механических потерь и механический к. п. д. т\ равен нулю. По мере увеличения нагрузки повышается среднее эффективное давление р^, снижаются удельный индикаторный и удельный эффективный gg расходы топлива. Наименьшие удельные эффективные расходы получаются в пределах 70-100% нагрузки.
В двигателях с воспламенением от сжатия изменение мощности достигается изменением количества топлива, подаваемого за цикл. При постоянных
§ 12. УДЕЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ И СПОСОБЫ ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ
Удельная мощность
Для оценки тепловой и динамической напряженности, использования рабочего объема двигателей и для сравнения различных двигателей применяются показатели литровой и поршневой мощности.
Литровой мощностью /V двигателя называют номинальную мощность, отнесенную к литру рабочего объема двигателя.
Поршневой мощностью двигателя называют номи-
нальную мощность, отнесенную к 1 дмили 1 площади поршней двигателя.
Под номинальной мощностью двигателя понимают эффективную мощность, гарантируемую заводом-изготовителем для определенных условий работы.
Согласно определению, литровая мощность
Из выражения (184) следует, что литровая мощность двигателя зависит от среднего эффективного давления, тактности и числа оборотов вала двигателя. Зависимость литровой мощности от параметров работы двигателя может быть найдена, если в выражение (184) подставить значение pg РгЧи используя выражения (154) и (155). Тогда получаем:
для двигателей жидкого топлива
N0,00225 -ПгПуП.п л. с./л и для двигателей газообразного топлива
yV, = 0,503 4n,.Yj-U,/ л. с./л.
(185)
Формулы (185) дают возможность установить влияние параметров рабочего процесса на величину литровой мощности и наметить пути форсирования двигателя для получения наибольшей мощности при тех же геометрических размерах его.
условиях наполнения и постоянных числах оборотов в этих двигателях насосные потери с изменением нагрузки почти не меняются. Очень небольшое повышение механических потерь с уменьшением нагрузки объясняется понижением температуры деталей двигателя и, соответственно, повышением вязкости масла. Практически считают, что механические потери в двигателе с воспламенением от сжатия от нагрузки не зависят.
На фиг. 86 показана зависимость от нагрузки показателей работы двухтактного двигателя с воспламенением от сжатия при постоянном числе оборотов вала. В механические потери в данном случае входит также затрата энергии на нагнетатель. Равенству р, = соответствует режим холостого хода. Так как механические потери остаются постоянными, то с уменьшением нагрузки относительная доля их возрастает и это приводит к увеличению удельного эффективного расхода топлива gg. В пределах нагрузки от 70 до 100% удельный эффективный расход топлива мало отклоняется от минимального значения.
Влияние механических потерь на частичных нагрузках сильнее отражается на экономичности в карбюраторном двигателе, чем в двигателе с воспламенением от сжатия.
или
N, = - Л. с.1дм\ (186)
После подстановки в выражение (186) средней скорости поршня получаем
п=Ш-,РеСт Л- С.1дм\ (187>
Как видно из этого выражения, поршневая мощность двигателя зависит от среднего эффективного давления, быстроходности, характеризуемой средней скоростью поршня, и от тактности двигателя.
Зависимость удельной поршневой мощности двигателя от параметров, рабочего процесса двигателя можно получить, если в формулу (186) подставить выражение для р^.
Тогда формула (186) перепишется в следующем виде:
Л/ = 0,00225-T],.Tij,.v5 л. с.1дм\ А/ = 0,05034-7j,.7j.Tj, 5 л. с.1дм\
(188)
Величина удельной порпшевой мощности для двигателей различного назначения изменяется в следующих пределах (в л. с./дм):
Автомобильные карбюраторные двигатели............ 15-65
Двигатели с воспламенением от сжатия:
автотракторные четырехтактные............... 10-25
автогракторные двухтактные................. 20-41
судовые....................... . . . 14-20
тепловые............. ............. 20-35
стационарные .... .................. 8-13
Газовые двигатели....................... 5-25
Значения литровой и поршневой мощности для некоторых типов двигателей внутреннего сгорания приведены в табл. 11.
Способы повышения удельной мощности
Для снижения весовых показателей и уменьшения габаритов двигателя одним из важных средств является увеличение удельной мощности двигателя. Способы повышения удельной мощности двигателей жидкого топлива можно наметить из анализа формул (185) и (188).
