Какое соотношение между индикаторным и эффективным кпд двигателя

Проектирование и расчет автомобиля

Индикаторный КПД

Что такое индикаторный КПД?

Зависимость индикаторного КПД

Зависит показатель индикаторного КПД от параметра степени сжатия и коэффициента избытка воздуха, а также от оборотов коленчатого вала.

Индикаторный КПД формула:

Ni=(0,05+0,2a) (0,6+0,08ξ) (0,93+0,0007nдв)

Расчеты показывают, что для уменьшения расхода топлива автомобиля необходимо поднять его грузоподъемность и увеличить скорость движения.

Конструктивные особенности введу разных обстоятельств мы изменить не в состоянии, но многие факторы водитель может изменить посредством правильного выбора скорости автомобиля и переключения передачи в зависимости от выбранного режима движения. Например, для автомобиля ЗИЛ-130 индикаторный КПД составил 0,33.

Q == 2,49 • i_k+0,096 • i_k2 • V_k + 0,0105 • Ga • Ψ+0,0026 • V_k2.

При оборотах коленчатого вала двигателя 1000 об., во время включения прямой передачи и скорости движения автомобиля 50 км/час расход топлива автомобиля ЗИЛ 130 составил 26,6 литров на 100 км, а для сравнения на 3 передаче расход топлива увеличился до 43 литров на 100 км, практически 60 процентов перерасхода. Это говорит о том, что необходимо во время переключать передачи.

Передаточное число коробки передач — внушаемый фактор, который влияет на износ и работоспособность двигателя и в своем роде на расход топлива. Это объясняется тем, что моторесурс двигателя определяется не пробегом автомобиля, а рассчитывается суммарное количество оборотов коленчатого вала, после чего делаем выводы о износе двигателя. Следовательно, движение на пониженных передачах увеличивает как расход топлива, так и износ двигателя.

Движение автомобиля с постоянной скоростью более выгодно, экономично и целесообразно – это было известно еще давно. У каждого автомобиля карбюраторного или дизельного, есть свой оптимальным режим работы двигателя. Также можно выбрать оптимальную скорость, при которой износ двигателя и расход топлива будет минимален. Оптимальная скорость для грузовых автомобилей составляет 40. 60 км/ч. Для легковых 60-80 км/час.

При эксплуатации автомобиля необходимо обращать внимание на расход топлива и на денежные затраты. Уменьшение расхода топлива положительно сказывается на вашем кошельке, и природа загрязняется меньше. Ведь чем меньше топлива сгорает, тем меньше выделяются вредные вещества.

Источник

Основы теплотехники

Энергетические и экономические показатели работы ДВС

Действительная индикаторная диаграмма

Полезная работа, которую совершает поршень при перемещении внутри цилиндра, получается в результате частичного преобразования теплоты при сгорании топлива. Эту работу называют индикаторной.
Индикаторная работа соответствует площади, заключенной между кривой сжатия и кривой расширения на индикаторной диаграмме (рис. 1).
Площадь на индикаторной диаграмме, заключенная между кривыми впуска и выпуска, соответствует работе, затраченной на процесс газообмена (насосные ходы поршня). Как известно, точки с и z‘, полученные на расчетной индикаторной диаграмме, не соответствуют реально протекающим процессам сжатия и сгорания. В результате предварительного открытия клапанов и запаздывания их закрытия относительно ВМТ и НМТ поршня часть площади, соответствующей индикаторной работе, выпадает из индикаторной диаграммы (пунктирная линия b’bb”).

Индикаторные показатели

Индикаторными показателями называют показатели, характеризующие работу, совершаемую газами в цилиндре двигателя. Эти показатели определяют эффективность использования рабочего объема двигателя и степень преобразования выделяемой теплоты в полезную работу внутри цилиндров.
К индикаторным показателям относятся:

Среднее индикаторное давление

Среднее индикаторное давление – это условное постоянное по величине избыточное давление, которое, действуя на поршень в течение одного хода, совершает работу, равную работе газов за весь цикл:

где L_i – работа газов за один цикл в одном цилиндре двигателя; p_i – среднее индикаторное давление; F – площадь поршня; S – ход поршня; V_h – рабочий объем цилиндра.

Тогда можно записать:

Т. е. среднее индикаторное давление численно равно работе газов за цикл, отнесенной к единице рабочего объема. Таким образом, этот показатель оценивает степень эффективности использования объема цилиндра.

