Автомобильные двигатели (АД) (стр. 5 )

При работе на полной нагрузке величина pi (МПа) достигает для четы­рехтактных АД:

-  бензиновые двигатели – 0,75–1,1;

-  дизельные двигатели без наддува – 0,7–1,0;

-  дизельные двигатели с наддувом – до 2,2.

Индикаторная мощность. Индикаторная мощность Ni (Bt), развиваемая газами в цилиндре АД, представляет собой работу, которая совершается га­зами внутри цилиндра в единицу времени (секунду).

Работа, совершаемая газами в одном цилиндре за один цикл, определя­ется по формуле:

За время (в одну секунду) совершается 2 · n/60 · τ циклов или рабочих ходов.

Тогда индикаторная мощность (Вт) для одного цилиндра:

где n – частота вращения коленчатого вала, мин-1;

τ = 4 – коэффициент тактности для четырехтактных двигателей.

Индикаторная мощность для многоцилиндрового двигателя:

где i – число цилиндров;

VH – рабочий объем двигателя.

Индикаторный КПД. Индикаторный КПД характеризует степень ис­пользования в рабочем (действительном) цикле теплоты топлива для получе­ния полезной работы и представляет собой отношение теплоты Qi, эквива­лентной индикаторной работе Wi цикла, ко всему количеству теплоты Q1, внесенной в цилиндр с топливом.

Для 1 кг топлива

ηi=Qi/Q1=Qi/Hu,

где Hu – низшая теплота сгорания топлива, Дж /кг.

Для АД, работающих на номинальном режиме, индикаторный КПД со­ставляет:

бензиновые двигатели – 0,26–0,35;

дизельные двигатели – 0,38–0,50;

газовые двигатели – 0,28–0,34.

Удельный индикаторный расход топлива gi [ г/(кВт-ч)]

Удельный индикаторный расход топлива на номинальном режиме для АД составляет:

бензиновые двигатели – 235–320 г/(кВт-ч);

дизельные двигатели – 170–230 г/(кВт-ч).

Индикаторный КПД и удельный расход топлива характеризуют эконо­мичность рабочего (действительного) цикла АД.

1.7.2  Эффективные показатели двигателя

Эффективные показатели характеризуют работу АД. Часть индикатор­ной мощности Ni двигателя расходуется на преодоление различных сопро­тивлений внутри двигателя: на преодоление механических сопротивлений (трение в КШМ, приведение в действие вспомогательных механизмов и агре­гатов и др.) и на совершение процессов впуска и выпуска. Эта мощность на­зывается мощностью механических потерь Nм.

Другая часть индикаторной мощности, снимаемая с коленчатого вала двигателя, называется эффективной мощностью Ne и расходуется на совер­шение внешней работы, т. е. Ne = Ni – Nм.

Мощности Ne и Nм определяются опытным путем на специальных ис­пытательных стендах.

Механические потери в двигателе оцениваются механическим КПД ηм, который представляет собой отношение эффективной мощности к инди­каторной:

Отсюда Ne = Ni · ηм.

Механический КПД уменьшается с уменьшением нагрузки двигателя и при холостом ходе ηм = 0, т. к. Ne = 0.

Механический КПД определяет также отношение среднего эффектив­ного давления газов ре к индикаторному pi.

Отсюда pe= pi · ηм.

Эффективная мощность определяется также по индикаторной мощно­сти через механический КПД:

где ре – среднее эффективное давление.

Эффективный крутящий момент (Н·м) определяют по формуле:

Эффективная топливная экономичность двигателя в целом оценивается эффективным КПД ηe или удельным эффективным расходом топлива ge.

Эффективный КПД представляет собой отношение количества теплоты Qe, преобразованное в эффективную работу We, ко всей подведенной теплоте Hu.

Связь между эффективным и механическим КПД двигателя определя­ется выражением:

Эффективный КПД двигателя характеризует степень использования теплоты топлива в двигателе с учетом всех потерь – тепловых и механиче­ских.

Эффективный удельный расход ge [г/(кВт-ч)] жидкого топлива опре­деляется по формуле:

В качестве оценочных параметров АД применяются следующие показатели.

Средняя скорость поршня (м/с):

где S – ход поршня, м;

n – частота вращения коленчатого вала, мин-1.

Этот параметр характеризует механическую напряженность деталей и их износ. Снижают Сср применением короткоходных двигателей.

Литровая мощность двигателя Nл (кВт/л) – это эффективная мощность, снимаемая с единицы рабочего объема двигателя.

Литровая мощность характеризует степень форсирования двигателя по рабочему процессу и по быстроходности.

Удельная поршневая мощность Nп (Вт/м2 ) – это эффективная мощ­ность, приходящаяся на единицу площади всех поршней.

где F – площадь поршня, м2.

В табл.1 приведены эффективные показатели АД без наддува при ра­боте на режиме максимальной нагрузки.

Таблица 1

Двигатель	pе, МПа	ηe , %	ge, г/(кBт-ч)	ηм , %
Бензиновый	0,65 – 1,0	23 – 29	290 – 350	75 – 85
Дизельный	0,6 – 0,9	29 – 40	230 – 280	70 – 82

1.8  Обозначение двигателей

Автомобильные двигатели различают по типам, маркам, моделям и классам.

Тип современного АД: четырехтактный, верхнеклапанный, карбюраторный или инжекторный, дизель без наддува или дизель с турбонаддувом, жидкостного охлаждения, быстроходный.

Марка – это сокращенное название завода-изготовителя, например ЗИЛ, ВАЗ, КамАЗ и др.

Модель – конкретная конструкции двигателя.

Базовая (основная) модель – наиболее распространенный вид двигателя в определенном классе.

Класс двигателя или его типоразмерность определяется рабочим объемом цилиндров в определенных пределах (табл. 2).

Таблица 2

Класс двигателя	Рабочий объем двигателя, литры
1	До 0,75
2	Свыше 0,75 до 1,2
3	Свыше 1,2 до 2,0
4	Свыше 2,0 до 4,0
5	Свыше 4,0 до 7,0
6	Свыше 7,0 до 10,0
7	Свыше 10,0 до 15,0
8	Свыше 15,0 и выше
9	Газотурбинные

Каждый класс содержит, как правило, одну базовую модель АД и несколько ее разновидностей, которые отличаются от базовой модели назначением и некоторыми особенностями устройства и называются модификациями.

В обозначение двигателя входит марка и модель (через дефис). Модель обозначается цифровым индексом.

Структура обозначения двигателя:

Цифровой индекс базовой модели двигателя содержит три, а модифицированной модели – четыре знака.

Например, базовая модель дизельного двигателя Камского автомобильного

завода обозначается КамАЗ-740, а его модификация (с турбонаддувом) – КамАЗ-7403.

В индекс обозначения двигателей входит класс (первая цифра). Вторая и третья цифры обозначают модель двигателя. Дизельным двигателям для отличия от бензиновых присваиваются номера моделей в диапазоне каждого класса, начиная с 040 (вторая и третья цифры индекса). Например, ЗИЛ-508 и ЗИЛ-645.

2  Лабораторные работы по устройству автомобильных двигателей

Лабораторная работа № 1

Общее устройство и основные параметры бензиновых АД

и принципы их работы

Содержание работы: изучение структуры, компоновки, основных параметров бензиновых АД и принципы их работы. Составление отчета.

Отчет

1  Техническая характеристика двигателя

Показатель	Значение показателя
Модель Тип Число цилиндров i Расположение цилиндров Диаметр цилиндра D, мм Ход поршня S, мм Степень сжатия ε Номинальная мощность Ne max, кВт Номинальная частота вращения коленчатого вала nN, мин-1

Окончание таблицы

Показатель	Значение показателя
Максимальный крутящий момент Ме max, H × м Удельный минимальный расход топлива ge min, г/(кВт-ч) Порядок работы цилиндров Масса двигателя сухая G, кг

2  Выполнить кинематическую схему кривошипно-шатунного механизма. Составить спецификацию деталей.