Величина литровой мощности для современных двигателей внутреннего сгорания изменяется примерно в следующих пределах (в л. с.1л):
Автомобильные карбюраторные двигатели............ 12-70
Двигатели с воспла.менением от сжатия:
автомобильные и тракторные четырехтактные........ 6-25
то же, двухтактные ..................... 18-32
судовые.......................... 1,5-5
тепловозные....................... 6-12
стационарные........................ 1,5-9
Газовые двигатели....................... 2-22
Если Двигатель на номинальном режиме развивает мощность А/, то его поршневая мощность
= л. с/дм
Марка двигателя | Назначение | Тип двигателя | | п в об/мин | | \ в л. с. | в л.с./л | | Примечание |
ГАЗ-51........ | Грузовой автомо- | Карбюраторный | | 2800 | | 70,0 | 20.2 | 22,2 | |
| | бильный | | | | | | | |
ЗИМ-12........ | Легковой автомобильный | | | 3600 | | | 27,2 | 30,0 | |
Мерседес-Бенц 180 . . | | | | 4000 | | | 29,5 | 29,5 | |
Мерседес-Бенц 180Д . . | | с воспламенением от сжатия | | 3500 | 19,0 | | 24,3 | 24,3 | Предкамерный |
| | | С непосредственным впрыском | | 5800 | 8,85 | | 71,8 | 63,2 | Спортивный |
Голлиаф GP 700Е . . . | | | | 4000 | | | 45,1 | | |
Порше 1500GS..... | | Карбюраторный | | 6200 | | | 73,5 | | Спортивный |
Боргвард ....... | | С воспламенением от сжатия | | 3400 | 19,8 | | 23,9 | | Вихрекамерный |
Роллс-Ройс ...... | Автомобильный | С воспламенением от сжатия с наддувом | | 2000 | Л | | 2и,05 | 25,4 | С неразделенной камерой |
АЕСИ......... | | С воспламенением от сжатия | | 2000 | | | 14,4 | 21,3 | |
МАИ......... | | | | 2400 | 18,3 | | 17,15 | 18,9 | Шаровая камера в поршне |
Геншель ....... | | | | 2400 | | | 16,40 | 22,3 | С воздушным аккумулятором |
Вокеша....... | | | | 2800 | 17,5 | | 21,0 | 24,4 | Вихрекамерный |
Греф и Штифт..... | | | | 2G00 | | | 19.6 | 27,6 | С неразделенной камерой |
GMC 4-51....... | | п | | 3000 | | | | | С неразделенной камерой |
iMapKa двигателя
Назначение
Тип двигателя
| | п в об/мип | | в А. С. | Л', в л л. с./л |
| 1400 | | | 9,05 |
| 1300 | | | 7,24 |
| 1000 | 15,5 | | 6,85 |
| 2000 | | | 25,4 |
| 1000 | | 2250 | 12,8 |
| | | 2001) | 11.8 |
| | | 60П | 3,33 |
| | | 2000 | 2,83 |
| | | 7500 | 1,225 |
| | | 7200 | 1,72 |
| | | 1100 | 5,13 |
| | | | |
| 1500 | | | |
| | | 2000 | 3,15 |
| | 11-12,5 | 1000 | 6,35 |
| | | | 1,73 |
| 2800 | | 63,5 | 18,2 |
| 2400 | | | 8,47 |
| 1400 | | | |
| | 7-7,7 | | 2,94 |
л. с./дм
Примечание
Д-54 . КДМ-46 ЯАЗ-204
л;]КО 224-16 V 20,6
10 д
(2Д10())
2X25,4 6ДР 30/50 .... 8ДР 43/61 . . . Доксфорд .... Бурмейстер и Вайн 8ЧН 30/38 (9Д) . Во[пшгтоп DDK
410,5/13.....
B2AVG .....
6ГЧ 31,8/33 (Д-50) 6ГС4 32/45 . . . ГАЗ-51 В ..... ЗИС-21.....
)-Б8 . ГД-18/20
Тракторный
Аптомобильпый Тепловозный
(>,.-r,OHOf f
Стационарный
Тепловозный Стационар1,ый Автомобил ьпый
Тракторный Стационарный
С воспламенением от сжатия
1 азожидкостиыи Газовый
11,7 1!
14.2
32,3
30,7
30,0
16,7 17,3 16,4 19,8 19,5
9,8 11,6 17,4 21,0
7.8 20
10,15 5,88
Вихрекамерный
Предкамериый
С неразделенной камерой
С турбонаддувом
С турбонаддувом
С наддувом
С турбонаддувом
На сжиженном газе
На генераторном газе
Л/ =0,00019 ---Г]. -1±---ц nS л. с.1дм. (192)
Коэффициенты 9 и а^у^ определяют при испытании непосредственным измерением расхода топлива и воздуха.