Значения p_i могут быть получены расчетным путем или по индикаторным диаграммам. При расчете используют параметры характерных точек расчетных циклов. При этом работа расчетного цикла может быть выражена как разность работ расширения и сжатия:

Так как работа (и среднее индикаторное давление) действительных циклов на самом деле меньше, чем расчетных циклов, то с учетом коэффициента скругления φ_i индикаторной диаграммы:

С помощью индикаторной диаграммы можно найти среднее индикаторное давление, обозначив индикаторную работу через площадь F_i :

где m_р – масштаб диаграммы по оси ординат; l – длина диаграммы по оси абсцисс.

Индикаторная мощность

Индикаторная мощность N_i – это мощность, которая развивается газами внутри цилиндра. В общем случае мощность – это скорость выполнения работы, т. е. работа, совершаемая в единицу времени. Работа газов в цилиндрах двигателя за 1 мин рассчитывается по формуле:

где n – частота вращения коленчатого вала; τ – число тактов; i – число цилиндров.

Тогда работа, совершаемая газами за 1 сек, т. е. индикаторная мощность будет равна:

Индикаторный КПД

Индикаторный КПД η_i – это отношение теплоты, преобразованной в индикаторную работу Q_i к общему количеству теплоты затраченного топлива Q₁ :

где G_тц – цикловая подача топлива; H_и – низшая теплотворная способность топлива.

Для оценки степени уменьшения использования теплоты в действительном цикле по сравнению с термодинамическим циклом используют относительный КПД η_o :

Индикаторный удельный расход топлива

Другим показателем, характеризующим экономичность действительного цикла, является индикаторный удельный расход топлива g_i :

где G_т – часовой расход топлива.

Удельный индикаторный расход топлива и индикаторный КПД связаны между собой отношением:

Из уравнения (6) получим:

Подставив это выражение в уравнение (2), получим:

Выразив цикловую подачу топлива в зависимости от цикловой подачи воздуха и коэффициента избытка воздуха, и подставив эти выражения в предыдущее уравнение, получим:

Факторы, влияющие на индикаторные показатели

На индикаторные показатели оказывают влияние следующие факторы:

1. Топливо

Изменение фракционного состава топлива в зависимости от способа смесеобразования приводит к ухудшению или улучшению индикаторных показателей.

2. Состав смеси

Для дизельных и карбюраторных двигателей состав смеси оказывает различное влияние (рис. 2).
У карбюраторного двигателя наибольшее значение индикаторного КПД достигается при α = 1,05…1,1, когда имеет место полное и достаточно быстрое сгорание топлива.
У дизелей вследствие недостатков внутреннего смесеобразования топлива полностью сгорает при α = 2,5…4,0, чему способствует наибольшее значение индикаторного КПД. Уменьшение коэффициента избытка воздуха от указанных значений приводит к недогоранию топлива, увеличению тепловых потерь с воздухом, не участвующим в горении.

3. Угол опережения зажигания

С увеличением угла опережения зажигания увеличивается максимальное давление сгорания, «жесткость» работы, потери теплоты в окружающую среду. При позднем зажигании процесс сгорания смещается на процесс расширения, из-за чего падает давление и с ним индикаторная работа. Поэтому КПД снижается при любом отклонении угла опережения зажигания от оптимального.

4.Частота вращения коленчатого вала

Рост частоты вращения коленчатого вала приводит к увеличению индикаторного КПД, поскольку сокращается время цикла и суммарная теплоотдача в стенки цилиндров. Однако при некоторых максимальных значениях частоты вращения коленчатого вала индикаторный КПД падает, так как догорание топлива все более завершается на линии расширения (по индикаторной диаграмме).

5. Нагрузка

7. Степень сжатия

Степень сжатия влияет на индикаторный КПД также, как и на термодинамический КПД, поэтому при проектировании двигателей стремятся к увеличению степени сжатия. Однако у карбюраторных двигателей увеличение степени сжатия ограничено детонацией. У дизельных двигателей индикаторный КПД при увеличении степени сжатия более некоторых оптимальных значений будет изменяться незначительно.

8. Климатические условия (окружающая среда)

При увеличении температуры окружающей среды и снижении давления уменьшается наполнение цилиндров по массе. При неизменной подаче топлива уменьшается коэффициент избытка воздуха, что ведет к снижению показателей индикаторного КПД и индикаторного давления.

Источник

ИНДИКАТОРНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ

1.8.1 РАСЧЁТ ИНДИКАТОРНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Величина p_i численно равна работе, получаемой с единицы рабочего объёма цилиндра, МПа: p_i = L_i / V_h

и может быть для карбюраторных двигателей:

(1.43)

для дизелей: (1.44)

λ_p – степень повышения давления (1.45)

Действительное среднее индикаторное давление p_i для четырехтактного двигателя меньше расчётного, МПа:

(1.46)

для двигателей с электронным впрыском топлива ….0,95 – 0,98;

для карбюраторных двигателей ………………………0,94 – 0,97;

Величина среднего индикаторного давления при работе с полной нагрузкой имеет следующие значения для четырехтактного дизельного двигателя МПа.

