Что такое мощность полная на дизельном двигателе

Мощность и КПД дизеля

Мощность дизеля можно определить по индикаторной диаграмме.

Предполагая, что рабочие циклы в многоцилиндровых двигателях протекают примерно одинаково и только смещены на угол (фазу) сдвига кривошипов коленчатого вала, можно считать, что мощность, развиваемая в отдельных цилиндрах, тоже одинакова, а мощность дизеля в целом равна сумме мощностей всех цилиндров.

Выражение для подсчета индикаторной мощности двигателя можно получить, вычислив работу Ь, выполненную газами в одном цилиндре за полный цикл:

Где Р1ср — среднее индикаторное давление, Н/м2 или Па; — площадь поршня, м2; £ — ход поршня, м. Площадь поршня определяется по формуле кИ2

где Б — диаметр поршня, м.

Среднее индикаторное давление получают в результате замены площади индикаторной диаграммы равновеликим прямоугольником, у которого ордината называется среднеиндикаторным давлением.

Тогда работа, выполненная во всех цилиндрах дизеля за 1 мин:

где п — частота вращения коленчатого вала, об/мин; 1 — число цилиндров дизеля; т — тактность дизеля (т = 2 — для двухтактного и т = 4 — для четырехтактного двигателя).

Индикаторная мощность дизеля определяется по формуле где 103 — коэффициент для перевода мощности в киловатты.

Для получения индикаторной диаграммы применяют специальные приборы — индикаторы. В тихоходных ДВС (до 700 об/мин) используют механические индикаторы, а в быстроходных — электрические.

В зависимости от конструкции ДВС и его форсировки среднее индикаторное давление Р;, МПа, может меняться в широких пределах:

Четырехтактные двигатели ПД1М. 1,070

Индикаторная мощность, полученная за счет работы газов в цилиндре двигателя, при передаче на коленчатый вал расходуется на трение поршней, подшипников шатунно-поршневой группы, на привод газораспределительного механизма, топливные насосы высокого давления, водяные, масляные и топливные насосы и другие механизмы, без которых невозможна работа дизеля. Эти затраты работы называются механическими потерями Ьи, и соответствующая им мощность называется мощностью механических потерь Ыы. Аналогично индикаторной работе где Ри — среднее давление механических потерь.

Среднее эффективное давление Ре представляет собой условное постоянное давление, которое, действуя на поршень в течение одного хода, совершает работу, равную эффективной работе за цикл или это эффективная работа Ье за цикл, отнесенная к рабочему объему цилиндра:

Эффективная мощность подсчитывается так же, как и индикаторная, но вместо среднего индикаторного давления Р, в формулу подставляется среднее эффективное давление Ре.

Отношение эффективной мощности к индикаторной называется механическим КПД:

Для современных дизелей т|м = 0,8 .0,88.

Отношение эффективной работы к количеству теплоты, подведенной с топливом, называется эффективным КПД-дизеля и обозначается ту

где qe — удельный эффективный расход топлива, г/(кВтч); QH — низшая теплота сгорания дизельного топлива, кДж/кг.

При оптимальной нагрузке дизеля г\е = 0,39.0,43.

Эффективный, индикаторный и механический КПД связаны между собой соотношением Г\е = Л.Лм-

Эффективность работы ДВС часто оценивают вместо КПД двигателя удельным расходом топлива qe, т.е. расходом топлива на единицу его полезной (эффективной) работы, выраженным в г/(кВт-ч) или г/(л.с.ч). Удельный расход топлива определяется экспериментально при испытаниях двигателя, где измеряется расход топлива G дизелем за единицу времени работы, кг/ч, с постоянной мощностью Ne, кВт или л. с. Тогда qe = G/Ne. Современные тепловозные дизели имеют qe на уровне 200.220 г/(кВтч), или 150. 180 г/(л.с.-ч).

