Эксплуатационные характеристики двигателя внутреннего сгорания

Эксплуатационные характеристики двигателя внутреннего сгорания

В зависимости от заданной скорости судна главные двигатели, непосредственно или через передачу соединенные с гребным вин­том, работают на разных режимах, в широком диапазоне мощно­стей и при разных частотах вращения. Вспомогательные двига­тели, спаренные с генераторами электрического тока, работают при постоянной частоте вращения, но с различной мощностью, определяемой нагрузкой на генератор (характеристики ДВС по­зволяют оценить его рабочие качества в различных условиях экс­плуатации) .

Наибольшая мощность N _emax , которую двигатель может раз­вивать ограниченное время (1—2 часа), называется максимальной. Мощность N _{e ном} , которую двигатель может развивать дли­тельное время (она гарантируется заводом-изготовителем), называется номинальной. Мощность N _{e экс} которую двигатель фактически развивает в условиях эксплуатации, называется экс­плуатационной. Обычно N _{e экс} = (0,85?0,9) N _{e ном} . Длительная мощ­ность N _{e экс} , при которой достигается наименьший удельный эф­фективный расход топлива, называется экономической. Мощность N _{e min} , устойчиво развиваемая двигателем при минимальных ходах судна, называется минимальной.

Под характеристикой понимают графическое изображение зависимости технико-экономических показателей работы двигателя от других независимых показателей или факторов, влияющих на работу ДВС. Различают характеристики нагрузочные, скоростные и регуляторные.

Нагрузочная характеристика показывает, как изменяются мощ­ность, удельный расход топлива, механический к. п. д. и другие параметры двигателя в зависимости от нагрузки при постоянной частоте вращения.

На рис. 208 дано изменение основных пара­метров ДВС при работе по нагрузочной характеристике.

Как видно из этого рисунка, ? _м растет с увеличением нагрузки, причем вначале быстро, а затем медленнее. Изменение мощностей N _i и N _e характеризуют две прямые, причем расстояния между ними равно мощности механических потерь, т. е. N _i – N _e = N _м . Коэффициент а изменяется по закону прямой обратно пропорцио­нально нагрузке. При определенном значении нагрузки, b _е дости­гает наименьшего значения, а ? _е — наибольшего; b _i и ? _i изменя­ются по закону прямой. Нагрузочные характеристики позволяют оценить основные показатели дви­гателя при работе на генератор электрического тока.

Скоростные характеристики по­казывают, как изменяются основ­ные показатели двигателя с изме­нением частоты вращения его ко­ленчатого вала. К скоростным характеристикам относятся внеш­ние и винтовые.

Внешние показывают зависи­мость параметров двигателя от частоты вращения при постоянном количестве подаваемого топлива. При снятии характеристики регули­руют подачу топлива, соответствую­щую той или иной мощности, и, оставляя затем подачу неизменной, производят испытания. Поэтому различают характеристики максимальных мощностей, номиналь­ных и эксплуатационных.

Наибольший интерес представляет характеристика номиналь­ных мощностей (рис. 209). Так как подача топлива за цикл неизменна, то р _i и р _е должны быть постоянными. Но из рис. 209 видно, что р _i и р _е с ростом частоты вращения несколько умень­шаются. Это объясняется тем, что уменьшается коэффициент по­дачи топливной системы вследствие увеличения насосных потерь и сжимаемости топлива. Характер кривых N _i и N _e определяется уравнением N _i = kp _i n (где k — постоянный числовой коэффициент для данного двигателя). С ростом частоты вращения увеличива­ются потери N _м , уменьшается механический к. п. д. ? _м и незначи­тельно возрастают удельные расходы топлива b _i и b _e .

Винтовые характеристики показывают характер изменения параметров двигателя при работе на винт (рис. 210). Характер кривой будет в основном определяться элементами винта. Ориен­тировочно можно считать N _е = сп 3 (где с — коэффициент пропор­циональности) .