Из выражений (190) и (191) следует, что удельная мощность зависит от:
а) отношения -г- низшей теплотворной способности топлива к количе-
ству воздуха, теоретически необходимого для сгорания 1 кг топлива;
б) коэффициента т тактности двигателя;
в) качества протекания рабочего процесса, оцениваемого отношением - индикаторного к. п. д. к коуффициенту избытка воздуха;
г) количества воздуха или смеси, попадающей в цилиндр за цикл, характеризуемого произведением fiyi - коэффициента наполнения на удельный вес воздуха или смеси;
д) механического к. п. д. tijt и
е) быстроходности, оцениваемой числом оборотов п в минуту коленчатого вала.
Из перечисленных факторов для увеличения удельной моишости можно использовать тактность т двигателя, отношение Tj/a, произведение У1у'\ и число оборотов п. Поэтому можно наметить следующие пути увеличения удельной мощности:
а) переход на двухтактный цикл;
б) увеличение степени сжатия s, обеспечивающее увеличение индикаторного к. п. д. -ц,;
в) повышение числа оборотов п коленчатого вала;
Если пренебречь содержание1М жидкого топлива в смеси для двигателей с внешним смесеобразованием, т. е. принять, что для всех двигателей жидкого топлива Mj = aLo и заменить
Рк RJk , kP ~~ 104 и 1.0 - ,
ТО выражения (185) и (188) можно написать в следующем виде:
/V, = 0,00019 4--VW; (189)
N = 0,00019 . V (190)
В формулы (189) и (190) удельный вес 7 воздуха подставляется в кг/м^. Формулы (189) и (190) одинаково пригодны для анализа изменения поршневой и литровой мощностей как четырехтактных, так и двухтактных двигателей Следует отметить трудность аналитического определения величин ц а и -Цу, входящих в формулы. Наиболее сложным является определение величин а и -Чу для четырехтактных двигателей с продувкой камеры сгорания и для двухтактных двигателей.
Учитывая, что произведение т\у( = ср. - это коэффициент избытка продувочного воздуха, а произведение аср = а^-суммарный коэффициент избытка воздуха, получим после умножения и деления правых частей выражений (189) и (190) на ср:
/V, = 0.00019.4-л. cJdM- (191)
Для сравнения примем, чго двигатели имеют одинаковую конструкцию камеры сгорания и характеристики подачи топлива, а также = 64 и Рк2 = Р/с4 (lf/c2 == T/f4)- Тогда при 2 = 4 можно ожидать равенство индикаторных к. п. д. т\.5 = f\.
Тогда
.-- Кй1 ~ 2 -. (194)
В выражении (194) коэффициент наполнения -Чу отнесен к полезному объему. Значение -Цу, отнесенное ко всему рабочему объему с учетом доли потерянного хода, равно fiyiO - ф). Тогда выражение (194) может быть переписано так:
п2 2 ~ (195)
Обозначим через р отношение коэффициентов наполнения:
2 2 = 2В(1 -ф) (196)
Тогда
Величина коэффициента р зависит от схемы продувки двухтактного двигателя, давления наддува р,, а также от качества продувки камеры сгорания в четырехтактном двигателе. Для высоких значений (2 кг1см и выше) коэффициент р без большой погрешности может быть принят равным единице. Поэтому для двигателей с высоким наддувом
2 = : 2(1-). (197)
Для двигателей с умеренным наддувом величина [3 может быть меньше единицы вследствие более высокого значения коэффициента остаточных газов у двухтактных двигателей.
Опытное исследование и сравнительные подсчеты показывают, что литровая мощность двухтактного двигателя при прочих равных параметрах больше литровой мощности четырехтактного двигателя в 1,5-1,7 раза.
Увеличение степени сжатия. Увеличение степени сжатия е приводит к увеличению индикаторного к. п. д. -q, а следовательно, и удельной мощности двигателя. Однако следует иметь в виду, что при большом увеличении сгепени сжатия рост литровой мощности замедляется, что объясняется значительным увеличением механических потерь. Увеличение механических потерь связано с повышением давления газов в цилиндре двигателя. Изменение среднего давления сопротивлений р^ с увели-
г) применение принудительной подачи заряда (наддув), т. е. увеличение произведения цлТл-;
д) переход на непосредственный впрыск в карбюраторных двигателях (увеличение -Цу и -п^).
Переход на двухтактный цикл. Если обозначить индексами 2 и 4 соответственно параметры двухтактного и четырехтактного двигателей, то отношение их удельных мощностей (поршневой и литровой) будет следующим:
1 ...
11 12 13 [
14 ]
15 16 17 ...
20