Источник

Мощность и к. п. д. дизеля

Рассматривая многоцилиндровые двигатели, предполагают, что рабочие процессы в цилиндрах протекают примерно одинаково и только смещены по фазам на угол сдвига кривошипов коленчатого вала. Поэтому можно считать, что мощность, развиваемая в отдельных цилиндрах, тоже одинакова; тогда мощность дизеля в целом равна сумме мощностей всех цилиндров. Различают индикаторную мощность Л^, получаемую в цилиндрах дизеля, и эффективную мощность ке, реализуемую на коленчатом валу дизеля. В технической документации, которая составляется на каждый двигатель заводом-изготовителем, указывается номинальная мощность дизеля Л^н.

Читайте также:  Двигатель д65 юмз технические характеристики

Номинальная мощность — это эффективная мощность, развиваемая двигателем при нормальных условиях, т. е. при давлении воздуха 760 мм рт. ст., температуре наружного воздуха + 20°С и относительной влажности воздуха 70%- При повышении температуры и уменьшении давления воздуха мощность дизеля падает, а при понижении температуры и повышении давления мощность возрастает. С увеличением влажности воздуха мощность дизеля снижается. Изменение внешних условий (температуры идавления воздуха) может вызвать изменение мощности дизеля примерно до 8-10%- Поэтому мощность Ые и удельный расход топлива полученные при данных атмосферных условиях, пересчитывают и приводят к нормальным условиям.

Выражение для подсчета индикаторной мощности двигателя можно получить, вычислив работу выполненную газами в одном цилиндре за полный цикл:

где р; — среднее индикаторное давление, Н/м2 (Па);

F — площадь поршня! F= ), м2;

й — диаметр цилиндра, м; 5 — ход поршня, м. Тогда работа, выполненная во всех цилиндрах дизеля за 1 мин, яО2 1 4

где п — частота вращения коленчатого вала, об/мин; I — число цилиндров дизеля.

Отсюда окончательно получаем формулу для вычисления индикаторной мощности дизеля:

Здесь т — тактность дизеля (т = 2 для двухтактного и т = 4 для четырехтактного двигателя); 103 — коэффициент для перевода мощности в киловатты.

Среднее индикаторное давление может быть определено по индикаторной диаграмме (см. рис. 19). Для этого строится равновеликий прямоугольник, длина и площадь которого соответственно равны длине и площади индикаторной диаграммы. Затем замеряют высоту этого прямоугольника Л, и умножают ее на масштаб давления а, т. е. рг = 11*а.

Для получения индикаторной диаграммы применяют специальные приборы-индикаторы. В тихоходных двигателях (не более 500 об/мин) используют механические индикаторы, а в быстроходных — электропневматические или электрические (см. ниже). Последние два прибора дают развернутую индикаторную диаграмму — по углу поворота вала.

Среднее индикаторное давление в зависимости от конструкции двигателя и его форсировки может меняться в широких пределах. В двухтактных дизелях: 2Д100-р

Источник

Что такое мощность двигателя, крутящий момент и удельный расход топлива

Изобретенный более 100 лет назад поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС), на сегодняшний день все еще является самым распространенным в автомобилестроении. При выборе модели двигателя своего будущего автомобиля покупатель может предварительно ознакомиться с его основными характеристиками. В этой статье мы подробно расскажем об основных показателях двигателей внутреннего сгорания, что они собой представляют и как влияют на работу.

Основные показатели двигателя

Сгорание топлива происходит внутри ДВС, в специальной камере цилиндра. Это приводит в движение поршень, который, совершая циклические возвратно-поступательные движения, проворачивает коленчатый вал. Таков упрощенный принцип работы любого поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Основные характеристики ДВС можно оценить тремя основными показателями:

  • мощность двигателя;
  • крутящий момент;
  • расход топлива.

Основные показатели ДВС

Рассмотрим более подробно каждый из этих показателей.