При совмещении винтовой характеристики с внешней, постро­енной для номинального режима (рис. 211), они пересекаются в точке 1, где мощность двигателя полностью поглощается вин­том. На других скоростных режимах двигатель значительно недогружен, что снижает экономические показатели двигателя.

Если частота вращения двигателя составляет n ₁ , то его мощ­ность N ₁ = сп ₁ 3 . При п ₂ мощность N ₂ = сп ₂ 3 . Находим отношение

Из этого выражения можно определить частоту вращения дви­гателя при работе на любом мощностном режиме N _e :

ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ И УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.

Основными показателями, характеризующими качество двигате­лей внутреннего сгорания, являются следующие:

1. Надежность всех элементов конструкции.

2. Степень совершенства преобразования тепловой энергии в ме­ханическую; она оценивается КПД или удельным расходом топлива, представляющим собой количество топлива (в массовых или объем­ных единицах), расходуемого в единицу времени на единицу мощ­ности.

3. Мощность двигателя, отнесенная к единице рабочего объема цилиндра или к единице площади поршня (удельная мощность).

4. Масса двигателя, приходящаяся на единицу мощности (удель­ная масса), и его габаритные размеры.

5. Степень токсичности и дымности отработавших газов, уровень шума при работе двигателя.

6. Простота конструкции, удобство обслуживания и стоимость изготовления двигателя, его эксплуатации и ремонта.

7. Надежность пуска двигателя.

8. Перспективность конструкции, позволяющая производить даль­нейшую ее модернизацию путем форсирования двигателя и повыше­ния его показателей в соответствии с уровнем развития техники.

Для транспортных двигателей важным качеством является быстрая приспособляемость к работе на пе­ременных режимах в зависимости от условий эксплуатации.

На рис. 56 приведены характери­стики двигателей внутреннего сго­рания различного назначения при работе на установившихся режимах. Поршневой двигатель может воспри­нимать нагрузку, начиная с опреде­ленного режима, характеризуемого минимальной устойчивой частотой вращения коленчатого вала пmin. Если органы управления впуском топливовоздушной смеси или впрыском топлива установлены на максимальную подачу, то, начиная с указан­ной частоты вращения, наибольшая развиваемая двигателем мощность будет характеризоваться кривой. Такое изменение мощности в зави­симости от частоты вращения называют внешней характеристикой двигателя. Максимальная мощность двигателя достигается в точке а. Частота вращения, соответствующая этой мощности, обозначается через п_е. При дальнейшем увеличении частоты вращения (штриховая линия) по ряду причин, указанных ниже, снижается мощность. При п = п _Разн, (где п_разн — максимальная частота вращения холос­того хода при установке органов управления впуском топливовоз­душной смеси или впрыском топлива на максимальную подачу) вся мощность двигателя расходуется на трение и приведение в дей­ствие вспомогательных механизмов. Работа двигателя по условиям надежности при п_разн не допускается.

Предельный скоростной режим, при котором двигатель работает по внешней скоростной характеристике, обычно ограничивается номинальной мощностью Nном при п = п_ном (точка а₁). В зависимости от условий передачи энергии потребителю кривая, характеризующая нагрузку двигателя, не всегда пересекается с его внешней характе­ристикой в точке, где N = Nmax_. Возможны случаи, когда п_ном = п_е.

Линия 2 характеризует режим работы при почти постоянной час­тоте вращения коленчатого вала (регуляторная характеристика). Соответствие между вырабатываемой двигателем на этом режиме мощностью и потребляемой устанавливается автоматически

Установившийся режим работы двигателя характеризуется тем, что его параметры (крутящий момент, частота вращения коленчатого вала и др.) в рас­сматриваемом интервале времени остаются неизменными.

регу­лятором. Точка Ъ характеризует работу двигателя без нагрузки. Режим работы двигателя с использованием регулятора характерен для стационарных силовых установок, а также для двигателей транс­портных машин. В этом случае положение органов управления по­дачей топливовоздушной смеси или топлива изменяется в соответ­ствии с потребляемой мощностью автоматически регулятором.

Небольшое увеличение частоты вращения коленчатого вала дви­гателя при снижении мощности связано с принципом действия ре­гулятора.

