Мощность и экономичность поршневых двигателей внутреннего сгорания - Тракторы - учебное пособие

Мощность характеризует способность двигателя выполнить определенную работу в единицу времени.
В двигателях внутреннего сгорания различают индикаторную и эффективную мощности.
Индикаторная мощность — мощность, развиваемая газами внутри цилиндра при сгорании топлива и передаваемая поршню. Ее величину можно определить по индикаторной диаграмме (см. рис. 6), площадь заштрихованной части которой пропорциональна работе газов за цикл.
Индикаторная мощность Ni пропорциональна давлению Рг газов в цилиндре, рабочему объему Vh цилиндра и частоте вращения ко¬ленчатого вала п.
С увеличением частоты вращения коленчатого вала мощность двигателя сначала возрастает, а при максимальных оборотах на¬чинает падать.

Рис. 8. Схема сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме:
Р—сила давления газов на поршень; F — составляю¬щая силы Р, действующая вдоль шатуна на шатунную шейку коленчатого вала; N—составляющая силы Р, направленная перпендикулярно стенке цилиндра; г — радиус вращения шатунной шейки; h — кратчайшее рас¬стояние между направлением силы F и осью вращения коленчатого вала (плечо силы F).

Эффективная мощность Ne — полезная мощность, передаваемая коленчатым валом транс¬миссии трактора.
Эффективная мощность меньше индикаторной примерно на 10...25%, так как часть инди¬каторной мощности затрачивается на преодоление сил трения в подвижных соединениях дизеля и на привод его вспомогательных механизмов (например, вентилятора, водяного, топливного и масляного насосов).
Отношение эффективной мощности к индикаторной называют механическим КПД двигателя.
Для поршневых двигателей внутреннего сгорания г|м составля¬ет в среднем 0,9. Чтобы увеличить его, улучшают качество смазки, обработки и сборки трущихся деталей двигателя, проводят обкат¬ку нового или отремонтированного двигателя и т. д.
Эффективную мощность Ne можно вычислить по формулам:

в киловаттах Ne = Mk*3,14*n/30;

в лошадиных силах Ne = 1,36*Mk*3,14*n/30;

где Мк— крутящий момент на коленчатом валу, определяемый при испытании двигателя на тормозном стенде, кН • м;
п — частота вращения коленчатого вала, об/мин;
1,36 — коэффициент.
Крутящий момент Мк равен произведению силы F (рис. 8) на плечо h:

                                                                                 Mk = Fh,

где F — составляющая силы Р давления газов на поршень, дей¬ствующая вдоль шатуна на шатунную шейку коленчатого вала, кН;
      h — кратчайшее расстояние между направлением действия силы F и осью вращения коленчатого вала, м.
В двигателях внутреннего сгорания только 25...35% внутренней энергии топлива используется полезно, т. е. превращается в меха¬ническую энергию, за счет которой двигатель совершает полезную работу, а остальная часть не используется. 
Количественное распределение внутренней энергии топлива (и %) на полезную работу и потери характеризует тепловой баланс двигателя (табл. 4),
Таблица 4
Распределение внутренней энергии топлива                                                                    В дизелях          В карбюраторных двигателях
Пошла на полезную работу                                                                                                             35                     25
Теряется из-за неполного сгорания топлива и выноса теплоты отработавшими газами                      25                    35
Уносится через систему охлаждения                                                                                             25                     28
Теряется на трение и привод механизмов двигателя                                                                      15                      12

У дизелей благодаря меньшей камере сгорания, а следовательно и поверхности соприкосновения сгораемой смеси с охлаждаемыми стенками камеры, меньше уносится теплоты.
Отношение количества внутренней энергии, ушедшей на полез¬ную работу двигателя, ко всей энергии, выделившейся при сгорании топлива, называется эффективным КПД двигателя г]е.
Эффективный КПД выражают обычно в процентах. У карбюраторных двигателей он составляет примерно 25%, а у дизелей достигает 35%.
Чем больше внутренней энергии, выделившейся при сгорании топлива в цилиндре, преобразуется в механическую энергию для совершения полезной работы, тем экономичнее двигатель.
Экономичность работы двигателя характеризуется удельным расходом топлива. Его определяют путем деления количества израсходованного топлива на эффективную мощность и время работы двигателя.
Для улучшения экономичности повышают степень сжатия и частоту вращения коленчатого вала двигателей, увеличивают при помощи турбокомпрессора количество воздуха, поступающего в цилиндры за время впуска и т. д.