Содержание
Ошибка
- Автомобиль — модели, марки
- Устройство автомобиля
- Ремонт и обслуживание
- Тюнинг
- Аксессуары и оборудование
- Компоненты
- Безопасность
- Физика процесса
- Новичкам в помощь
- Приглашение
- Официоз (компании)
- Пригородные маршруты
- Персоны
- Наши люди
- ТЮВ
- Эмблемы
- А
- Б
- В
- Г
- Д
- Е
- Ё
- Ж
- З
- И
- Й
- К
- Л
- М
- Н
- О
- П
- Р
- С
- Т
- У
- Ф
- Х
- Ц
- Ч
- Ш
- Щ
- Ъ
- Ы
- Ь
- Э
- Ю
- Я
Навигация
- Заглавная страница
- Сообщество
- Текущие события
- Свежие правки
- Случайная статья
- Справка
Личные инструменты
- Представиться системе
Инструменты
- Спецстраницы
Пространства имён
- Служебная страница
Просмотры
Перейти к: навигация,
поиск
Запрашиваемое название страницы неправильно, пусто, либо неправильно указано межъязыковое или интервики название. Возможно, в названии используются недопустимые символы.
Возврат к странице Заглавная страница.
Если Вы обнаружили ошибку или хотите дополнить статью, выделите ту часть текста статьи, которая нуждается в редакции, и нажмите Ctrl+Enter. Далее следуйте простой инструкции.
Справочная и техническая информация о деталях двигателей
Характеристики автомобильных двигателей.
Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) — это наиболее распространенный источник энергии для транспортных средств.
Этот двигатель вырабатывает мощность за счет преобразования химической энергии топлива в теплоту, которая затем преобразуется в механическую работу.
Преобразование химической энергии в теплоту осуществляется при сгорании топлива, а последующий переход теплоты в механическую работу осуществляется за счет внутренней энергии рабочего тела, которое, расширяясь, выполняет работу. В качестве рабочих тел в ДВС используются газы, давление которых возрастает за счет сжатия. Если процесс сгорание топлива происходит внутри цилиндра двигателя, этот процесс называется внутренним сгоранием. Если процесс сгорания происходит вне цилиндра, то он называется внешним сгоранием. По количеству тактов различают двигатели с двухтактным и четырехтактным рабочим циклом. Двухтактный двигатель это двигатель, в котором присутствуют два рабочих такта: сжатие и расширение. В двухтактном двигателе весь рабочий цикл полностью происходит в течение одного оборота коленчатого вала. Газообмен происходит в конце такта расширения и в начале такта сжатия. Продолжительность впуска и выпуска определяется самим поршнем, когда он при перемещении вверх после НМТ последовательно перекрывает продувочные и выпускные окна. К недостаткам двухтактного двигателя относится повышенный расход топлива и высокий уровень выбросов, плохая работа на холостом ходу и повышенные тепловые нагрузки.
Четырехтактный двигатель это двигатель с четырьмя рабочими циклами:
ВПУСК | СЖАТИЕ | РАБОЧИЙ ХОД | ВЫПУСК |
- Впуск — впуск воздуха или топливной смеси. В процессе первого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ) и через впускной клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь.
- Сжатие — сжатие поршнем рабочей смеси в камере сгорания. Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая полученную рабочую смесь.
- Рабочий ход (сгорание и расширение) – движение поршня при сгорании рабочей смеси; смесь поджигается искрой от свечи зажигания или давлением (дизель). Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень.
- Выпуск — очищение камеры сгорания от отработавших газов. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается, и цикл начинается сначала.
Преимуществом четырехтактного двигателя является высокий коэффициент наполнения во всем диапазоне частот вращения коленчатого вала, низкая чувствительность к падению давления в выпускной системе, возможность управления кривой наполнения путем подбора фаз газораспределения и конструкцией впускной системы. Почти все автомобильные двигатели это четырехтактные поршневые двигатели внутреннего сгорания. Они обладают множеством характеристик – такие как крутящий момент, мощность, степень сжатия, расход топлива, выброс вредных веществ и т. д., которые во многом зависят от их конструктивных особенностей.
Кратко мы разберем основные характеристики и отличия поршневых автомобильных двигателей внутреннего сгорания:
- Тип (код) двигателя.
Каждый производитель автомобилей присваивает своим силовым агрегатам буквенно-цифровые коды, позволяющие подобрать запасные части в зависимости от комплектации конкретной модели автомобиля. Тип двигателя наносится методом выдавливания на отфрезерованный, технологический отлив блока цилиндров или выдавливается на специальной табличке, которая прикрепляется к блоку цилиндров. Как правило, там же содержится информация и о номере двигателя. Некоторые производители наносят эти данные на головку блока цилиндров (например, AUDI двигатель AAN). В подавляющем большинстве случаев можно прочесть нанесенные данные о типе двигателя, без подъемных механизмов или снятия агрегата с автомобиля.