Что такое мощность двигателя

Под мощностью следует понимать физическую величину, которая показывает совершаемую двигателем работу за единицу времени. При вращательном движении мощность определяется как произведение крутящего момента на угловую скорость вращения коленчатого вала. Обычно она указывается в лошадиных силах (л.с.), но встречается измерение и в кВт.

Существует несколько единиц измерения под названием «лошадиная сила», но, как правило, имеется в виду так называемая «метрическая лошадиная сила», которая равная ≈ 0,7354 кВт. А вот в США и Великобритании лошадиные силы, касающиеся автомобилей, приравнивают к 0,7456 кВт, то есть как 75 кгс*м/с, что приблизительно равно 1,0138 метрической.

  • 1 кВт = 1,3596 л.с. (для метрического исчисления);
  • 1 кВт = 1,3783 hp (английский стандарт);
  • 1 кВт = 1,34048 л.с. (электрическая «лошадка»).

Если же конвертировать мощность 1 лошадиной силы в киловатты (в промышленности или энергетике), то она будет примерно равна 0,746 кВт. Понятие лошадиная сила не входит в международную систему измерений (СИ), поэтому измерение мощности в кВт будет более правильным.

Чем больше мощность, тем большую скорость сможет развить автомобиль.

Виды мощности

Для определения характеристик двигателя применяют такие понятия мощности как:

Индикаторной называют мощность, с которой газы давят на поршень. То есть, не учитываются никакие другие факторы, а только давление газов в момент их сгорания. Эффективная мощность, эта та сила, которая передается коленчатому валу и трансмиссии. Индикаторная будет пропорциональной литражу двигателя и среднему давлению газов на поршень.

Эффективная мощность двигателя будет всегда ниже индикаторной.

Также есть параметр, называемый литровой мощность двигателя. Это соотношение объема двигателя к его максимальной мощности. Для бензиновых моторов литровая мощность составляет в среднем 30-45 кВт/л, а у дизельных – 10-15 кВт/л.

Читайте также:  Падают обороты на холостом ходу трясет двигатель

Как узнать мощность двигателя автомобиля

Конечно, значение можно посмотреть в документах на машину, но иногда требуется узнать мощность автомобиля, который подвергался тюнингу или давно находится в эксплуатации. В таких случаях не обойтись без динамометрического стенда. Его можно найти в специализированных организациях и на станциях техобслуживания. Колеса автомобиля помещаются между барабанами, создающими сопротивление вращению. Далее имитируется движение с разной нагрузкой. Компьютер сам определит мощность двигателя. Для более точного результата может понадобиться несколько попыток.

Что такое крутящий момент

Крутящий момент двигателя рассчитывается по формуле: M = F*R, где F – это сила, с которой давит поршень, R – длина плеча (рычага). В нашем случае плечом будет расстояние от оси вращения коленчатого вала до места крепления шатунной шейки. Этот параметр измеряется в ньютонах на метр (Hм). 1H соответствует 0,1 кг, который давит на конец рычага длиной в метр.

Крутящий момент ДВС характеризует показатель силы вращения коленчатого вала и определяет динамику разгона автомобиля.

Что такое расход (удельный расход) топлива

Удельный расход топлива двигателя – это количество топлива, затрачиваемое для производства определенного количества энергии. Чем расход ниже, тем рациональнее будет использоваться топливо. Расход связан с эффективностью двигателя. Один двигатель может иметь разный расход топлива в зависимости от скорости и нагрузки.

Внешняя скоростная характеристика (ВСХ)

Внешняя скоростная характеристика двигателя показывает зависимость мощности, расхода топлива и крутящего момента от числа оборотов коленвала. Все эти параметры показываются графически в виде кривых.

Внешняя скоростная характеристика

На рисунке можно видеть кривые с обозначениями Pe – мощность двигателя, – крутящий момент, ge – удельный расход топлива. Как видно, с ростом числа оборотов и мощности увеличивается расход топлива. Крутящий момент растет до определенного уровня, а затем идет на спад. В точке, где наиболее эффективный крутящий момент и мощность двигателя, будет самый оптимальный показатель расхода топлива.