для четырехтактного бензинового двигателя ……..0,6 – 1,4;

для четырехтактного дизеля без наддува ………….0,7 – 1,1;

для четырехтактного дизеля с наддувом ………….0,7 – 1,1.

Индикаторный коэффициент полезного действия характеризует степень использования в действительном цикле теплоты топлива для получения индикаторной работы и представляет собой отношение теплоты, эквивалентной индикаторной работе цикла L_i ко всему количеству теплоты, внесённой в цилиндр топливом H_U:

(1.47)

В современных дизельных двигателях на номинальном режиме работы η_i составляет:

для двигателей с электронным впрыском топлива ….0,35 – 0,45;

для карбюраторных двигателей ………………………0,30 – 0,40;

Совершенство цикла, его топливная экономичность может оценена и величиной удельного индикаторного расхода топлива g_i ; характеризует затраты топлива в граммах на получение величины мощности 1кВт при работе в течении 1 часа:

(1.48)

Удельные расходы топлива g_i на номинальном режиме работы, г/(кВт ч):

для двигателей с электронным впрыском топлива ….180 – 230;

для карбюраторных двигателей ………………………210 – 275;

1.8.2 РАСЧЁТ ЭФФЕКТИВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Данный расчет требует оценки внутренних (механических) потерь в двигателе, МПа:

(1.49)

где n – номинальная частота вращения вала двигателя,

а = 0,035, b = 0,00005 – постоянные коэффициенты.

Среднее эффективное давление p_е, МПа:

(1.50)

Среднее эффективное давление современных двигателей при номинальной нагрузке лежит в следующих пределах, МПа:

для карбюраторных двигателей ………………….…. 0,6 – 1,1;

для двигателей с электронным впрыском топлива ……. до 1,3;

для четырехтактных дизелей без наддува…………. 0,65 – 0,85;

для четырехтактных дизелей с наддувом …………………до 2,0;

для двухтактных быстроходных дизелей …………….0,4 – 0,75.

Относительный уровень механических потерь характеризует механический коэффициент полезного действия, который определяется как отношение среднего эффективного давления к индикаторному:

(1.51)

Механический КПД современных двигателей, работающих на номинальном режиме, изменяется в следующих пределах:

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

для четырехтактных дизелей без наддува……………. 0,70 – 0,82;

для четырехтактных дизелей с наддувом (без учета затрат мощности на привод компрессора)………………………………………………0,80 – 0,9;

для двухтактных быстроходных дизелей ……………….0,7 – 0,85.

Эффективным коэффициентом полезного действия называют отношение количества тепла эквивалентного полученной работе, полученной на коленчатом валу двигателя L_e, к общему количеству теплоты, внесённой в двигатель с топливом H_U:

(1.52)

Значения эффективного КПД современных двигателей на номинальном режиме:

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

для дизелей без наддува…………………………….…. 0,35 – 0,42;

для дизелей с наддувом………………………… ………0,23 – 0,30.

Так как, L_e = L_i . η_i, то связь эффективного, индикаторного и механическим коэффициентом полезного действия определяется по формуле:

(1.53)

Удельный эффективный расход топлива:

(1.54)

Современные автомобильные и тракторные двигатели имеют следующие диапазоны эффективного удельного расхода топлива, г/(кВт ч):

карбюраторные двигатели ………………….…. 230 – 310;

двигатели с электронным впрыском топлива ……… 200 – 290;

дизели с неразделенными камерами……..…………. 200 – 235;

вихрекамерные и предкамерные дизели………………220 – 260.

Часовой расход топлива, кг/ч

(1.55)

Источник

Индикаторные и эффективные показатели двигателя

В ходе расчета должны быть определены индикаторные показатели цикла (среднее индикаторное давление p_i,инди­каторный КПД η_i, индикаторный удельный расход топлива g_i) и эффективные показатели двигателей (среднее эффектив­ное давление р_е, механический КПД η_М, эффективный КПД η_е и эффективный удельный расход топлива g_e). Расчетом последовательно определяются:

Теоретическое среднее индикаторное давление, МПа,

;

.

Действительное среднее индикаторное давление, МПа,

где φ – коэффициент скругления (полноты) индикаторной диаграммы, принимаемой для карбюраторных двигателей φ = 0,94…0,97, для дизелей φ = = 0,92…0,95.

Индикаторный КПД цикла

,

Индикаторный удельный расход топлива, г/кВт·ч,

,

Здесь Q_H в МДж/кг. Значения индикаторных показателей автомобильных и тракторных двигателей при работе на полной нагрузке даны в таблице 1.