Пример расположения площадки с выбитым типом двигателя Mitsubishi 4G64 | Пример расположения таблички с типом двигателя MAN D 0226 MKF |
- Диаметр цилиндра ( D )
Диаметр цилиндра — это размер отверстия в блоке цилиндров (гильзе цилиндра), в котором поступательно двигается поршень. Это конструктивный параметр блока цилиндров влияющий на рабочий объем двигателя. Помимо этого от диаметра цилиндра зависит общая габаритная ширина и длинна двигателя. Размер указывается, как правило, в миллиметрах или дюймах с точностью до сотых долей. Данные размере номинального диаметра цилиндра указываются при комнатной температуре ( 20 градусов Цельсия). Измерения производятся нутромером или аналогичным по точности инструментом.
- Ход поршня ( S )
Ход поршня — это расстояние между положением любой точки поршня в верхней мертвой точке (В.М.Т.) и положение поршня в нижней мертвой точке (Н.М.Т). Это конструктивный параметр коленчатого вала, влияющий на рабочий объем двигателя. Размер указывается, как правило, в миллиметрах или дюймах с точностью до сотых долей. Измерения производятся штангель-циркулем или аналогичным по точности инструментом. Как правило, измерения производятся непосредственно на коленчатом валу. От размера, хода поршня зависит габаритная высота двигателя .
- Количество цилиндров двигателя ( z )
Количество цилиндров является важнейшей конструктивной характеристикой двигателя. В зависимости от количества цилиндров рассчитывается и проектируется и система охлаждения двигателя. Количество цилиндров самым прямым образом влияет на общие габаритные размеры и вес автомобиля. Например: c увеличением количества цилиндров при одном и том же литраже двигателя размеры его цилиндров уменьшаются. Это уменьшение вследствие увеличения отношения внутренней поверхности цилиндра к его объему сопровождается усилением охлаждения двигателя. Уменьшение диаметра цилиндра позволяет создавать камеру сгорания улучшенной формы и вместе с обстоятельством усиления охлаждения позволяет производителем создавать более экономичные двигатели. Но есть и обратная сторона, увеличение количества цилиндров ведет к общему удорожанию силового агрегата. В современном автомобильном моторостроении получили распространение 2-х, 3-х , 4-х , 5-и , 6-и , 8-и , 10-и , 12-и , 16 –и цилиндровые двигатели.
- Объем двигателя ( V )
Как правило, в справочниках и каталогах указывается рабочий объем двигателя.
Рабочий объем двигателя ( VH ) (литраж двигателя) складывается из рабочих объемов всех цилиндров. То есть, это произведение рабочего объема одного цилиндра Vp на количество цилиндров Z.
Рабочий объем цилиндра ( Vp ) — это пространство, которое освобождает поршень при перемещении из верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точки (НМТ).
Полный объем цилиндра ( Vo ) — это сумма рабочего объема одного цилиндра Vp и объема одной камеры сгорания в головке блока Vk.
Объем камеры сгорания ( Vk ) — объем полости цилиндра и камеры сгорания в головке блока цилиндров над поршнем, находящимся в верхней мертвой точке (ВМТ) — т.е. в крайнем положении и в наибольшем удалении от коленчатого вала. Параметр, прямо влияющий на степень сжатия двигателя. В гаражных условиях измерение камеры сгорания производится с помощью измерения объема жидкости заполняющего камеру.
- Количество клапанов на один цилиндр
В современном автомобилестроении все чаще и чаще применяются двигатели с мульти клапанным газораспределительным механизмом. Увеличение количества клапанов является важнейшим параметром позволяющим получать большую мощность при одном и том же объеме двигателя, за счет увеличения объема смеси или воздуха попадающего в цилиндры на такте впуска. Увеличение количества клапанов позволяет получать, лучшее наполнение цилиндров свежей рабочей смесью и быстрее освобождать камеру сгорания от отработанных газов.
- Тип топлива
По типу топлива двигатели разделяются на следующие группы:
Бензиновые двигатели (Petrol) — имеют принудительное зажигание топливовоздушной смеси искровыми свечами. Принципиально различаются по типу системы питания:
В карбюраторных системах питания смешение бензина с воздухом начинается в карбюраторе и продолжается во впускном трубопроводе. В настоящее время выпуск таких двигателей практически прекращено из-за высокого расхода топлива и несоответствия предъявляемым современным экологическим требованиям.
Во впрысковых ( инжекторных ) двигателях топливо может распылятся одним инжектором (форсункой) в общий впускной трубопровод (центральный, моновпрыск) или несколькими инжекторами перед впускными клапанами каждого цилиндра двигателя (распределенный впрыск). В этих двигателях, возможно, небольшое увеличение максимальной мощности и снижение расхода топлива и уменьшение токсичности отработавших газов за счет рассчитанной дозировки топлива блоком электронного управления двигателем;
Двигатели с непосредственным впрыскиванием бензина в камеру сгорания , который подается в цилиндр несколькими порциями, что оптимизирует процесс сгорания, позволяет двигателю работать на обедненных смесях, соответственно максимально уменьшается расход бензина и выброс вредных веществ в атмосферу.
Дизельные двигатели (Diesel) — поршневые двигатели внутреннего сгорания с внутренним смесеобразованием, в которых воспламенение смеси дизельного топлива с воздухом происходит от возрастания ее температуры при сжатии. По сравнению с бензиновыми, дизельные двигатели обладают лучшей экономичностью (примерно на 15-20%) благодаря более чем в два раза большей степени сжатия, значительно улучшающей процессы горения топливо — воздушной смеси. Неоспоримым достоинством дизелей является конструктивное отсутствие дроссельной заслонки, которая создает сопротивление движению воздуха на впуске и в связи с этим увеличивает расход топлива. Максимальный крутящий момент дизели развивают на меньшей частоте вращения коленчатого вала.