Производители моторов борются за то, чтобы максимальный крутящий момент двигатель развивал в как можно более широком диапазоне оборотов («полка крутящего момента была шире»), а максимальная мощность достигалась при оборотах, максимально приближенных к этой полке. Такой двигатель и из болота вытянет, и в городе позволяет быстро ускоряться.

Внешняя скоростная характеристика дает оценку динамическим характеристикам автомобиля, определяет КПД и топливный расход при разных параметрах.

Высокий крутящий момент на более низких оборотах увеличивает тяговую силу агрегата, грузоподъемность и проходимость.

Роль мощности и крутящего момента двигателя

Для обеспечения лучших динамических показателей двигателя, производители стараются наделить силовой агрегат максимальным крутящим моментом, который будет достигаться в более широком значении оборотов двигателя.

Чтобы правильно оценить роль этих двух понятий, стоит обратить внимание на следующие факты:

  • Взаимосвязь мощности и крутящего момента можно выразить в формуле: P = 2П*M*n, где Р – это мощность, M – показатель крутящего момента, а n – количество оборотов коленвала в единицу времени.
  • Крутящий момент более конкретный показатель характеристики двигателя. Низкий крутящий момент (даже при высокой мощности) не позволит реализовать потенциал двигателя: имея возможность разогнаться до высокой скорости, автомобиль будет достигать этой скорости невероятно долго.
  • Мощность двигателя будет возрастать с повышением оборотов: чем выше, тем больше мощность, но до определенных пределов.
  • Крутящий момент увеличивается с повышением количества оборотов, но при достижении максимального значения показатели крутящего момента снижаются.
  • При равных показателях мощности и крутящего момента более эффективным будет двигатель с меньшим расходом топлива.

Источник

Индикаторная и эффективная мощность двигателя

Мощность, соответствующая индикаторной работе цикла, называется индикаторной мощностью. Мощность двигателя равна сумме мощностей всех цилиндров. Если принять, что во всех цилиндрах — одинаковое среднее индикаторное давление, то индикаторная мощность двигателя простого действия, равная индикаторной работе в 1 сек., может быть найдена по формуле:

N i = P m i F S n 60 m i , к В т ,

  • Pmi — среднее индикаторное давление в цилиндре, kПА;
  • F = πD 2 / 4 — площадь поршня, м 2 ;
  • S — ход поршня, м;
  • n — частота вращения коленчатого вала, об/мин;
  • i — число цилиндров;
  • m — коэффициент тактности (m = 1 для 2-тактных ДВС и m = 2 для 4-тактных двигателей).

Если давление дано в мегапаскалях (PmiМПа), то формулу можно записать в виде:

Читайте также:  Сколько масла в двигателе заз 1102

N i = P m i · V s · n 0 , 06 m i , к В т ,

  • где V s =FS – рабочий объем цилиндра, м³

В практике эксплуатации современного морского флота, в отчетной документации по сей день широко используется внесистемная единица измерения мощности – лошадиная сила (1 л.с.=75 кгм).

Для перевода лошадиных сил в киловатты (в международную систему единиц) необходимо иметь в виду, что 1 л.с. = 0,736 кВт.

Если давление измеряется в кг /см 2 , то формула индикаторной мощности может быть записана в виде:

N i = P m i F S n · 10 4 60 · 75 m i , и л и N i = P m i · V s · n 0 . 45 m i , и л с

N i = P m i · V s · n 0 . 441 m i , и л с .

В практике часто используется другая разновидность этой формулы:

N i = C · p m i · n · i , и л с ,

  • где С = Vs/(0,441m) — постоянная цилиндра.