Для автомобильных двигателей с искровым зажиганием вслед­ствие ряда причин, связанных с условиями эксплуатации, рассмат­риваемый режим (линия 2) не является типичным и используется только в случае движения нагруженного автомобиля (например, автопоезда и т. п.) с мало изменяющейся скоростью на одной пере­даче.

Кривая 3 характеризует работу двигателя, нагруженного винтом (винтовая характеристика). В этом случае точка а_х соответствует номинальной мощности, развиваемой двигателем, когда органы подачи топлива или впуска топливовоздушной смеси в цилиндр двигателя установлены на максимальную подачу. При нагружении двигателя винтом с уменьшением количества подаваемого топлива или топливовоздушной смеси снижается развиваемая двигателем мощность и понижается частота вращения вала. Ото изменение мощ­ности в зависимости от частоты вращения происходит по кубической параболе, т. е. N_е = Вп 3 (где В — коэффициент пропорциональности).

По винтовой характеристике работают двигатели, в которых раз­минаемая мощность передается на винт (авиационные, судовые и др.).

В случае использования двигателя в качестве энергетической установки па автомобиле следует учитывать, что в зависимости от дорожных условий, скорости движения и нагрузки автомобиля необходимые для движения мощность двигателя и частота вращения колончатоговала меняются в широких пределах. Опыт эксплуатации автомобилей показывает, что большую часть времени двигатель работает с неполной нагрузкой при различной частоте вращения. При движении автомобиля на одной передаче по горизонтальному участку пути зависимость потребляемой им мощности от скорости движения близка к винтовой характеристике.

По результатам ранее проведенных исследований установлено, что и случае эксплуатации автомобиля «Волга» ГАЗ-21 в условиях интенсивного городского движения двигатель большую часть времени работаетпри низкой частоте вращения <п = 600 н- 1800 об/мин) и изменении мощности от мощности холостого хода до N_e — 23,6 кВт. Б указанном диапазоне режимов двигатель работает примерно 64% времени. При езде автомобиля по шоссе с небольшой интенсивностью движения этот двигатель преимущественно (в течение примерно 90% времени) работает с высокой частотой вращения при изменении мощ­ности от 37 кВт до номинальной.

Характерные режимы эксплуатации грузовых автомобилей в ус­ловиях езды по городу с интенсивным движением показаны на рис. 57, а. Опыты установили резкие колебания скорости движения V_а (кривая 1) и частоты вращения коленчатого вала двигателя (кривая 2).

Рис. 57. Характерные режимы работы автомобильных двигателей, установлен­ных на грузовых автомобилях:

а— карбюраторного в условиях городской езды;

б — дизеля (ЯМЗ) за полный цикл работы автомобиля в карьере;

М_кп — отношение крутящего момента при данном числе частоты вращения к наибольшему.

Причем большую часть времени двигатель работал со сравнительно мало открытой дроссельной заслонкой (кривая 3). Предельное от­крытие дроссельной заслонки составляло 40%.

Результаты исследования работы двигателя автомобилей КрАЗ-256 и БелАЗ-540А за полный цикл их работы в карьере (рис. 57, б) пока­зали, что крутящий момент М_кр двигателя ЯМЗ-238 (кривая 4) менялся от момента холостого хода до момента, равного 40% макси­мального, а двигателя ЯМЗ-240 (с наддувом) — до момента, состав­ляющего 60% максимального (кривая 5). Длительность работы ди­зеля ЯМЗ-238 при наибольшей нагрузке составила примерно поло­вину времени цикла, дизеля ЯМЗ-240Н — четверть времени. Частота вращения коленчатого вала менялась примерно в 4 раза.

Таким образом, особенностью эксплуатации автомобильного двигателя является частое и, в некоторых случаях, резкое изменение скоростного и нагрузочного режимов. Изменение мощности и ско­ростного режима автомобильного двигателя (заштрихованная об­ласть на рис. 56) ограничено внешней скоростной характеристикой и ветвью регуляторной характеристики (линия 2).

