Механические потери в двигателе внутреннего сгорания. Текст напечатан в сокращенном виде с комментариями. [ 20.09.02 г.]

Главная страница Статьи и разработки Возврат в cписок

Уфа, диссертация, 1993 год.

Загайко С.А.

Индикаторные показатели – характеризующие процессы в цилиндрах, зависят от многочисленных факторов, включая механические, температуру стенок цилиндров, обороты, режим работы и т.п. Механические показатели это потери.   Потери на трение - значительная часть работы, произведенной ДВС, следовательно экономически оправдано их снижение. (По разным источника по разному. Прим.) Примерно 25 – 30 % индикаторной работы ДВС затрачивается на механические потери. Общепринято при проектировании сравнивать эффективную мощность ДВС и мощность холодной прокрутки, их разница дает механические потери. Это не совсем так.   Механические потери делятся на 3 класса: потери на трение в узлах и агрегатах ДВС и производные этого вида потерь; потери на привод вспомогательных агрегатов ДВС; насосные потери; хотя они должны учитывать индикаторную мощность. Толщина масляной пленки зависит от пьезокоэффициента вязкости смазки. n - мгновенная динамическая вязкость смазки; V - скорость перемещения поверхностей контакта; Eэк - эквивалентный модуль упругости.        По толщине смазки делят режимы трения смазанных деталей. Коэффициент трения в режиме полужидкостного трения определяется: ; где к – коэффициент геометрии контакта; Ра – номинальное давление в контакте; для практического контакта: ; где: T o– сдвиговое сопротивление (фрикционный параметр); b - коэффициент упрочнения молекулярной связи; Рс – контурное давление в контакте; НВ – твердость наиболее слабого материала. Коэффициент в режиме жидкостного трения: ; где: С – коэффициент геометрической формы; Р – удельное давление на поверхности контакта; Сила трения в контакте: ; где: Аа – номинальная площадь контакта; Потери мощности: . Технологическая погрешность изготовления ДВС на машиностроительном предприятии составляет от 5 % до 10 % от номинальной мощности ДВС. На это могут наложиться дополнительные факторы изготовления комплектующих и регулировок. Анализ полученных расчетных и экспериментальных характеристик: где - расчетные механические потери во время работы цилиндров, значительно отличаются мощности при прокрутке. Расчетное механическое КПД, рассчитанное по действительной мощности механических потерь резко отличается и имеет экстремумы. Где: Nmp – расчетные механические потери во время работы цилиндров, значительно отличаются от Nxp – потерь получаемых при методе холодной прокрутки. Neef - эффективная мощность ДВС. КПД рассчитанное по расчетным механическим потерям nMRAS резко отличается от nMXP ,определенных по методу холодной прокрутки и имеет экстремумы. См. рис 2. Основные механические потери кроются в КШМ и ЦПГ (кривошипно-шатунном механизме и цилиндропоршневой группе), а они зависят от давления газов в цилиндре. См. рис 3. Зависимость при постоянных оборотах равных 5000. Мощность потерь увеличивается, т.к. растет сила прижатия поршневых колец и юбки цилиндра, а также трение в КШМ. Влияет также инерция поршня: оптимальный вес около 0,5 кг. Рис. 4 влияние частоты вращения на потери в ЦПГ и КШМ. С увеличением частоты увеличивается скорость относительного скольжения и следовательно увеличиваются потери на трение. Потери увеличиваются от квадрата оборотов. Влияние вязкости смазки. Мощность потерь в КШМ (Nksm) значительно увеличивается с увеличением вязкости масла, что соответствует диаграмме Герси, объясняется изменением режимов трения и соответственно коэффициентов трения. Меньшая интенсивность возрастания потерь на трение в ЦПГ по сравнению в КШМ, объясняется тем, что за один цикл пары трения в ЦПГ проходят эти режимы несколько раз, т.к. скорость перемещения поршня непостоянна, что уменьшает интенсивность роста потерь в ЦПГ. Шероховатость поверхностей мало влияет на режим жидкостного трения в подшипниках скольжения, а в ЦПГ увеличивается т.к. там режим трения преобладает полужидкого и сухого (в верхней части цилиндра) трения. Краткие выводы: метод холодной прокрутки дает значительную погрешность до 100%. Возрастание механических потерь на трение в ЦПГ от нагрузки идет по линейному закону с коэффициентом около 0,08 – 0,12. С увеличением частоты вращения потери в ЦПГ увеличиваются по квадратичному закону от оборотов.

Выводы и комментарии.

Оширов В.

Хорошая теория механических потерь в ДВС. В цилиндрах желательно применение твердой смазки, через свечные отверстия, поскольку только там возможно полусухое трение (верхняя часть цилиндра). Эффективные обороты работы ДВС с максимальным КПД около 2000-2500. Масло желательно иметь высокого качества и с малой вязкостью, для эффективного смазывания с хорошим пакетом родных присадок. Как снизить потери в КШМ? Двухтактный ДВС с выделенными камерами сгорания. См. статью: "Создаем новый ДВС".

Возврат в список