В практике эксплуатации мощность определяется порознь для каждого цилиндра путем нахождения pmi по индикаторным диаграммам. Диаграммы снимаются с каждого цилиндра на установившемся режиме работы двигателя. Полная мощность двигателя рассчитывается суммирование

Эффективная мощность двигателя Ne соответствует эффективной работе в единицу времени на фланце отбора мощности. Это есть полезная мощность, отдаваемая потребителю. Эффективная мощность меньше индикаторной на величину мощности механических потерь двигателя Nм:

По аналогии с зависимостью (2) можно записать:

N i = p e · V s · n 0 . 441 m i , э л с ,

Среднее эффективное давление меньше среднего индикаторного давления на величину pм:

p e = p m i – p м .

Величина Pм — некоторое условное давление, постоянное на протяжении всего рабочего хода поршня, идущие на покрытие механических потерь двигателя.

Как следует из формулы (1), основными факторами, определяющими мощность двигателя, являются:

  • Площадь поршня F, равная F = πD 2 /4;
  • Ход поршня S;
  • Частота вращения n;
  • Коэффициент тактности m;
  • Число цилиндров i;
  • Величина среднего индикаторного давления Pmi.

Наиболее существенное влияние на Ni оказывает диаметр D, входящий в формулу (1) в квадрате. В судовых малооборотных дизелях этот параметр достиг величины D = 0.960+1.080 мм. Увеличение диаметра цилиндра вызывает увеличение веса двигателя, его габаритов, из-за чего растут силы инерции, давление на подшипники коленчатого вала, ухудшаются условия охлаждения цилиндров (из-за увеличения толщины материала поршня, втулки, крышки) и смазки цилиндропоршневой группы. Дальнейшее увеличение диаметра требует решения проблем прочности, теплоотвода и смазки.

Ход поршня и частота вращения связаны с выбранным для двигателя диаметром цилиндра. Так, у малооборотных двигателей долгие годы наблюдалось соотношение S = (1,7 ÷ 2,0)D, а n определялось при заданных размерах D и S допустимым уровнем центробежных сил и средними скоростями движения поршня, равными Cm = 6,5 ÷ 7,0 м/сек. В 80-е годы наметилась тенденция создания дизелей с S/D > 2 и с пониженной частотой вращения при повышенной до 8,0-8,5 м/сек средней скорости поршня. Примером могут служить длинноходовые модели фирмы Бурмейстер и Вайн: в одном из двигателей S70 МС при D = 400+650 мм, S = 2800 мм, S/D = 1,0+1,2, n = 350+750 об /мин, средняя скорость движения поршня равна Cm = 8,5 м /сек.

У среднеоборотных дизелей диаметры цилиндров достигли значений D = 400 ÷ 650 мм, отношение S/D = 1,0+1,2, n = 350 ÷ 750 об /мин при Cm = 7+10 м /сек.

Индикаторная мощность увеличивается пропорционально числу цилиндров. Максимальное число цилиндров у рядных двигателей достигает i = 10÷12, у V-образных — 20÷24. Увеличение числа цилиндров ограничивается длиной двигателя и технологическими трудностями изготовления достаточно жесткого коленчатого вала.

При прочих равных условиях, мощность 2-тактного дизеля (m = 1) в 2 раза больше, чем 4-тактного (m = 2). В действительности при m = 1 часть хода поршня теряется на продувку цилиндра, за счет чего снижается коэффициент ηн, отнесенный ко всему ходу. При этих условиях Nim=1 = (1,75÷1,85) Nim=2.

Постоянное возрастание индикаторной мощности у современных двигателей обеспечивается увеличением среднего индикаторного давления Pmi путем форсирования дизелей наддувом и сжиганием большего количества топлива в том же объеме цилиндра. Максимальная цилиндровая мощность у современных малооборотных дизелей достигает Neц = 5 000 ÷ 7 760 элс, у среднеоборотных — 1 500÷1 800 элс в цилиндре.

Источник