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ДВИГАТЕЛЮ.

Проектирование двигателя является сложным процессом, при котором специалистам приходится решать комплекс проблем, свя­занных с удовлетворением требований, определяемых назначением двигателя и условиями его эксплуатации. Для создания высокопро­изводительной, экономичной в эксплуатации и экологически чистой транспортной, дорожно-строительной и сельскохозяйственной тех­ники автотракторные двигатели должны обеспечивать:

● высокую 1 надежность в разнообразных эксплуатационных условиях;

●необходимую мощность при малой массе и габаритах, наибольшую топливную экономичность на всех режимах работы;

●нормативные шумность и вибрацию двигателя, а также дымность и токсич­ность отработавших газов;

●хорошие пусковые качества;

●легкость управления и автоматизацию работы;

●простоту технического обслуживания и ремонта;

●минимум эксплуатационных затрат труда и материалов.

Одним из главных эксплуатационных требований является обеспечение надежности двигателя, поскольку с надежностью напрямую связаны расходы на поддержание работоспособности двигателя в эксплуатации и расходы, вызванные простоем машины из-за отказов двигателя.

Под надежностью понимают свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показателив установленных пределах при заданных условиях его эксплуатации, технического обслуживания и ремонтов в течение требуемого промежутка времени и (или) требуемой наработки. Заданной функцией для двигателя будет обеспечение энергией той транспортной, дорожно-строительной или сельскохозяйственной машины, для которой он предназначен.

3.ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ ОХЛАЖДЕНИЯ ,СМАЗКИ, ТОПЛИВОПОДАЧИ.

При современных требованиях конструирования машин надежность их является главным показателем конструктивного и технологического совершенства, особенно это касается двигателей внутреннего сгорания, и конструктору ДВС приходится решать сложные задачи по надежности. Сложность заключается в том, что в ДВС ряд ответственных деталей и взаимосвязанных узлов работают при одновременном воздействии на них переменных не только механических, но и тепловых нагрузок.

Сложность решения задач, связанных с надежностью, значи­тельно повышается при создании перспективных высокофорси­рованных двигателей, отличающихся высокой удельной мощностью и частотой вращения коленчатого вала. Надежность двигателя может также обусловливаться такими составляющими, как безот­казность, долговечность, сохраняемость деталей и узлов. Очевид­но, высокая сопротивляемость истиранию поверхностей трущихся пар и ослабление тепловой напряженности деталей могут обеспе­чить высокую надежность работы двигателя. Практически эта задача может решаться (кроме применения прогрессивной техно­логии) разработкой и применением эффективных систем охлажде­ния и смазки. Характеристики и общие схемы этих систем должны прорабатываться уже на стадии общей компоновки любого типа двигателя.

В качестве двигателей внутреннего сгорания для автомобилей и тракторов в настоящее время используют.

1. Двигатели с внешним смесеобразованием и воспламенением смеси от постороннего источника. В этих двигателях используют легко испаряемое топливо (жидкое или газообразное), а горючую смесь, как правило, приготовляют за пределами основного рабоче­го объема (цилиндра и камеры сгорания) двигателя в специальном приборе — карбюраторе. К этому же типу относятся двигатели с так называемой системой непосредственного впрыска легкого топлива во впускной трубопровод (коллектор).

2. Двигатели с внутренним смесеобразованием и самовоспламе­нением топлива. В этих двигателях используется трудноиспаряемое топливо (дизельное топливо, соляровые масла и их смеси) и горю­чая смесь образуется в камерах сгорания двигателей. Поэтому конструкция камер сгорания дизелей оказывает непосредственное влияние на способ смесеобразования и воспламенения горючей смеси. В современных дизелях в зависимости от конструкции камер сгорания и способа подачи топлива используют неразделенные камеры с объемным или пленочным смесеобразованием и разделен­ные камеры сгорания — предкамерные и вихрекамерные. К этому типу можно отнести бензиновые двигатели с впрыском топлива непосредственно в полость цилиндра.

Независимо от типов и видов двигателей внутреннего сгорания к их системам питания предъявляются требования, основными из которых являются.