Гибридные двигатели — двигатели совмещающие характеристики дизеля и двигателя с искровым зажиганием.
- Компоновка поршневых двигателей (тип расположения)
Значительное разнообразие компоновок поршневых двигателей связано с их размещением в автомобиле и необходимостью уместить определенное количество цилиндров в ограниченном объеме моторного отсека.
- Рядный двигатель (R) — компоновка, при которой все цилиндры находятся в одной плоскости. Применяется для небольшого количества цилиндров (R2, R3, R4, R5 и R6). Рядный шестицилиндровый двигатель легче всего поддается уравновешиванию (снижению вибраций), но обладает значительной длиной (рис. 1).
- V-образный двигатель(V) — цилиндры у него расположены в двух плоскостях, как бы образуя латинскую букву V. Угол между этими плоскостями называют углом развала двигателя. V-образные двигатели выпускаются, по понятным причинам, только с четным количеством цилиндров. Такая компоновка позволяет значительно уменьшить длину двигателя, но увеличивает его ширину. Наиболее распространенными являются двигатели с компоновкой V6 и V8, реже встречаются V4, V10, V12, V16. (рис. 2)
- Оппозитный двигатель имеет угол развала 180°, благодаря этому у него высота агрегата наименьшая среди всех компоновок. Противолежащие друг другу цилиндры располагаются горизонтально. Как правило, выпускаются 4-х и 6-и цилиндровые варианты оппозитных двигателей. (рис. 3)
- VR-образный двигатель — обладает небольшим углом развала (порядка 15°), что позволяет уменьшить как продольный, так и поперечный размеры агрегата. Получили распространение компоновки VR5 и VR6. (рис. 4)
- W-образный двигатель имеет два варианта компоновки — три ряда цилиндров с большим углом развала (рис. 5) или как бы две VR-компоновки (рис. 6). Обеспечивает хорошую компактность даже при большом количестве цилиндров. В настоящее время серийно выпускают W8 и W12.
- Тип привода ГРМ
В современной мировой практике для уточнения типа клапанного механизма применяются следующие сокращения:
- OHV обозначает верхнее расположение клапанов в двигателе.
- OHC обозначает верхнее расположение распредвала.
- SOHC обозначает один распределительный вал верхнего расположения.
- DOHC обозначает конструкцию газораспределительного механизма с двумя распределительными валами расположенными сверху.
- Степень сжатия двигателя, компрессия
Понятие степени сжатия не следует путать с понятием «компрессия», которое указывает максимальное давление создаваемое поршнем в цилиндре при данной степени сжатия (например: степень сжатия для двигателя 10:1, значение «компрессии» при этом соответствует значению в 14 атмосфер).
- Степень сжатия ( ε ) — отношение полного объема цилиндра двигателя к объему камеры сгорания. Этот параметр показывает, во сколько раз уменьшается полный объем цилиндра при перемещении поршня из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку. Для бензиновых двигателей степень сжатия определяет октановое число применяемого топлива. Для бензиновых двигателей значение степени сжатия определяется в пределах от 8:1 до 12:1, а для дизельных двигателей в пределах от 16:1 до 23:1. Общая мировая тенденция в двигателестроении это увеличение степени сжатия как у бензиновых так и у дизельных двигателей, вызванное ужесточением экологических норм.
- Компрессия (давление в цилиндре в конце такта сжатия) ( p c ) является одним из показателей технического состояния (изношенности) цилиндропоршневой группы и клапанов. У двигателей с серьезным пробегом, как правило, уже имеется неравномерный износ гильзы цилиндра и поршневых колец, в связи, с чем поршневое кольцо не плотно прилегает к поверхности цилиндра. Также изнашивается клапанный механизм, а точнее стержень клапана и направляющая втулка клапана. Вследствие перечисленных причин возникают потери герметичности камеры сгорания.
Где:
p0 — это начальное давление в цилиндре в начале такта сжатия.
ε— степень сжатия двигателя.
- Мощность двигателя ( P )
- Мощность — это физическая величина, равная отношению произведенной работы или произошедшего изменения энергии к промежутку времени, в течение которого была произведена работа или происходило изменение энергии. Обычно мощность измеряется в Лошадиных силах (Horse Power – англ). Значение 1 л.с. (HP) = 0,735 кВт) или в Киловаттах (1 кВ) = 1,36 л.с. (HP). Максимальное значение мощности и максимальный крутящий момент достигаются при различных оборотах двигателя.
Где:
M – это крутящий момент ( Н * м )
ω — угловая скорость ( рад / сек )
n — частота вращения коленчатого вала двигателя. ( мин -1)
Как правило, во всех справочных автомобильных источниках, а также технических документации на транспортное средство, указывается эффективная мощность.
- Эффективная мощность двигателя — это мощность, снимаемая с коленчатого вала двигателя. Не путать с номинальной мощностью двигателя.
