Коэффициенты полезного действия двигателей

Индикаторный КПД. В подпараграфе 5.3.1 рассматривалось применение системы коэффициентов полезного действия энергетических установок для сравнения их термодинамической эффективности. Экономичность действительного рабочего цикла двигателя оценивают индикаторным КПД, представляющим собой отношение полезной работы, полученной в цилиндре двигателя, к затраченной теплоте.

При известной индикаторной мощности двигателя работа в цилиндре равна 3600ЛГ-, а затраченная теплота топлива равна BQ?, где В — расход топлива, кг/ч; QZ — низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг. Отсюда следует, что.

Индикаторный КПД, помимо термодинамических потерь, учитывает и потери, вызванные отклонениям линий сжатия и расширения от адиабат и т. д. Величина этих дополнительных тепловых потерь в действительном рабочем цикле определяется относительным индикаторным КПД по формуле (5.8):

Для большинства двигателей r_oi = 0,75-^0,85. Экономичность всего двигателя оценивается эффективным КПД, учитывающим как тепловые, так и механические потери. Он равен отношению полезной работы на валу ко всей затраченной теплоте (см. формулу (5.13)):

Поскольку N_e = Г|_МСД, то в соответствии с (5.12).

Для карбюраторных двигателей ц_е = 0,2-^0,28, для дизелей г_е = 0,3-^0,4.

Эффективный и механический КПД изменяются от максимума, соответствующего эксплуатационной нагрузке двигателя, до нуля при холостом ходе двигателя.

Удельный расход топлива — показатель, который часто используют для оценки экономичности двигателя.

Удельный расход топлива g_e — расход топлива, приходящегося на 1 кВт • ч работы на валу двигателя, кгДкВт • ч):

Используя (5.13), получаем уравнение, связывающее g_e и г_е:

Из (16.16) следует, что максимальному г_е соответствует минимальный удельный расход топлива. Этот режим работы двигателя называется экономичным.

Дизельные двигатели являются более экономичными и экологичными по сравнению с карбюраторными и, как следствие, более перспективными при использовании в стационарной и транспортной энергетике.

Тенденции развития зарубежного и отечественного дизелестроения свидетельствует о том, что магистральным направлением развития дизелестроения остается повышение топливной экономичности в сочетании со снижением массогабаритных показателей. Уже в ближайшей перспективе для дизелей с частотой вращения коленчатого вала до 1000 мин^-1 реально достижение удельного расхода топлива не более 180—190 г/(кВт*ч).

Кроме того, к современным тенденциям мирового дизелестроения относятся следующие:

• • снижение рабочих объемов двигателя;
• • обеспечение перспективных требований по экологии — IMO 3, Stage ЗЬ, Tier 4f (с SCR)^[1];
• • возможность дальнейшего форсирования по максимальному давлению сгорания до 30 МПа;
• • снижение максимальной температуры рабочего цикла с целью уменьшения выбросов оксидов азота NO_v;
• • увеличение давления наддува до 0,8 МПа;
• • форсирование до среднего эффективного давления до 3,0 МПа;
• • снижение удельной массы двигателя до 2,7 кг/кВт;
• • микропроцессорное управление системами топливоподачи, газообмена и режимом работы двигателя (интеллектуальный двигатель);
• • ограничение максимальной температуры сгорания до 2000 °C;
• • увеличение средней скорости поршня до 15 м/с;
• • увеличение ресурса двигателя;
• • повышение КПД турбокомпрессора до 0,9;
• • адаптация к газомоторному топливу.

• [1] Технология SCR (Selective Catalytic Reduction) — избирательная каталитическая нейтрализация, основанная на впрыске строго дозированного количества реагента AdBlue® в поток отработавших газов в присутствии катализатора (пентаоксида ванадия).