Эффективные показатели ДВС

Часть индикаторной мощности, развиваемой продуктами сгорания, расходуется в самом двигателе и не может быть использована, т.к. эта мощность тратится на обеспечение работы двигателя. Эта мощность называется мощностью механических потерь и слагается из следующих:

N_тр – потери мощности на трение, которые составляют бóльшую часть механических потерь. Эти потери вызываются трением во всех сопряженных парах: поршневые кольца – цилиндр, шейки распределительного и коленчатого валов – подшипники и т.д. К возрастанию потерь индикаторной мощности приводит также ухудшение технического состояния двигателя, нарушение нормальной работы систем смазки и охлаждения и т.д.

N_нас – потери мощности на совершение насосных ходов – в двухтактных двигателях отсутствуют.

N_всп – потери мощности на привод навешенных механизмов двигателя, без которых работа двигателя невозможна – это потери на привод регулятора частоты вращения, топливного, масляного и водяного насосов, воздушного компрессора (если он приводится в действие от двигателя).

N_вент – потери мощности на вентиляцию – учитывают расход мощности на трение между движущимися деталями и воздухом. Эта потеря растет с увеличением частоты вращения двигателя.

Очевидно, что механические потери должны представлять сумму перечисленных потерь, т.е.

N_м=N_тр + N_нас + N_всп + N_вент. (8)

Механические потери оцениваются также средним давлением механических потерь р_м и механическим КПД η_м.

р_м – условное постоянное давление, на преодоление действия которого на поршень в течение одного хода затрачивалась бы работа, равная работе механических потерь одного цикла.

После рассмотрения механических потерь целесообразно перейти к эффективным показателям ДВС, к которым относятся среднее эффективное давление р_е, эффективная мощность N_е, эффективный КПД η_е, и удельный эффективный расход топлива b_е.

Средним эффективным давлением р_е называется среднее условное постоянное давление, действующее на поршень на рабочем ходе и совершающее работу, эквивалентную полезной эффективной работе, передаваемой через выходной фланец коленвала на винт или другой потребитель.

Из выше приведенного в этом параграфе материала следует, что среднее эффективное давление должно учитывать кроме тепловых все механические потери и должно определяться формулой

р_е = р_i – р_м. (9)

Эффективная мощность, так же как и р_е, учитывает тепловые и механические потери. Поэтому

N_е = N_i – N_м. (10)

Для перехода от N_i к N_е используется механический КПД η_м, значение которого является паспортной величиной двигателя и по результатам стендовых испытаний известно для всех основных режимов

N_е = N_i η_м. (11)

По аналогии с N_i формула для определения N_е выглядит следующим образом:

. (12)

Также по аналогии с индикаторным КПД

, (13)

где – удельный эффективный расход топлива в кг/кВт·ч.

Между рассмотренными КПД двигателей существует зависимость

. (14)

Следует отметить, что если b_i и N_i являются расчетными величинами, b_е и N_е определяются непосредственными измерениями. Опытные значения удельного эффективного расхода топлива и эффективного КПД приведены в таблице 1.

Таблица 1

	bе, кг/кВт·ч	ηе
Малооборотный двигатель	0,160–0,205	0,54–0,42
Среднеоборотный двигатель	0,165–0,215	0,52–0,40
Высокооборотный двигатель	0,21–0,225	0,41–0,38
Высокооборотный (D<0,18 см) двигатель	0,230–0,250	0,38–0,34

3.8. Сравнение двух– и четырехтактных дизелей

Главное различие между двух– и четырехтактными ДВС заключается в количестве произведенной работы за один оборот двигателя – двухтактном дизеле рабочий ход совершается на каждом обороте, а в четырехтактном – на двух оборотах. Т.е. при всех равных условиях мощность двухтактного двигателя теоретически вдвое больше по сравнению с четырехтактным. Однако, если на продувку двухтактных дизелей отводится по углу поворота коленвала менее 180°, у четырехтактных на выхлоп и продувку приходится 400–450°. Поэтому, из-за несовершенства продувки цилиндров и других недостатков выигрыш в мощности двухтактных дизелей уменьшается на 20–30% и в действительности оказывается в 1,7–1,8 раз больше.

Большое значение для судовых условий имеют массогабаритные характеристики. У двухтактных дизелей масса на единицу мощности существенно меньше по сравнению с четырехтактными, но высота существенно больше. Двухтактные дизеля не имеют клапанов (за исключением двигателей с прямоточно-клапанной продувкой, об этом ниже) и соответственно нет сложного механизма привода клапанов. Однако последние эффективно работают на более высоких частотах вращения, что в ряде случаев компенсирует их недостатки по сравнению с двухтактными двигателями.

Анализ опыта эксплуатации дизелей показывает, что каждый тип дизеля имеет свое применение на судне. В качестве главных двигателей с прямой передачей на винт, как правило, применяются двухтактные малооборотные дизели с частотой вращения 90–120 об/мин, т.к. частота вращения гребного винта обеспечивает максимальное значение пропульсивного КПД (этот КПД характеризует работу всего пропульсивного комплекса: корпус судна – гребной винт – главный двигатель) именно при этих значениях.

Четырехтактные дизели имеют n = 250–750 об/мин и используются главным образом в качестве вспомогательных двигателей (дизельгенераторов), а в случае их применения в качестве главных устанавливаются редукторы, понижающие частоту вращения до значений, показанных выше.