Среднее давление механических потерь, МПа

Среднее давление механических потерь р_м определяется приближенно по эмпирическим формулам:

для дизелей с неразделенными камерами сгорания

Источник

Индикаторные показатели работы двигателя

Показатели работы двигателя подразделяются на индикаторные (внутренние), характеризующие совершенство рабочего цикла в цилиндре и учитывающие только тепловые потери в самом цилиндре, и эффективные (внешние), учитывающие помимо тепловых и механические потери, которые имеются при передаче энергии расширения газов через поршень и кривошипно-шатунный механизм на коленчатый вал двигателя

К индикаторным показателям двигателя относятся среднее индикаторное давление р_і индикаторная мощность N_i, индикаторный удельный расход топлива g_i и индикаторный КПД η_i.

В результате осуществления цикла тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, с известной степенью совершенства (определяемой индикаторным КПД) превращается в полезную работу, развиваемую газами в цилиндре двигателя и называемую индикаторной работой цикла L_i. При этом давление в цилиндре непрестанно меняется.

Для удобства ведения расчетов и сравнения разных двигателей переменные по ходу поршня давления можно заменить постоянным (фиктивным) давлением, которое обеспечивает получение той же работы, что и цикл с переменным давлением. Это среднее постоянное давление называется средним индикаторным давлением p_i. Следовательно, под средним индикаторным давлением подразумевается условное постоянное давление p_i действующее на поршень на рабочем ходе и совершающее за один цикл работу, равную индикаторной работе замкнутого цикла. Графически среднее индикаторное давление представляет собой высоту прямоугольника, площадь которого раина площади индикаторной диаграммы, а основание – длине диаграммы (рис, 8.1).

Среднее индикаторное давление позволяет сравнивать любые циклы и двигатели любых типов по мощностным показателям независимо от способа осуществления рабочих процессов. Двигатели, в которых получаются большие средине индикаторные давления, будут развивать при прочих равных условиях (такт-ность, размеры и число цилиндров, частота вращения) большую мощность.

Рис. 8.1. К определению среднего индикаторного давления

Среднее теоретическое индикаторное давление р_i ’ может быть выражено как отношение индикаторной работы цикла L’_i к рабочему объему цилиндра V_s:

Таким образом, среднее индикаторное давление представляет собой удельную работу цикла, т. е. работу, приходящуюся на единицу рабочего объема цилиндра.

Из расчетной теоретической индикаторной диаграммы (рис. 8.1) найдем полезную индикаторную работу газов для смешанного цикла в виде алгебраической суммы индикаторных работ отдельных процессов:

где L_cy – работа процесса подвода теплоты при V = const; из-за отсутствия изменения объема L_cy = 0; L_yz – работа процесса подвода теплоты при р = const; L_zb –работа процесса расширения при n₂ = const; L_ac – работа процесса сжатия при n₁ = const.

В результате получим окончательное выражение для среднего теоретического индикаторного давления

Действительное среднее индикаторное давление для четырехтактных ДВС

где – коэффициент скругления индикаторной диаграммы, который представляет собой отношение площади действительной индикаторной диаграммы к площади теоретической индикаторной диаграммы. Для четырехтактных двигателей ξ = 0,90. 0,96.

Скругление диаграммы у точки с на действительной индикаторной диаграмме объясняется опережением подачи топлива; у точек у и z – конечной скоростью сгорания топлива и, наконец, в конце хода расширения у точек b и а – предвареннем открытия выпускного клапана.

В двухтактных двигателях jбычно принимают, что хвостовая часть диаграммы полностью компенсирует потери на скругление. Тогда действительное среднее индикаторное давление двухтактных двигателей, отнесенное к полному ходу поршня, может быть определено как

Мощность двигателя, соответствующая индикаторной работе замкнутого цикла, называется индикаторной мощностью:

Индикаторная мощность многоцилиндрового двигателя:

К потерям относятся потери теплоты от неполноты сгорания топлива и в результате теплообмена рабочего тела со стенками рабочего цилиндра. Все тепловые потери в расчетном цикле реального двигателя учитываются индикаторным КПД, который является критерием совершенства использования теплоты, подведенной к рабочему телу с топливом.

Индикаторный КПД представляет собой отношение количества теплоты, преобразованной в индикаторную работу (работу, развиваемую газами в цилиндре реального двигателя), к количеству теплоты, подведенной для совершения этой работы:

;

;

;

где G_т – часовой расход топлива, кг/ч; Q_н – низшая теплота сгорания, кДж/кг.

Удельный индикаторный расход топлива, кг/(кВт·ч):

или

где – часовой расход топлива, кг/ч.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник