СОДЕРЖАНИЕ 1. Общее устройство систем питания дизелей. Топливная аппаратура непосредственного действия и аккумуляторного типа (Common-Rail). Путь топлива и воздуха в цилиндр. Типы топливных насосов высокого давления. 4 2. Топливная экономичность двигателя. Часовой расход топлива. Удельный индикаторный и удельный эффективный расходы топлива. 12 3. Определите литраж четырехцилиндрового ДВС, если полный объем цилиндра равен 0,55 л, а объем камеры сгорания составляет 0,05 л. 24 4. Степень сжатия в цилиндре двигателя внутреннего сгорания составляет 9, а диаметр цилиндра – 70 мм. Вычислите минимальное значение октанового числа (ОЧИ) бензина, который может использоваться в указанном двигателе. 25 Литература 26 1. ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО СИСТЕМ ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЕЙ. ТОПЛИВНАЯ АППАРАТУРА НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ДЕЙСТВИЯ И АККУМУЛЯТОРНОГО ТИПА (COMMON-RAIL). ПУТЬ ТОПЛИВА И ВОЗДУХА В ЦИЛИНДР. ТИПЫ ТОПЛИВНЫХ НАСОСОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ. Современные топливные системы дизелей (рисунок 1) по способу управления топливоподачей подразделяются на два типа: с механическими и электронными устройствами и приборами управления. Рисунок 1 - Классификация систем топливоподачи дизельных двигателей Системы питания непосредственного действия (рисунок 2) получили широкое распространение на дизелях различного назначения. Основными элементами этой системы являются насос высокого давления, форсунка, фильтры грубой и тонкой очистки, привод плунжера высокого давления. По способу привода плунжера эти системы разделяют на системы с механическим, газовым, пружинным и пневмогидравлическим приводами. Топливо поступает в систему из бака 1 через фильтр 2 грубой очистки при помощи подкачивающего насоса 3 и подается через фильтры 5 тонкой очистки в приемную полость насоса 6 высокого давления. Перепускные клапаны 4 и 11 поддерживают в системе определенное давление, отводя излишки топлива по сливным топливопроводам 12 в бак. Давление в подводящей линии контролируют манометром 10. Насос высокого давления, состоящий из отдельных секций, число которых равно числу цилиндров, 4 отмеривает в соответствии с режимом работы дизеля определенную порцию топлива, сжимает ее и подает по нагнетательному топливопроводу через фильтр 7 высокого давления и форсунку 8 в камеру сгорания в заданную фазу рабочего процесса двигателя. Просочившееся через зазоры в насосе и форсунках топливо отводится по сливным топливопроводам 12 в расходный бак. Нередко топливо используют и для охлаждения форсунки, находящейся в тяжелых температурных условиях. В этом случае предусматривают дополнительные трубопроводы для подвода и отвода охлаждающего топлива к форсунке. Рисунок 2 – Схема питания дизеля с механическим приводом плунжера ТНВД: 1 – топливный бак; 2 – фильтр грубой очистки; 3 – подкачивающий насос; 4, 11 – перепускные клапаны; 5 – фильтры тонкой очистки; 6 – насос высокого давления; 7 – фильтр высокого давления; 8 – форсунка; 9 – фильтр перепускного топливопровода; 10 – манометр; 12 – сливные топливопровод Топливные системы аккумуляторного типа (рисунок 3) обычно состоят из насоса, нагнетающего топливо в аккумулятор, специального распределителя и форсунки. Принципиальное отличие этих систем от систем непосредственного действия заключается в том, что топливо поступает в камеру сгорания дизеля не непосредственно от насоса высокого давления, а из аккумулятора, в котором поддерживается необходимое давление. 5 Рисунок 3 – Схема аккумуляторной системы питания дизеля: 1 – топливный бак; 2 – перепускной топливопровод; 3 – фильтры тонкой очистки топлива; 4 – насос; 5, 12 – перепускные клапаны; 6 – перепускной топливопровод; 7 – гидравлически управляемая форсунка; 8 – специальный распределитель; 9 – механически управляемая форсунка; 10 – емкость; 11 – манометр; 13 – подкачивающий насос; 14 – фильтры грубой очистки Топливо из топливного бака 1 через фильтры 14 грубой очистки поступает во всасывающую полость подкачивающего насоса 13. Затем топливо через перепускной клапан 12 и фильтры 3 тонкой очистки нагнетается в насос высокого давления. При этом часть топлива через перепускной топливопровод сливается в бак 1. Насос создает в емкости 10 высокое давление, поддерживаемое автоматическим перепускным клапаном 5 и контролируемое манометром 11 Давление в аккумуляторе регулируют изменением затяжки пружины клапана 5. Излишнее топливо возвращается по перепускному топливопроводу 6 в бак. Топливо от аккумулятора в камеру сгорания дизеля может поступать тремя способами: через механически управляемую форсунку; через специальный распределитель и через форсунку с электромагнитным приводом. 6 Аккумуляторная система подачи топлива может быть значительно упрощена при установке электромагнитной форсунок. По сравнению с обычными топливными системами (ТНВД с кулачковым приводом), топливная система Bosch «Common Rail» (CR) (рисунок 4) для дизелей с непосредственным впрыском топлива обеспечивает значительно более высокую гибкость при адаптации топливной системы к двигателю. Система «Common Rail» характеризуется следующими особенностями: - широкая область применения; - высокое давление впрыска (до 200 МПа); - переменный угол опережения впрыска; - возможность формирования процесса двухфазного и многофазного впрыска; - соответствие давления впрыска скоростному и нагрузочному режимам. Создание давления и непосредственный процесс впрыска в аккумуляторной топливной системе CR полностью разделены. Высокое давление в топливной системе создается независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя и количества впрыскиваемого топлива. Топливо, готовое для впрыска, находится под высоким давлением в аккумуляторе. Количество впрыскиваемого топлива (цикловая подача) определяется действиями водителя, а угол опережения и давление впрыска определяются электронным программируемых матриц блоком управления характеристик, микропроцессора. ЭБУ выдает соответствующие электромагнитные (ЭБУ) хранящихся управляющий клапаны, пусковой в на основе в памяти сигнал результате на чего осуществляется впрыск форсункой в каждый цилиндр Аккумуляторная топливная система CR включает в себя следующие элементы электронного управления: - ЭБУ; - датчик частоты вращения коленчатого вала; 7 - датчик частоты вращения распределительного вала; - датчик положения педали акселератора; - датчик давления наддува; - датчик давления в аккумуляторе; - датчик температуры охлаждающей жидкости; - массовый расходомер воздуха. Используя входные сигналы указанных выше датчиков, ЭБУ регистрирует положение педали акселератора и определяет на данный момент времени рабочую характеристику двигателя и автомобиля или трактора как единого целого. На основе полученной информации ЭБУ может через разомкнутые и замкнутые контуры осуществлять управляющие действия с трактором (автомобилем) и с двигателем. Частота вращения двигателя измеряется датчиком частоты вращения коленчатого вала, а порядок чередования вспышек – датчиком частоты вращения (положения) распределительного вала. Электрический сигнал, образующийся на потенциометре педали акселератора, информирует ЭБУ о том, как сильно водитель нажал на педаль, другими словами о его требованиях к величине крутящего момента. Массовый расходомер воздуха обеспечивает ЭБУ данными о мгновенном расходе воздуха, чтобы адаптировать процесс сгорания соответствию нормам эмиссии вредных веществ с ОГ. Если на двигателе с турбонаддувом установлен турбокомпрессор с регулируемым давлением наддува, то измерение последнего осуществляется датчиком давления наддува. При низких температурах окружающей среды и при холодном двигателе ЭБУ использует информацию датчиков температуры охлаждающей жидкости и температуры воздуха, чтобы адаптировать полученные данные для установки угла опережения впрыска, использования дополнительного впрыска (после основного) и других параметров в зависимости от эксплуатационных условий. В зависимости от конкретного 8 трактора, для того чтобы удовлетворять повышенным требованиям к безопасности и комфорту, могут использоваться другие датчики, посылающие сигналы в ЭБУ. Рисунок 4 – Схема расположения аккумуляторной топливной системы Common Rail на четырехцилиндровом дизеле: 1 – массовый расходомер воздуха; 2 – ЭБУ; 3 – ТНВД; 4 – аккумулятор топлива высокого давления; 5 – форсунки; 6 – датчик частоты вращения коленчатого вала; 7 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 8 – топливный фильтр; 9 – датчик положения педали акселератора Основные функции системы заключаются в правильном управлении процессом впрыска дизельного топлива в нужный момент и в требуемом количестве, а также при необходимом давлении впрыска. Это обеспечивает плавную и экономичную работу дизеля. Дополнительные функции управления с учетом и без учета обратной связи служат для улучшения характеристик по снижению эмиссии вредных веществ с ОГ и расхода топлива или используются для повышения безопасности, комфорта и удобства управления. В качестве примеров можно привести систему рециркуляции ОГ, регулирование давления наддува. Аккумуляторная система Common Rail используется в основном на дизелях с непосредственным впрыском топлива и позволяет повысить 9 удельную мощность двигателя, снизить расход топлива, уменьшить уровень шума и эмиссии ОГ. Рисунок 5 – ТНВД системы впрыска Common Rail (продольный и поперечный разрез): 1 – вал привода; 2 – эксцентриковый кулачок; 3 – плунжер с гильзой; 4 – камера над плунжером; 5 – впускной клапан; 6 – электромагнитный клапан отключения плунжерной секции; 7 – выпускной клапан; 8 – уплотнение; 9 – штуцер магистрали, ведущей к аккумулятору высокого давления; 10 – клапан регулирования давления; 11 – шариковый клапан; 12 – магистраль обратного слива топлива; 13 – магистраль подачи топлива к ТНВД; 14 – защитный клапан с дроссельным отверстием; 15 – перепускной канал низкого давления Топливоподкачивающий насос подает горючее к ТНВД через фильтр с сепаратором воды. Пройдя через дроссельное отверстие защитного клапана 14 (рисунок 5), топливо, используемое также для смазки и охлаждения деталей ТНВД, движется к плунжерам по системе каналов. Вал 1 привода с эксцентриковыми кулачками 2 одновременно заставляет поступательно двигаться все три плунжера 3. Топливоподкачивающий насос создает давление подачи, превышающее величину, на которую рассчитан защитный клапан (от 0,05 до 0,15 МПа). Последний открывает перепускной канал 15, по которому топливо через впускной клапан 5 поступает в камеру 4 над плунжером, движущимся вниз 10 (то есть совершающим впуск). Когда НМТ плунжера пройдена, впускной клапан закрывается. Топливо в надплунжерном пространстве сжимается плунжером, идущим вверх. Когда возрастающее давление достигнет уровня, соответствующего тому, что поддерживается в аккумуляторе высокого давления, открывается выпускной клапан 7. Сжатое топливо поступает в контур высокого давления. Плунжер ТНВД подает топливо до тех пор, пока не достигнет своей ВМТ (ход подачи). Затем давление падает, выпускной клапан закрывается. Плунжер начинает движение вниз. Когда величина давления в надплунжерном пространстве опускается ниже величины давления подкачки, впускной клапан открывается и процесс повторяется. Так как ТНВД рассчитан на большую величину подачи, на холостом ходу при частичных нагрузках возникает избыток сжатого топлива, которое через клапан регулирования давления и магистраль обратного слива возвращается в топливный бак. Здесь давление топлива падает, и потенциальная энергия потока топлива иссякает. Поскольку топливо под давлением нагревается, то под влиянием температуры топлива, поступающего из магистрали обратного слива, постепенно повышается температура топлива в баке. Соответственно снижается КПД системы. При отключении одной плунжерной секции 3 сокращается количество топлива, которое подается в аккумулятор высокого давления. Если электромагнитный клапан 6 отключения плунжерной секции задействован, то встроенный в его якорь штифт нажимает на впускной клапан 5, постоянно держа его в открытом положении. Поступившее в надплунжерное пространство топливо не сжимается во время хода подачи, повышения давления не происходит, выпускной клапан не открывается. Соответственно топливо не поступает в контур высокого давления, а возвращается в контур низкого давления. При снижении потребной мощности отключение одной из плунжерных секций позволяет регулировать производительность ТНВД [1, 2]. 11 Величина подачи топлива к аккумулятору высокого давления пропорциональна частоте вращения вала привода ТНВД, которая, в свою очередь, непосредственно зависит от частоты вращения коленчатого вала дизеля. Соотношение частот вращения валов к двигателю устанавливается при адаптации системы впрыска. Передаточное отношение между приводным и коленчатым валами подбирается таким образом, чтобы избыток подаваемого топлива был невелик, но в режиме полной нагрузки полностью удовлетворялась потребность в горючем. Возможные значения этого передаточного отношения составляют 1:2 и 2:3. 2. ТОПЛИВНАЯ ЭКОНОМИЧНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ. ЧАСОВОЙ РАСХОД ТОПЛИВА. УДЕЛЬНЫЙ ИНДИКАТОРНЫЙ И УДЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТИВНЫЙ РАСХОДЫ ТОПЛИВА. Топливная экономичность – эксплуатационное свойство автомобиля экономно расходовать топливо в процессе эксплуатации. Топливная экономичность автомобиля имеет важное значение в эксплуатации, так как топливо – один из основных эксплуатационных материалов, потребляемый автомобилем в большом количестве. Себестоимость перевозок существенно зависит от топливной экономичности автомобиля, поскольку затраты на топливо составляют примерно 10…15% всех затрат на перевозки. Поэтому чем выше топливная экономичность автомобиля, тем меньше расход топлива и ниже себестоимость перевозок. Топливная экономичность автомобиля оценивается двумя группами измерителей. К первой группе относятся измерители топливной экономичности самого автомобиля, ко второй – измерители топливной экономичсности двигателя автомобиля. Топливную экономичность автомобиля принято оценивать путевым расходом топлива ( qs ) в литрах на 100 км пройденного пути: 12 qsi g ei N e i 10 i т , л/100км где g e - удельный эффективный расход топлива на рабочих режимах автомобиля, г / кВт ч ; N e - эффективная мощность, забираемая от двигателя для преодоления дорожных сопротивлений; т - плотность топлива при данной температуре, кг/л. Плотность топлива при to 20 0С для бензина 0 0,725 кг/л, для дизельного топлива 0 0,825 кг/л. Величина « g e » является переменной (зависит от скорости автомобиля и нагрузочных режимов), поэтому: ) , gei Кni К N i gе(вн i г / кВт ч , где К n , К N – коэффициент, учитывающий влияние на расход топлива i i соответственно скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя; ) – gе(вн i расчетный удельный эффективный расход топлива (берут по регуляторной или внешней скоростной характеристике для разных частот вращения коленчатого вала двигателя). Коэффициент, учитывающий влияние на расход топлива скоростного режима К ni 1,25 0,99 nei ne( N emax ) n ei 0,98 n e( Nemax ) 2 0,24 nei n e( Nemax ) 3 . Коэффициент, учитывающий влияние на расход топлива нагрузочного режима: для автомобилей с карбюраторным двигателем К Ni 3,27 8,22 N ei N e(iв н) 2 3 Ne Ne 9,13 ( вiн) 3,18 ( вiн) ; Ne Ne i i 13 для автомобилей с дизельным двигателем К Ni 1,2 0,14 где N ei N e(iв н) 2 3 Ne Ne 1,8 ( вiн) 1,46 ( вiн) , Ne Ne i i ) – значение эффективной мощности двигателя по внешней N e(вн i скоростной (регуляторной) характеристике двигателя в i-й расчетной точке. Эффективная мощность Ne двигателя, потребная для движения автомобиля в заданных условиях (т.е. та мощность, которая забирается от двигателя для преодоления заданных дорожных сопротивлений ): где N ei i 3600 тр К F i2 , G 13 кВт - приведенный к колесам автомобиля (суммарный) коэффициент дорожного сопротивления; тр - КПД трансмиссии. Для наглядного представления об экономичности автомобиля строится экономическая (топливная) характеристика qs f ( ) , показывающая зависимость расхода топлива автомобиля на 100 км пробега от скорости движения и дорожного сопротивления . Обычно теоретическая экономическая характеристика строится для условий равномерного прямолинейного движения автомобиля на различных скоростях i в разных дорожных условиях. Для курсовой работы приведенный к колесам автомобиля (суммарный) коэффициент дорожного сопротивления принять при полной нагрузке на прямой передаче, т.е. const . 14 Последовательность расчетов при построении экономической характеристики 1. С учетом данных внешней скоростной характеристики (или регуляторной характеристики) определяют скорость автомобиля на прямой передаче: а 0,377 nei rк i iтр , км/ч, где iтр iо iк К F a а i 2. Определяют N e Gа 3600 тр 13 2 i i при разных скоростях a i по заданной дороге с полной загрузкой двигателя. 3. Определяют удельный эффективный расход топлива на различных нагрузочно-скоростных режимах г / кВт ч . ) , gei Кni К N i gе(вн i 4. Определяют qs i g ei N e i 10 i т , л/100 км пути. 5. Строят экономическую характеристику qs f ( ) . л qs , 100 км qs min (qsmin ) Рисунок 6 – Экономическая характеристика автомобиля 15 км ч , По графику qs f ( ) определяют: наиболее экономичную скорость движения, отмечают участки повышенных расходов топлива в зонах больших и малых скоростей, устанавливают максимально возможные скорости движения при заданных дорожных сопротивлениях. При малой (а следовательно и Ne ) qs возрастает по причине увеличения N м п (мощность механ. потерь) и ухудшения условий сгорания смеси. При большой (а следовательно переобогащения смеси и уменьшения и Ne ) qs возрастает из-за е (вступает в работу экономайзер). Эксплуатационный путевой расход топлива примерно на 10% больше расхода по экономической характеристике установившегося движения. В соответствии с руководящим документом Минтранса России (от 29 апреля 2003г.) нормы расхода топлива повышаются при следующих условиях работы автотранспорта: в зимнее время года в зависимости от климатических районов страны – от 5% до 20%; на дорогах общего пользования в горных местностях при высоте над уровнем моря: от 300 до 800 м – до 5%; от 801 до 2000 м – до 10%; от 2001 до 3000 м – до 15%; свыше 3000 м – до 20%; на дорогах общего пользования со сложным планом, вне пределов городов и пригородных зон, где в среднем на 1 км пути имеется более пяти закруглений радиусом менее 40 м. – до 10%; в городах с населением: свыше 3,0 млн. чел. – до 25%; от 1,0 до 3,0 млн. чел. – до 20%; от 250 тыс. до 1,0 млн. чел. – до 15%; от 100 до 250 тыс. чел. – до 10%; до 100 тыс. чел. – до 5% ( в том числе в поселках городского типа); при пробеге первой тысячи километров новыми автомобилями (обкатке) и автомобилями вышедшими из капитального ремонта – до 10%; 16 для автомобилей, находящихся в эксплуатации более 5 лет, - до 5%, более 8 лет – до 10%; при учебной езде – до 20%; при перевозке нестандартных или опасных грузов с пониженными скоростями движения до 20-30 км/час – до 15%, при пониженных скоростях до 10 км/час – до 35%. и т.д. (использование кондиционера, при работе в чрезвычайных климатических условиях). Нормирование расхода топлива стимулирует снижение затрат на перевозки пассажиров и грузов. В результате проведения теоретических и экспериментальных работ установлено, что расход топлива можно рассматривать как величину, состоящую из двух частей. Одна из них представляет собой постоянные потери энергии в двигателе и затраты ее на передвижение автомобиля, а другая — расход топлива, необходимого для передвижения груза, т. е. для выполнения транспортной работы: КТ1 ∙ 𝑆 КТ2 ∙ 𝑊ТР + 100 100 — норма расхода топлива на передвижение автомобиля и 𝑄= где KТ1 внутренние потери в двигателе; KТ2 — норма расхода топлива на единицу транспортной работы WТР. Маневрирование автомобиля связано с расходом топлива, а его простой — с остыванием агрегатов (двигателя, коробки передач, ведущего моста), на разогрев которых также необходимо затратить топливо. Чтобы учесть этот дополнительный расход топлива, в уравнение нормирования вводят третий член, пропорциональный числу поездок Ze: КТ1 ∙ 𝑆 КТ2 ∙ 𝑊ТР + + КТ3 ∙ 𝑍𝑒 100 100 — норма дополнительного расхода топлива на каждую поездку, 𝑄= где КТЗ л. Конкретные нормы KТ1, KТ2, KТ3, условий его работы. Грузовые автомобили с бортовой платформой осуществляют перевозки на большие расстояния. Число поездок, приходящееся на 100 км пробега, у них сравнительно невелико, поэтому KТ3 обычно включают в норму расхода КТ2. 17 Автомобили -самосвалы работают на коротких расстояниях и перевозят груз только в одном направлении. Это позволяет упростить расчеты, включив для них норму расхода топлива KТ2 в норму расхода КТ1. У легковых автомобилей масса полезной нагрузки невелика по сравнению с собственной массой автомобиля, поэтому для них норма расхода топлива относится к 100 км пробега. Автопоезда обычно перевозят грузы на большие расстояния, поэтому для расчета используют лишь первые два члена уравнения. При этом норму KТ1 автопоезда увеличивают на каждую тонну собственной массы прицепа по сравнению с нормой для одиночного автомобиля на 2,5 л для тягача с карбюраторными двигателями и на 1,5 л для тягача с дизелями. Норма расхода топлива на единицу транспортной работы остается той же, что и для одиночного автомобиля. Топливная экономичность ухудшается главным образом в результате неправильного регулирования приборов систем питания и зажигания, а также распределительного механизма двигателя. Так, при неисправном экономайзере расход топлива может увеличиться на 10... 15 %. Отклонение уровня топлива в поплавковой камере карбюратора от нормального также сопровождается ухудшением топливной экономичности. Если не работает одна свеча зажигания, то расход топлива у автомобиля с шестицилиндровым двигателем возрастает на 20... 25 %; при двух неисправных свечах — на 50...60%. Неправильная установка зажигания может вызвать повышение расхода топлива на 7... 10 %. При чрезмерном охлаждении двигателя возрастают тепловые потери и уменьшается индикаторный КПД двигателя. Часть топлива поступает в цилиндры в виде неиспарившихся капель и не успевает сгореть. Все это приводит к увеличению расхода топлива и ухудшению топливной экономичности автомобиля. При понижении температуры с+95до+75°С расход топлива увеличивается на 6... 7 %, а при понижении ее до +65 °С — почти на 25 %. 18 На топливную экономичность автомобиля влияет также техническое состояние агрегатов шасси. Неправильное регулирование зацепления зубчатых колес главной передачи, радиально-упорных подшипников и тормозных механизмов, малое давление воздуха в шинах или неправильно отрегулированное схождение управляемых колес вызывают дополнительное сопротивление движению и, как следствие, перерасход топлива на 10,..20%. Уменьшение давления воздуха в шинах с 0,3 до 0,2 МПа (при скорости 15 м/с) увеличивает расход топлива qе почти на 17%. В случае замены обычных шин (широко-профильными (кривая 7) расход топлива во всем эксплуатационном диапазоне скоростей автомобиля уменьшается, а при замене обычных шин арочными (кривая 3) — увеличивается. Работа автомобиля в составе автопоезда сопряжена с увеличением общего расхода топлива вследствие возрастания сил сопротивления движению. Соответственно повышается и расход топлива, отнесенный к единице пробега. Однако расход топлива, приходящийся на единицу выполненной транспортной работы или массы перевезенного груза, снижается. В результате себестоимость перевозок грузов автопоездом меньше, чем себестоимость перевозок одиночным автомобилем. В сочетании с повышением производительности это приводит к значительному экономическому эффекту и способствует широкому распространению автопоездов. 𝑞ТР = 100 ∙ 𝑔𝑒 ∙ 𝛹 𝐺0 ∙( + 1) 36 ∙ 𝜂ТР ∙ 𝛽ГР 𝐺ГР Расход топлива qТ.Р в большой степени зависит от отношения собственного веса автопоезда к весу груза и понижается при уменьшении этого отношения. В случае применения прицепа количество перевозимого груза увеличивается приблизительно в 2 раза, а собственная масса автопоезда возрастает всего на 50...60%. Кроме того, степень использования мощности 19 двигателя у автомобиля, буксирующего прицеп, выше, чем у одиночного автомобиля. Следовательно, КПД трансмиссии седельного тягача выше, чем бортового автомобиля, так как больше нагрузка, передаваемая трансмиссией. В результате расход топлива, отнесенный к единице транспортной работы, у автопоезда значительно меньше, чем у одиночного автомобиля Уравнение расхода топлива Часовой расход топлива 𝐺Т = 𝑄∙𝜌Т Тд , где Q – общий расход топлива, л; ТД – время работы двигателя в часах. Удельный эффективный расход топлива 𝑔е = 1000 ∙ 𝐺Т 𝑄 ∙ 𝜌Т = 1000 ∙ 𝑁е 𝑁е ∙ Тд где Nе – эффективная мощность двигателя, кВт С учетом удельного эффективного расхода топлива определим его путевой расход: 𝑔П = 𝑔е∙ 𝑁𝑒 36 ∙ 𝜐 ∙ 𝜌Т где величина gе выражена в г/(кВт·ч), Nе – в кВт, а υ – в м/с. В процессе движения автомобиля эффективная мощность двигателя затрачивается на преодоление сил сопротивления движению. Для ее определения воспользуемся уравнением мощностного баланса автомобиля: 𝑁𝑒 = 𝑁Д + 𝑁В + 𝑁И (РД + РВ + РИ ) ∙ 𝜐 = 𝜂ТР 1000 ∙ 𝜂ТР Подставив величину Nе в выражение для путевого расхода топлива, получим уравнение расхода топлива автомобилем 𝑔𝑒 𝑔П = ∙ (𝑁Д + 𝑁В + 𝑁И ) 36 ∙ 𝜐 ∙ 𝜌Т ∙ 𝜂ТР или 𝑔П = 𝑔𝑒 ∙ (РД + РВ + РИ ) 36000 ∙ 𝜌Т ∙ 𝜂ТР 20 В этих выражениях мощность представлена в кВт, сила – в Н, а скорость - в м/с. Из уравнения расхода топлива следует, что путевой расход топлива зависит от топливной экономичности двигателя (gе), технического состояния шасси (ηТР), дорожных условий (РД), скорости движения и обтекаемости кузова (РВ), нагрузки и режима движения (РИ) Другим показателем, который характеризует экономичность действительного цикла, является удельный индикаторный расход топлива: gi = 1000 GT Ni , г/кВт∙ч, где GT – часовой расход топлива, кг/ч. Удельный индикаторный расход топлива и индикаторный КПД связаны между собой соотношением gi = Таблица 1 - Значения ηi и 3600 H u ηi или ηi = 3600 H u gi . gi тип двигателя ηi Бензиновый 0,3 – 0,4 205 – 273 Дизельный 0,42 – 0,5 170 – 202 gi , г/кВт∙ч Механические потери в двигателе. Если мощность, снимаемую с коленчатого вала (Ne) сравнить с мощностью, развиваемой газами в цилиндрах (Ni), то окажется, что Ne < Ni. Это уменьшение индикаторной мощности обусловлено механическими потерями: Nм = Ni − Ne , где Nм – мощность механических потерь. Механические потери в двигателе (внутренние потери) складываются из следующих составляющих: Nм = NT + Nнас + Nпр, 21 где NT – потери мощности на трение (поршня о стенки цилиндра, шеек коленчатого вала в подшипниках скольжения, пальца в поршне и т.д.); Nнас – насосные потери (впуск и выпуск – для того, чтобы впустить в цилиндр свежий заряд и вытолкнуть отработавшие газы, необходимо затратить энергию); Nпр – потери на привод узлов и механизмов двигателя (ГРМ, масляный насос, жидкостный насос, топливный насос, вентилятор, генератор, компрессор, гидроусилитель, механический нагнетатель и т.д.). Эффективные показатели двигателя. Механический и эффективный КПД. Эффективными называют показатели, характеризующие работу двигателя, которая «снимается» с коленчатого вала двигателя и полезно используется. В результате механических потерь индикаторная работа уменьшается, и с коленчатого вала снимается оставшаяся работа, называемая эффективной: Le = Li – Lм , где Lм – работа механических потерь. Если разделить это выражение на Vh, получим: pe = p i – pм , где pe – среднее эффективное давление – это условное постоянное давление, которое совершает полезную работу, снимаемую с коленчатого вала за цикл. pм – среднее давление механических потерь. Т.е., среднее эффективное давление численно равно эффективной полезной работе, получаемой за цикл с единицы рабочего объема цилиндра. nz Умножив последнее выражение на Vh 30 τ , получим эффективную мощность: Ne = Ni – Nм или, по аналогии с Ni 22 nz . 30 τ N e = peVh Эффективная мощность – это мощность, снимаемая с коленчатого вала двигателя. Крутящий момент, снимаемый с маховика двигателя M к = 9554 Ne . n Уменьшение мощности двигателя вследствие механических потерь оценивается механическим КПД: ηм = Ne Ne Nм = =1 Ni Ne + Nм Ni . Для бензиновых двигателей ηм = 0,7 – 0,95; для дизелей – 0,7 – 0,82; дизелей с турбонаддувом – 0,8 – 0,9. Умножив индикаторный КПД на механический, получим «конечный» КПД двигателя, называемый эффективным КПД: η e = ηi η м . Эффективный КПД – это отношение количества теплоты, превращенной в полезную работу, снимаемую с коленчатого вала, ко всему количеству теплоты, подведенному с топливом за цикл: ηe = Le Le = Q1 Δg ц H u . Т.е., эффективный КПД показывает, какая часть теплоты, подведенной с топливом, превращается в полезную работу. Экономичность двигателя оценивают удельным эффективным расходом топлива: ge = 1000 GT Ne , г/кВт∙ч, или ge = 3600 H u ηe 23 . Таблица 2 - Значения эффективных показателей Тип двигателя ηе gе , г/кВт∙ч бензиновый 0,25 – 0,35 234 – 327 дизельный 0,36 – 0,42 202 – 245 0,38 – 0,45 188 – 223 дизельный с турбонаддувом 3. ОПРЕДЕЛИТЕ ЛИТРАЖ ЧЕТЫРЕХЦИЛИНДРОВОГО ДВС, ЕСЛИ ПОЛНЫЙ ОБЪЕМ ЦИЛИНДРА РАВЕН 0,55 Л, А ОБЪЕМ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ СОСТАВЛЯЕТ 0,05 Л. Решение 1. Для решения задачи рабочий объем цилиндра Vh, для этого воспользуемся формулой для определения полного объёма цилиндров. Суммарно рабочий объем Vh и объем камеры сгорания Vc составляют полный объем цилиндра 𝑉𝑎 – объем, занимаемый газами при нахождении поршня внижней мертвой точке, 𝑉𝑎 = 𝑉ℎ + 𝑉𝑐 , л. (1) Выражаем рабочий объем Vh из (1): 𝑉ℎ = 𝑉𝑎 − 𝑉𝑐 = 0,55 − 0,05 = 0,5 л. 2. Рабочий объем всех цилиндров двигателя – литраж двигателя – определяется как произведение рабочего объема одного цилиндра на число цилиндров i: 𝑉л = 𝑉ℎ ∙ 𝑖, л 𝑉л = 0,5 ∙ 4 = 2,0 л. Ответ: 2,0 л. 24 (2) 4. СТЕПЕНЬ СЖАТИЯ В ЦИЛИНДРЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ СОСТАВЛЯЕТ 9, А ДИАМЕТР ЦИЛИНДРА – 70 ММ. ВЫЧИСЛИТЕ МИНИМАЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ ОКТАНОВОГО ЧИСЛА (ОЧИ) БЕНЗИНА, КОТОРЫЙ МОЖЕТ ИСПОЛЬЗОВАТЬСЯ В УКАЗАННОМ ДВИГАТЕЛЕ. Решение 1. Основная характеристика бензинов – октановое число (ОЧ). Октановое число характеризует способность топлива противостоять детонации – самовоспламенению бензовоздушной смеси при сжатии, сопровождающемуся возникновением ударных волн. Октановое число численно равно процентному содержанию (по объему) изооктана (ОЧ=100) в смеси с н-гептаном (ОЧ=0), которая эквивалентна по детонационным свойствам бензину при испытаниях на специальном одноцилиндровом двигателе. Повышение октанового числа соответствует большей детонационной стойкости топлива. Октановое число может определяться моторным (ОЧМ) или исследовательским (ОЧИ) методом. Первое в большей степени характеризует детонационную стойкость топлива при работе двигателя в условиях повышенного теплового режима, а второе больше характеризует бензин при работе на частичных нагрузках (ОЧМ<ОЧИ). Разницу между ОЧИ и ОЧМ, составляющую, как правило, 8–12 единиц, называют чувствительностью бензина. В маркировке бензина для марки А-76 указывается ОЧМ, а для остальных – ОЧИ. Требования к детонационной стойкости бензинов зависят от конструктивных параметров двигателя: степени сжатия ε и диаметра цилиндра D (эмпирическая формула): ОЧИ = 125,4 − 413 𝜀 + 0,183 ∙ 𝐷 = 125,4 − Ответ: ОЧИ = 92. 25 413 9 + 0,183 ∙ 70 ≈ 92 (3) ЛИТЕРАТУРА 1. Конструкция тракторов и автомобилей: учебное пособие / О.И. Поливаев, О.М. Костиков, А.В. Ворохобин, О.С. Ведринский; под редакцией О.И. Поливаева. — Санкт-Петербург: Лань, 2013. — 288 с. 2. Суркин, В.И. Основы теории и расчёта автотракторных двигателей [Электронный ресурс]: учебное пособие / В.И. Суркин. — Электрон. дан. — Санкт-Петербург: Лань, 2013. — 304 с. 3. Автомобильные двигатели и автомобили: курсовое и дипломное проектирование / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, П.Н. Аюгин и др.; под ред. А.П. Уханова. – изд. 2-е, переработ. – Ульяновск: УГСХА, 2012. – 351 с. 26