Где:
VH – рабочий объем двигателя ( см 3)
pe — среднее эффективное давление ( бар )
n — частота вращения коленчатого вала двигателя. ( мин -1)
K — тактовый коэффициент ( K=1 для двухтактного ; K= 2 для четырехтактного двигателя )
- Номинальная мощность двигателя — это гарантируемая изготовителем мощность двигателя в режиме полного дросселя и заданной частоты вращения, то есть, при работе двигателя на номинальной частоте вращения при полной подаче топлива.
- Охлаждение двигателя
Чтобы избежать тепловых перегрузок, сгорание смазочного масла на направляющей поверхности поршня и неуправляемого сгорания из-за перегрева отдельных деталей, все части двигателя располагаемые вокруг камеры сгорания должны интенсивно охлаждаться. Используются две принципиальные схемы охлаждения:
- Непосредственное воздушное охлаждение. Охлаждающий воздух напрямую контактирует с нагретыми частями двигателя и обеспечивает отвод от них теплоты. В основе способа лежит принцип пропуска воздушного потока через оребренную охлаждаемую поверхность. Преимущества: надежность и почти полное отсутствие технического обслуживания. Удорожание стоимости отдельных деталей.
- Непрямое (жидкостное или водяное) охлаждение, т.к. вода или другие охлаждающие жидкости обладают высокой теплоемкостью и обеспечивают эффективный отвод теплоты от нагретых поверхностей, большинство современных двигателей имеют жидкостные системы охлаждения. Система содержит замкнутых охлаждаемый контур, позволяющий применять антикоррозионные и низкозамерзающие присадки. Охлаждающая жидкость принудительно прокачивается насосом через двигатель и охлаждающий радиатор.
- Система питания двигателя
Двигатели внутреннего сгорания выпускаются с различными системами питания, самые известные из них:
Система Ecotronic — это система электронного управления работой карбюратора состоящая из дроссельной и воздушной заслонок, поплавковой камеры, системы холостого хода, переходной системы и системы управления подачей воздуха на холостом ходу. Двигатели с этой системой являются более экономичными по сравнению с карбюраторными, но уступают впрысковым двигателям.
Система Mono — Jetronic — это электронно-управляемая одноточечная система центрального впрыска высокого давления, особенностью, которой является наличие топливной форсунки центрально расположения, работой которого управляет электромагнитный клапан. Распределение топлива по цилиндрам осуществляется во впускном коллекторе. Различные датчики контролируют все основные рабочие характеристики двигателя, они используются для расчета управляющих сигналов для форсунок и других исполнительных устройств системы.
Система K- Jetronic — это электронно-управляемая система распределенного впрыска топлива. Она является механической системой, которая не требует применения топливного насоса с приводом от двигателя. Она осуществляет непрерывное дозирование топлива пропорционально количеству воздуха, всасываемого при такте впуска. Так как система производит прямое измерение расхода воздуха, она может учитывать изменения в работе двигателя, что позволяет использовать ее вместе с оборудованием для снижения токсичности отработавших газов.
Система KE- Jetronic — это электронно-управляемая система распределенного впрыска топлива. Она является усовершенствованным вариантом системы K-Jetronic. Она содержит электронный блок управления для повышения гибкости работы и обеспечения дополнительных функций. Дополнительными компонентами системы являются: датчик расхода всасываемого в цилиндры воздуха; исполнительный механизм регулирования качества рабочей смеси; регулятор давления, поддерживающий постоянство давления в системе и обеспечивающий прекращение подачи топлива при выключении двигателя.
Система L- Jetronic — это электронно-управляемая система распределенного впрыска топлива. Она сочетает в себе преимущества систем с непосредственным измерением расхода воздуха и возможности, представляемые электронными устройствами. Также как система K-Jetronic данная система распознает изменения в условиях работы двигателя (износ, нагарообразование в камере сгорания, изменение в зазорах клапанов), что обеспечивает постоянный оптимальный состав отработавших газов.
Система L2- Jetronic — это электронно-управляемая система распределенного впрыска топлива. Эта система обладает дополнительными функциями по сравнению с теми, которые предлагает аналоговое устройство L-Jetronic.
Система LH- Jetronic — схожа с L- Jetronic , различие заключается в методах измерения расхода всасываемого воздуха, так как в системе LH- Jetronic используется тепловой измеритель массового расхода воздуха. Поэтому результаты не зависят от плотности воздуха, которая изменяется в зависимости температуры и давления.
Система L3-Jetronic обладает дополнительными функциями по сравнению с теми, которые предлагает аналоговое устройство L-Jetronic. В электронном блоке управления системы L-Jetronic применяется цифровая обработка для регулирования качества смеси на базе анализа зависимости нагрузка / частота вращения коленчатого вала двигателя.
Система Motronic состоит из ряда подсистем. Принцип системы основан на том что зажигание и впрыск топлива объединены в одну систему. И поэтому отдельные элементы системы обладают повышенной гибкостью и возможностью управлять огромным количеством характеристик работы двигателя.
Система ME-Motronic — эта система объединяет в себе систему впрыска топлива LE2-Jetronic , в которой помимо клапана дополнительной подачи воздуха в дополнительном воздушном канале, имеется повторный регулятор холостого хода, и систему полностью электронного зажигания VSZ.