1. Точное дозирование топлива и окислителя (воздуха) по цик­лам и цилиндрам.

2. Приготовление горючей смеси в строго определенный, как правило, очень малый отрезок времени.

3. Образование горючей, а затем и рабочей смеси, обеспечива­ющей полное сгорание топлива и отсутствие токсичных компонен­тов в продуктах сгорания.

4. Автоматическое изменение количества и состава горючей сме­си в соответствии с изменением режима работы двигателя как скоростного, так и нагрузочного.

5. Надежный пуск двигателя в различных температурных усло­виях.

6. Стабильность установленной регулировки системы питания в течение длительного времени эксплуатации двигателя наряду с возможностью изменения регулировки в зависимости от условий эксплуатации и технического состояния двигателя.

7. Технологичность системы питания: простота и надежность конструкции, удобство монтажа, регулировки, обслуживания и ре­монта.

Выполнение указанных требований в системах питания автомо­бильных и тракторных двигателей, в основном, обеспечивается:

а) для двигателей с внешним смесеобразованием карбюрато­ром в карбюраторных двигателях, карбюратором-смесителем в га­зовых двигателях, электромагнитными форсунками и блоком упра­вления в двигателях с впрыском легкого топлива во впускной коллектор;

б) для двигателей с внутренним смесеобразованием насосом высокого давления и форсункой или насос-форсункой, а для двига­телей с впрыском легкого топлива непосредственно в полость цили­ндра электромагнитными форсунками и электронным блоком упра­вления — микропроцессором.

Контрольные вопросы:

1. Какие показатели характеризуют качество ПД?

2. В каких условиях эксплуатации ПД работает с частым изменением суточного и нагрузочного режима?

3. Каковы основные эксплуатационные требования к двигателю транспортной машины?

4. Что понимается под надежностью ПД?

5. Какие требования предъявляются к системам охлаждения, смазки, топливоподачи?

Общее устройство поршневого ДВС. Скоростные характеристики ДВС и их влияние на эксплуатационные свойства

Классификация поршневых ДВС:

По способу смесеобразования: с внешним смесеобразованием (бензиновые и газовые); с внутренним смесеобразованием (дизели).

По способу воспламенения рабочей смеси: с принудительным воспламенением (бензиновые и газовые); с самовоспламенением (дизели) .

По способу осуществления рабочего цикла: четырехтактные; двухтактные.

По числу цилиндров: одно-; двух-; многоцилиндровые.

По расположению цилиндров: рядные с вертикальным или наклонным расположением цилиндров; V-образные с расположением цилиндров под углом; оппозитные (расположение цилиндров под углом 180°).

По способу охлаждения: с жидкостным или с воздушным охлаждением.

По виду применяемого топлива: бензиновые; дизели; газовые; многотопливные.

По способу наполнения цилиндра свежим зарядом: без наддува; с наддувом.

Основными частями поршневого ДВС являются кривошипно-шатунный механизм и газораспределительный механизм, а также системы пуска, питания, охлаждения, зажигания (кроме дизелей) и система смазки.

Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Газораспределительный механизм обеспечивает своевременный впуск горючей смеси в цилиндр и удаление из него продуктов сгорания.

Система пуска предназначена для запуска двигателя. Система питания предназначена для приготовления и подачи горючей смеси в цилиндр, а также для отвода продуктов сгорания.

Система смазки служит для подачи масла к взаимодействующим деталям с целью уменьшения силы трения и частичного их охлаждения, наряду с этим циркуляция масла приводит к смыванию нагара и удалению продуктов изнашивания.

Система охлаждения поддерживает нормальный температурный режим работы двигателя, обеспечивая отвод теплоты от сильно нагревающихся при сгорании рабочей смеси деталей.

Система зажигания предназначена для принудительного воспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя.

Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на использовании работы теплового расширения нагретых газов во время движения поршня от ВМТ к НМТ. Нагревание газов в положении ВМТ достигается в результате сгорания в цилиндре топлива, перемешанного с воздухом. При этом повышается температура газов и давления. Под действием разницы давлений сверху и снизу поршень будет перемещаться вниз, при этом газы — расширяться, совершая полезную работу. Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным. Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя:

1) Впуск. Поршень движется от ВМТ к НМТ, под действием образующегося разрежения через открытый впускной клапан в цилиндр засасывается горючая смесь (бензиновые двигатели) или воздух (дизели).

2) Сжатие. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.

3) Расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры (бензиновые двигатели). У дизелей в этот момент через форсунку впрыскивается топливо, которое, перемешиваясь с воздухом, воспламеняется под действием высокой температуры в цилиндре. Температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал.

4) Выпуск. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной трубопровод.

«+» дизелей: более экономичен (расход топлива на единицу мощности меньше примерно на 30%), более экологичен, более надежен в работе. «-»: хуже приемистость, повышенная шумность работы, сложнее запуск в зимнее время, больше размеры и масса.

Двухтактные двигатели отличаются от четырехтактных тем, что у них наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом осуществляется в начале хода сжатия, а очистка цилиндров от отработавших газов – в конце хода расширения, т.е. процессы выпуска и впуска происходят без самостоятельных ходов поршня. Общий процесс для всех типов двухтактных двигателей — продувка, т.е. процесс удаления отработавших газов из цилиндра с помощью потока горючей смеси или воздуха.

У этого типа двигателей отсутствуют клапаны, их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Через эти окна цилиндр в определенные моменты сообщается с впускным и выпускным трубопроводами и кривошипной камерой (картер), которая не имеет непосредственного сообщения с атмосферой. Рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта:

1) Сжатие. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, перекрывая сначала продувочное, а затем выпускное окно. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере вследствие ее герметичности создается разряжение, под действием которого из карбюратора через открытое впускное окно поступает горючая смесь в кривошипную камеру.

2) Рабочий ход. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно опускающийся поршень закрывает впускное окно и сжимает находящуюся в кривошипной камере горючую смесь. Когда поршень дойдет до выпускного окна, оно открывается и начинается выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно и сжатая в кривошипной камере горючая смесь перетекает по каналу, заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.

Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на привод продувочного компрессора приводят практически к увеличению мощности только на 60. 70%. Недостатком является также худшая топливная экономичность.

Исходными для определения продольных реакций на ведущих колесах АТС являются скоростные характеристики двигателя. Скоростными называют характеристики, которые представляют графические зависимости эффективной мощности N_e и крутящего момента М_е от частоты n_e вращения коленчатого вала двигателя. Различают внешние (при полной подаче топлива) и частичные характеристики, с ограничителем (у всех дизелей и высокофорсированных бензиновых двигателей грузовых автомобилей и автобусов) и без ограничителя (в основном бензиновые двигатели легковых автомобилей) частоты вращения вала.

На графиках внешних скоростных характеристик можно выделить следующие точки:

N_{e max} – максимальная эффективная мощность при полной подаче топлива в двигатель, кВт;

M_{e max} – максимальный крутящий момент, Н . м;

n_{e min} – минимальная устойчивая частота вращения коленчатого вала, об/мин;

n_M – частота вращения при максимальном моменте, об/мин;

n_N – частота вращения при максимальной мощности (номинальная), об/мин.

Для оценки тяговой динамики АТС большое значение имеет запас крутящего момента в диапазоне частот вращения коленчатого вала n_N … n_M

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Эти двигатели применяют всюду в местах, удаленных от цен­трализованного электроснабжения. Автомобили, самолеты и, поез­да используют так много двигателей внутреннего сгорания, что на­коплен исчерпывающий опыт эксплуатации, позволяющий выби­рать двигатели для тепловых насосов. Но, как’ это ни удивительно, для малых мощностей, скажем, менее 30 кВт, возникает больше проблем, чем решений. Преимущественное» распространение элек­тродвигателей не позволило накопить небольшим двигателям опыт
непрерывной длительной работы, характерной для тепловых на­сосов.