Система Mono-Motronic — является скомбинированной системой зажигания и впрыска топлива на базе дискретного центрального впрыска топлива Mono-Jetronic.
Система KE-Motronic — является комбинированной системой зажигания и впрыска топлива на базе непрерывного впрыска топлива KE-Jetronic.
Система Sport-Motronic — является усовершенствованной комбинированной системой зажигания и впрыска топлива обладает повышенной гибкостью и позволяет эксплуатировать двигатель в условиях с максимальной скоростной нагрузкой.
Система впрыска CR (Common Rail) — это система питания дизельного двигателя, это так называемая аккумуляторная топливная система, которая делает возможным объединение системы впрыскивания топлива дизеля с различными дистанционно выполняемыми функциями и в тоже время позволяют повышать точность управления процессом сгорания топлива. Отличительная характеристика системы с общим трубопроводом заключается в разделении узла, создающего давление и узла впрыскивания. Это позволяет повысить давление впрыскивания топлива.
- Количество коренных опор
Количество коренных опор это параметр, влияющий на жесткость блока и на сопротивление различным нагрузкам коленчатого вала. Количеству коренных опор соответствует количество коренных подшипников скольжения. Количество шатунных подшипников скольжения равняется количеству цилиндров двигателя.
- Привод распредвала
В мировом автомобилестроении получили распространение два типа привода распределительных валов:
- Ременной привод — это привод, осуществляемый с помощью эластичного, но прочного ремня, имеющего поперечные насечки (зубчатый ремень) для улучшения зацепления. Преимуществом ременного привода является невысокая шумность работы, простота конструкции, и как следствие меньшая стоимость и невысокая масса узлов газораспределительного механизма.
- Цепной привод — это привод, осуществляемый с помощью металлической цепи, которая своими звеньями приводит вращение зубчатых шестерен на коленчатом валу и распредвала. Основным преимуществом цепного привода является длительный ( по сравнению с ременным приводом) срок службы и повышенная надежность работы газораспределительного механизма.
Каковы рабочие параметры двигателя?
Мы обсудили различные типы двигателей внутреннего сгорания и принципы их работы. В этой статье мы собираемся обсудить различные параметры работы двигателя.
Общая производительность двигателя обозначается термином «Эффективность» и обозначается как « η »
Существует пять важных КПД двигателя, которые упомянуты ниже.
- Указанный тепловой КПД
- Термический КПД тормозов
- Механический КПД
- Объемный КПД
- Относительный КПД
Это пять важных КПД двигателя, которые определяют общий КПД двигателя. Наряду с этими показателями эффективности у нас есть и другие параметры производительности. Они перечислены ниже.
- Среднее эффективное давление
- Средняя скорость поршня
- Удельная выходная мощность
- Удельный расход топлива
- Соотношение воздух-топливо
- Теплота сгорания топлива
Давайте подробно обсудим все эти параметры, начиная с КПД.
Прежде чем обсуждать, что такое указанная тепловая эффективность, мы должны понять, что такое указанная мощность? и что такое энергия топлива?
Указанная мощность: Количество энергии, развиваемой при сгорании топлива в цилиндре.
Топливо Энергия: Фактическое количество энергии, хранящейся в Топливе = Масса топлива × Теплотворная способность Топлива
Теперь с этим определением Показанная тепловая эффективность ясна. Соотношение между указанной мощностью и энергией топлива называется указанным тепловым КПД.
Прежде чем обсуждать, что такое термическая эффективность торможения, мы должны понять, что такое мощность торможения? и мы уже знаем, что такое топливная энергия?
Мощность торможения: Количество выходной мощности, собираемой коленчатым валом, называется мощностью торможения.
Теперь определение простое. Отношение мощности торможения к энергии топлива называется тепловой эффективностью торможения.
Вы знаете, у нас также есть зависимость между Индикацией мощности и Тормозной мощностью. Это выглядит следующим образом.
Указанная мощность = мощность торможения + мощность трения
[Поскольку количество энергии, развиваемой в цилиндре, которое является указанной мощностью, не может быть преобразовано в выходную мощность (вращательное движение) при 100% передаче энергии, будут потери на трение при поршень в цилиндре. таким образом, выходная мощность на коленчатом валу называется мощностью торможения, а количество потерь в виде потерь на трение считается мощностью трения.]
Механический КПД определяется как отношение выходной мощности к мощности, развиваемой в цилиндре. Или просто отношение мощности торможения к указанной мощности.
Вы где-нибудь слышали термин «Дыхательная способность двигателя»?
Да, вы слышали правильный объемный КПД есть не что иное, как Дыхательная способность двигателя. А это один из важных параметров работы четырехтактных двигателей.
Объемная эффективность определяется как отношение количества всасываемого воздуха к скорости, с которой объем вытесняется системой.
Подробнее
Относительная эффективность также известна как коэффициент эффективности. Это отношение теплового КПД фактического цикла к идеальному циклу.
Теперь давайте обсудим оставшиеся параметры Engine Performance.
Среднее давление внутри цилиндров двигателя внутреннего сгорания на основе полученной выходной мощности.
Для любых двигателей будет два средних эффективных давления. Одним из них является конкретное указанное среднее эффективное давление ( p im ), а второй — среднее эффективное давление тормоза ( p bm ). Эти два являются производными от указанной мощности и мощности торможения.
Подробнее
Средняя скорость поршня может быть рассчитана по следующей формуле как выходная мощность на единицу площади поршня.
Удельная выходная мощность (P s ) = Тормозная мощность/Площадь поршня
(или)
Удельная выходная мощность (P s ) = Тормозная средняя скорость Постоянная 0 0 0 0 0 Среднее эффективное давление поршня 3 × 900 Удельный расход топлива является важным параметром, определяющим работу двигателя. Он определяется как отношение израсходованного топлива в единицу времени к выработанной мощности.
Здесь также указанный Удельный расход топлива и Удельный расход топлива на торможение могут быть рассчитаны на основании Указанной мощности и Тормозной мощности.
Соотношение воздуха и топлива играет решающую роль в работе двигателя. Это выражается в соотношении воздух-топливо. В двигателях с искровым зажиганием соотношение воздух-топливо будет одинаковым для большинства операций. Но в компрессионных двигателях, где топливо подается отдельно с помощью топливных форсунок, так что если нужно увеличить нагрузку, то количество топлива будет увеличено непосредственно в цилиндре.
Теплотворная способность топлива определяется как количество тепловой энергии, выделяемой на единицу количества топлива при его полном сгорании.
Мы обсудили различные типы КПД в двигателе внутреннего сгорания, а также параметры производительности двигателя, такие как среднее эффективное давление, средняя скорость поршня, удельная выходная мощность, удельный расход топлива, соотношение воздух-топливо, теплотворная способность двигателя. Топливо. Если у вас есть какие-либо мысли, сообщите нам об этом в разделе комментариев ниже.
Оценка характеристик двигателя внутреннего сгорания
Характеристики двигателя внутреннего сгорания могут сильно отличаться от значений, указанных в его каталоге. Поэтому рекомендуется запросить у поставщика более подробную информацию о конкретных объектах, чтобы иметь лучшее представление об ожидаемой производительности оборудования.
Сравнение производительности и эффективности различных машин кажется простой задачей. В конце концов, что может быть сложного в том, чтобы подсчитать разные числа и сказать, какое из них больше? Что ж, не все так просто, когда дело доходит до оценки двигателей.
Эффективность оборудования для производства электроэнергии зависит от множества факторов, многие из которых зависят от конкретного места и области применения. Чтобы усложнить ситуацию, поставщики оборудования часто определяют свои значения эффективности для различных эталонных условий, которые трудно интерпретировать кому-либо, кроме специалистов.
Как возникают различия
Существует множество факторов, влияющих на фактическую производительность оборудования для производства электроэнергии. Наиболее очевидными из них являются условия окружающей среды и качество топлива. Это означает, что фактическая производительность оборудования, установленного на месте и эксплуатируемого в коммерческих целях, будет сильно отличаться от каталожных значений. Эти отклонения, естественно, будут иметь разные характеристики, даже для очень похожего оборудования, в зависимости от конструкции. Это означает, что, скажем, даже если машина А более эффективна, чем машина Б в номинальных условиях, это не обязательно будет так в реальных условиях на месте.
Чтобы усложнить ситуацию, номинальные значения также часто выражаются для различных наборов условий или с различными допущениями, которые могут быть указаны или не указаны явно. Это делает реалистичное сравнение производительности сайта для разных движков сложным и трудоемким.
На определенном этапе неизбежно потребуется получение от поставщика оборудования более полного набора данных, выходящего далеко за рамки одной таблицы, приведенной в каталожном листе. Тем не менее, понимание некоторых общих принципов может облегчить раннюю оценку возможностей оборудования даже при наличии информации из каталога. Здесь мы более подробно рассмотрим эти принципы и их применимость к двигателям внутреннего сгорания.
Окружающие условия
Двигатели внутреннего сгорания относятся к технологиям, наиболее устойчивым к изменениям окружающей среды. Тем не менее, при очень высоких температурах показатели производительности ухудшаются. Как правило, можно предположить, что рабочие параметры будут идентичны или очень близки к номинальным значениям до 30-35°C. Более того, производительность может незначительно ухудшиться как с точки зрения эффективности, так и производительности. Влажность также влияет на производительность. Чем выше относительная влажность, тем ниже температура, при которой работа двигателя начнет ухудшаться. Двигатели также могут быть чувствительны к снижению давления воздуха, связанному с большой высотой.
Обычно каталожные параметры двигателей указаны для условий ISO 3046: температура окружающей среды 25°C, относительная влажность 30% и давление окружающей среды 100 кПа. Это означает, что они репрезентативны для операций в умеренном и прохладном климате, за возможным исключением самых жарких или самых холодных дней. Однако для более экстремальных климатических условий, особенно для очень жарких и влажных случаев, всегда необходимо учитывать снижение номинальных характеристик и снижение эффективности.
Рис. 1. Давление и температура окружающего воздуха могут влиять на мощность двигателя. Обратите внимание, что в случае более высоких температур ухудшение характеристик начинается уже при более низких высотах над уровнем моря. Это показывает, насколько важно использовать полную информацию о состоянии участка. (Щелкните изображение для полного просмотра.)
Нагрузка
Очевидно, что КПД двигателя зависит от его нагрузки. Это особенно важно для установок, которые не должны работать с полной нагрузкой в течение значительного периода времени. К счастью, в случае более крупных электростанций электростанции с двигателями внутреннего сгорания позволяют достичь частичной нагрузки за счет отключения отдельных генераторных установок, в то время как другие поддерживаются как можно ближе к полной нагрузке. Тем не менее, иногда будет необходимо эксплуатировать двигатели на частичных нагрузках из-за других соображений (например, поддержание резерва вращения), и КПД неизбежно снизится. Однако можно отметить, что кривая КПД двигателя обычно намного более пологая, чем у другого оборудования.
Рис. 2. Одной из выдающихся особенностей технологии двигателей внутреннего сгорания является плоская кривая КПД нагрузки. На этой диаграмме показаны такие кривые для десятидвигательной установки, работающей двумя разными способами. Оранжевая кривая представляет управление нагрузкой путем отключения отдельных двигателей при сохранении нагрузки остальных почти на номинальной. Черная кривая представляет ситуацию, когда все двигатели разгружаются вместе, как в случае с установками, которым необходимо поддерживать вращательный резерв. (Нажмите на изображение для полного просмотра.)
Коэффициент мощности
Генератор переменного тока вырабатывает не только активную мощность, но и определенное количество реактивной мощности. Обычно это описывается значением, называемым коэффициентом мощности (или pf). п.ф. представляет собой отношение между активной мощностью и полной мощностью. Наибольшее значение п.ф. равно 1,0 и соответствует чисто резистивной нагрузке. Это также значение, когда генератор и, следовательно, генераторная установка достигают максимальной эффективности. Во многих случаях коэффициент мощности, равный 1,0, используется в качестве точки для определения номинальных параметров, публикуемых в технических паспортах оборудования. С другой стороны, в некоторых других каталожных данных производительность определяется относительно низким значением 0,8, что является типичным конструктивным параметром генератора.
К сожалению, в реальной жизни коэффициент мощности никогда не соответствует этим идеализированным значениям. В большинстве приложений он находится где-то между 0,90 и 0,95. Это означает, что если номинальная эффективность генераторной установки определена при p.f. = 1,0 фактическое значение всегда будет ниже. И, если номинальная стоимость определена при п.ф. = 0,8, то в реальных ситуациях оно будет выше, чем указано на каталожных листах. Здесь очевидно, что если значения для двух разных машин определены для двух разных коэффициентов мощности, они не будут сопоставимы.
Оптимизация выбросов
Как и любая другая технология сжигания топлива, двигатели внутреннего сгорания производят определенное количество загрязняющих веществ. С точки зрения производительности наиболее важной группой загрязняющих веществ являются оксиды азота или NOx.
Образование NOx является неизбежным побочным продуктом процесса сгорания, поэтому его нельзя полностью исключить. Однако есть способы его уменьшить. Фактически, самые последние экологические нормы требуют от нас принятия таких мер. Есть два способа сделать это: первичный и вторичный методы. Первичные методы направлены на предотвращение образования загрязняющих веществ, а вторичные включают очистку выхлопных газов.
Современные двигатели внутреннего сгорания могут использовать как первичные, так и вторичные меры по снижению выбросов NOx. Вторичные методы не влияют на производительность генераторной установки. Первичные имеют, так как оптимизация процесса сгорания для снижения выбросов влечет за собой определенное снижение эффективности.
Обычно каталожные данные для генераторной установки даются для оборудования, оптимизированного для достижения максимальной эффективности и, следовательно, относительно высокого уровня выбросов NOx. Газовые двигатели, как правило, рассчитаны на достижение целевого уровня NOx в 500 мг/м³N, определенного при эталонном содержании кислорода 5%, также иногда называемом уровнем «TA-Luft» по названию немецкого стандарта выбросов 2002 года. К сожалению, этот стандарт уже устарел, и во многих юрисдикциях необходим более строгий контроль выбросов.
Большинство конструкций газовых двигателей могут быть оптимизированы для соответствия более строгим уровням выбросов с помощью первичных методов, обычно вплоть до «½ TA-Luft» или даже ниже, до 200 мг/м³ при 5% O2 (75 мг/м³N при выражении для 15 % уровня кислорода). Это соответствует действующей Директиве ЕС по промышленным выбросам. Такая оптимизация выбросов обычно приводит к снижению эффективности примерно на 1,0–1,5 процентного пункта. Конечно, также можно использовать двигатель с более высоким КПД и СКВ-очистку дымовых газов. Или определенное сочетание обеих мер. Оптимальное решение выбирается на основе технико-экономического анализа конкретного проекта, в котором увеличение стоимости производства, вызванное оптимизацией двигателя, сопоставляется с инвестиционными и эксплуатационными затратами на систему SCR.
Рис. 3 — Снижение мощности газового двигателя из-за более низкой теплотворной способности топливного газа. Следует отметить, что в некоторой степени падение НТГ может быть компенсировано более высоким давлением подачи газа. (Щелкните изображение, чтобы просмотреть его полностью.)