Для пояснения преимуществ двигателей внутреннего сгорания как привода тепловых насосов вернемся к вопросу об использова­нии первичной энергии.

На рис. 3.14 показано изменение КПД двигателей различных типов Воздушное охлаждение вы­ходного коллек-

Водяное охлаж­дение выходного коллектора, %

Двухтактные поршневые: с турбонаддувом без наддува дизель с наддувом

Газовый без наддува диЗель без наддува дизель с турбонаддувом двухтопливный с турбонад­дувом

Газовые турбины: простой цикл регенеративный цикл

Оборудования (двигатель муфты трансмиссии), так и обслужива­ния является скорость 900 об/мин.

Для многих приложений газовых двигателей этот прошлый опыт слишком ограничен, поэтому Британская газовая ассоциация использует опыт нескольких установок, применяющих для привода холодильных компрессоров систем кондиционирования автомобиль­ные двигатели «Ford», «Perkins», «Реіаропе». Получены весьма обнадеживающие результаты.

1. Лонг Батон, мощность 280 кВт. Установка введена в действие в 1969 г., сначала работала на городском газе, а затем переведена на природный газ. Двигатель «Реіаропе» вращает компрессор «Тгапе». Система оказалась весьма надежной и требовала мини­мума обслуживания.

2. Газовая исследовательская станция Мидленд, мощность 370 кВт. Двигатель «Perkins» с водяным охлаждением, без над­дува, установлен в 1970 г. для привода холодильного компрессора «Тгапе» мощностью 160 кВт. Для работы при частичной нагрузке двигатель снижает скорость до 1750, 1475 и 1200 об/мин. После 4000 ч работы в течение 3 лет в среднем при 38% полной нагрузки был сделан вывод, что замена электродвигателя газовым поршне­вым была технически успешной.

3. Восточный газовый район, холодильная мощность 88 кВт. Для холодильников двух служебных зданий использовали привод­ной двигатель «Ford» с автоматическим пуском и остановкой, сту­пенчатым изменением скорости и нагрузкой цилиндров. Стандарт­ные методы управления двигателем и холодильником осуществля­лись без непосредственного вмешательства человека. Оценка стои­мости эксплуатации и других затрат на эти установки может де-
зорйснтировать ё сёязи с факторами Ёремени. Инфляция застаЕля — ет там, где это возможно, использовать только самые последние данные. Данные на уровне цен 1976 г. для поршневых машин на легкой нефти (класс А/Б), тяжелом топливе (классы F и G) и при­родном газе (двухтопливные системы) приведены в работе [13]. Принятые низкие средние значения для стоимости восстанов­ленного сбросного тепла: 0,45 для тепла выхлопных газов и 0,95 пенс/(кВт-ч) для всего тепла, включая водяное охлаждение. Эти данные приведены в табл. 3.8 для поршневых двигателей мощ­ностью 1—2 МВт.

Таблица 3.8. Эксплуатационные затраты на восстановление тепла поршневых двигателей 1—2 МВт

Затраты за 1 МДж, ф. ст.

Класс А/В; 3.2 ф. ст.; 750 об/мии

Класс F; 2,7 ф. ст.;

Класс G; 2,3 ф. ст.; 600— 500 об/мин

Двухтоп­ливный; 2,6 ф. ст.;

Стоимость оборудования, ф. ст./кВт: электромеханического пускорегулирующего системы охлаждения Всего

Страховка, прибыль (за год)

110—124 12—20 20 142—164 (153) 1,5304

150—190 12—20 20 182—230 (206) 2,0608

120—180 12—20 20 152—220 (186) 1,8607

Эксплуатационные затраты, пенс/(кВт-ч), на топливо смазку зарплату страховку Всего

1,292 0,050 0,027 0,067 1,436

1,004 0,053 0,033 0,133 1,223

0,850 0,056 0,036 0,200 1,142

1,100 0,050 0,023 0,067 1,240

Капитализация, пенс/(кВт-ч): 50% использования (4380 ч/год) 10% использования (876 ч/год) Приведенные затраты на механическую энергию, пенс/(кВт-ч)