Износ
Как и любое другое оборудование, двигатели внутреннего сгорания подвержены износу, и в процессе эксплуатации их характеристики ухудшаются. К счастью, это ухудшение в большинстве случаев полностью обратимо при капитальном ремонте, когда двигатели доводятся до номинальных параметров. Здесь важно отметить, что в большинстве конструкций ухудшение влияет только на эффективность, в то время как мощность остается на номинальном уровне. Тем не менее, помните, что средний КПД моторной установки будет несколько ниже номинальных значений, указанных для реальных условий на площадке. Величина этого ухудшения зависит от конструкции двигателя и программы его технического обслуживания.
Характеристики топлива
Как правило, двигатели внутреннего сгорания могут работать с топливом самых разных качеств и свойств. Тем не менее, есть ограничения. Некоторые из них являются абсолютными, и в этом случае невозможно или безопасно эксплуатировать двигатель ниже или выше определенного значения. Другие являются условными, что означает, что их превышение разрешено, но может привести к некоторому снижению номинальных характеристик или снижению эффективности двигателя. Типичные случаи включают теплотворную способность или метановое число. Превышение минимума для них приведет к определенному снижению производительности или эффективности.
Поэтому очень важно проверить, соответствует ли рассматриваемое топливо стандартным спецификациям. В противном случае запросите у поставщика данные о производительности, действительные для конкретного типа топлива.
Допуск
Это самый сложный вопрос, с которым даже многие инженеры могут быть незнакомы. Часто в спецификациях или каталогах среди условий, для которых указываются данные, можно встретить такие утверждения, как «допуск по ISO», «допуск по ISO 3046» или «допуск 5%». Это напрямую связано со стандартом ISO 3046 «Поршневые двигатели внутреннего сгорания — характеристики». Этот стандарт предусматривает, что «если не указано иное, для заявленного удельного расхода топлива при заявленной мощности допускается более высокий расход [топлива] +5%.
Это означает, что если какое-либо значение расхода топлива указано «с допуском ISO 3046», двигатель может фактически иметь расход топлива на 5% выше, и при этом технически соответствовать указанному значению. Кроме того, любая эффективность, заявленная с «допуском ISO», может быть на 5% (примечание: не в процентных пунктах, а в процентах) ниже. Например, генераторная установка с заявленным КПД 48,0 % «с допуском ISO» может фактически достигать только 48,0/1,05 = 45,7 %. На самом деле, более чем вероятно, что он достигнет только такого значения. Исторически этот допуск действительно предусматривался для учета различий между отдельными двигателями, покидающими производственную линию. Однако с современными методами производства эти различия по большей части остались в прошлом. Теперь концепция толерантности, к сожалению, используется для предоставления преувеличенных значений эффективности во многих публикациях. К сожалению, это тоже подводный камень для тех, кто не знаком с особенностями моторного дела. Это также создает угрозу сравнения яблок с апельсинами, когда в одном техпаспорте указан допуск 5%, а в другом нет. Таким образом, всякий раз, когда значение допуска не указано явно, рекомендуется попросить поставщика предоставить явное заявление о допусках как разницу в 5% (то есть примерно 2,0–2,5 процентных пункта, в зависимости от конструкции) далеко не ничтожен.
Рис. 4 — Некоторые более крупные конструкции двигателей, такие как этот Wärtsilä 50SG или другие конструкции Wärtsilä, оснащены масляным и водяным насосами, приводимыми непосредственно от вала двигателя. В некоторых других конструкциях, где насосы питаются от электричества, это приводит к увеличению внутреннего расхода топлива установки.
Полезная мощность и оборудование с приводом от двигателя
В случае технологии двигателей собственное потребление электроэнергии не очень велико. Однако значительные различия могут быть вызваны различными конструкциями. В основном это из-за насосов. Каждому двигателю для работы требуется несколько насосов: обычно это насосы смазочного масла, насосы охлаждающей воды и, если топливо жидкое, топливные насосы. Разница заключается в том, что в некоторых конструкциях двигателей, как правило, в более крупных среднеоборотных двигателях, насосы приводятся в действие механически от вала двигателя. Это означает, что об их потреблении энергии «заботятся» еще до того, как будет выработано электричество. Но для некоторых других двигателей, особенно небольших высокоскоростных конструкций, использующих электрические насосы, это увеличит собственное потребление установки.
Собственное потребление также может зависеть от окружающих условий. Это связано с тем, что на большинстве силовых установок отработанное тепло выбрасывается через радиаторы, приводимые в действие электрическими вентиляторами. У тех вентиляторов, которые обычно являются крупнейшими потребителями электроэнергии на такой установке, скорость вращения регулируется, чтобы обеспечить надлежащее охлаждение охлаждающей воды. Чем горячее окружающий воздух, тем выше требуемый расход воздуха, что также увеличивает потребление электроэнергии. Поскольку фактическое потребление зависит от конкретных условий и конфигурации установки, этот параметр обычно не указывается в каталогах. Поэтому рекомендуется запрашивать ориентировочную стоимость у продавцов.
Заключение
Суть в том, что «номинальные» параметры, взятые прямо из каталога, почти никогда не представляют собой значения, которые достижимы в реальных условиях объекта, даже если все оборудование новое.