Механические (внутренние) потери.

21.1. Назовите составляющие механических потерь.

Под механическими потерями понимают потери на все виды механического трения, осуществление газообмена, привод вспомогательных механизмов, вентиляционные потери (движение деталей при больших скоростях в среде воздушно-масляной эмульсии и воздуха), а также на привод компрессора. В дизелях с разделенными камерами к потерям относят также газодинамические потери на перетекание заряда между камерами.

21.2. Как определяется значение среднего давления механических потерь?

По аналогии с p_i вводится понятие о среднем давлении механических потерь р_мп как об удельной работе механических потерь при осуществлении одного цикла, т.е. цикловой работе потерь на единицу рабочего объема: р_мп=р_тр+р_нх+р_всп.м.+р_вент+р_пр.к+р_пер, где р_тр – на трение; р_нх – на газообмен; р_всп.м. – на привод вспомогательных механизмов; р_вент – на вентиляцию; р_пр.к. – на привод компрессора; р_пер – на перетекание. Т.к. большую часть потерь составляют потери на трение, то эмпирическая зависимость: р_мп=a+bc_п, значения a и b зависят от типа, конструкции, размеров, количества цилиндров и теплового состояния двигателя.

21.3. Что называется механическим КПД двигателя?

Уровень механических потерь в двигателе оценивается механическим КПД, показывающим какая доля индикаторной работы преобразуется в эффективную: h_м=L_e/L_i. Все индикаторные и эффективные показатели связаны между собой механическим КПД: h_м=L_e/L_i=N_e/N_i=p_e/p_i=g_i/g_e.

21.4. Назовите виды сил, нагружающих трущиеся пары.

Основная часть потерь – потери на трение (до 80%). Большая часть потерь на трение приходятся на пары поршень – гильза, поршневые кольца – гильза (половина механических потерь). Потери на трение в подшипниках составляют 20% от всех механических потерь. Силы, нагружающие трущиеся пары, - силы инерции, газовые силы и силы упругости (колец пружин). Средние по времени значения модуля сил инерции обычно больше средних по времени газовых сил. При с_п=8 м/с, потери от сил инерции - 75% р_тр. Большое влияние на потери от трения оказывают силы упругости поршневых колец, которые не зависят от режима работы.

21.5. Какой режим трения преобладает в трущихся парах поршневого двигателя?

Большая часть потерь на трение приходятся на пары поршень – гильза, поршневые кольца – гильза (половина механических потерь). Потери на трение в подшипниках составляют 20% от всех механических потерь. В трущихся парах преобладает режим жидкостного трения. Силы жидкостного трения увеличиваются в основном из-за повышения относительной скорости перемещения деталей при росте частоты, а силы граничного – из-за роста нагрузок на трущиеся пары. Увеличение нагрузки ведет к росту газовых сил и повышению температуры деталей. Силы жидкостного трения при этом уменьшаются из-за снижения вязкости смазки, а силы граничного трения растут из-за увеличения газовых сил.

21.6. В каких из трущихся пар и в какие моменты цикла возможно появление граничного трения?

В трущихся парах преобладает режим жидкостного трения. Силы жидкостного трения увеличиваются в основном из-за повышения относительной скорости перемещения деталей при росте частоты, а силы граничного трения – из-за роста нагрузок на трущиеся пары. Увеличение нагрузки ведет к росту газовых сил и повышению температуры деталей. Силы жидкостного трения при этом уменьшаются из-за снижения вязкости смазки, а силы граничного трения растут из-за увеличения газовых сил. В течение короткого интервала времени действия наибольших газовых сил резко возрастает сила, с которой поршневые кольца прижимаются к гильзе. Мала в этот период и скорость движения кольца. Это приводит к изменению режима трения на граничное и увеличенному износу гильзы в зоне около ВМТ.

21.7. Какие факторы и как влияют на основные составляющие механических потерь?

р_мп=р_тр+р_нх+р_всп.м.+р_вент+р_пр.к., где р_тр – на трение; р_нх – на газообмен; р_всп.м. – на привод вспомогательных механизмов; р_вент – на вентиляцию; р_пр.к. – на привод компрессора. На р_тр существенное влияние оказывают: тепловой режим двигателя в связи с его влиянием на вязкость смазки, от которой зависят силы жидкостного трения и частота вращения. Увеличение n приводит к росту сил инерции и относительной скорости перемещения деталей. Одновременно несколько возрастает температура и падает вязкость смазочного масла. Потери на газообмен тем больше, чем выше сопротивление впускной и выпускной систем и больше скорость движения газов. С ростом частоты потери на газообмен растут в результате уменьшения работы впуска и увеличения работы выталкивания. Потери на вентиляцию и привод вспомогательных механизмов малы и они зависят от частоты вращения и растут при ее увеличении.

21.8. Рассмотрите влияние на среднее давление механических потерь и механический КПД режима работы двигателя.

р_мп=р_тр+р_нх+р_всп.м.+р_вент+р_пр.к., где р_тр – на трение; р_нх – на газообмен; р_всп.м. – на привод вспомогательных механизмов; р_вент – на вентиляцию; р_пр.к. – на привод компрессора. На р_тр существенное влияние оказывает частота вращения. Увеличение n приводит к росту сил инерции и относительной скорости перемещения деталей. Одновременно несколько возрастает температура и падает вязкость смазочного масла. Увеличение нагрузки ведет к росту газовых сил и повышению температуры деталей. Силы жидкостного трения при этом уменьшаются из-за снижения вязкости смазки, а силы граничного трения растут из-за увеличения газовых сил. С ростом частоты потери на газообмен растут в результате уменьшения работы впуска и увеличения работы выталкивания. Потери на вентиляцию и привод вспомогательных механизмов малы и они зависят от частоты вращения и растут при ее увеличении.

21.9. Рассмотрите, как наддув может повлиять на отдельные составляющие механических потерь и механического КПД.

р_мп=р_тр+р_нх+р_всп.м.+р_вент+р_пр.к., где р_тр – на трение; р_нх – на газообмен; р_всп.м. – на привод вспомогательных механизмов; р_вент – на вентиляцию; р_пр.к. – на привод компрессора. Применение наддува приводит к увеличению температуры и, как следствие, уменьшению вязкости масла, т.о. р_тр увеличивается. Положительная работа газообмена может иметь место при наддуве от компрессора, а также на отдельных режимах турбокомпрессора (когда р_к>р_т), но в основном увеличение сопротивления выпускной системы приводит к увеличению р_нх. Вентиляционные потери растут из-за увеличения плотности смеси и работы на ее перемешивание. р_пр.к. тоже растет.

21.10. Какие способы снижения механических потерь можно использовать?

Среднее давление механических потерь можно уменьшать следующим образом: 1) Правильным выбором теплового режима работы двигателя и его поддержанием в процессе эксплуатации. 2) Оптимальным конструированием двигателя и его агрегатов. Правильный выбор конструкции и размеров выпускной и впускной систем делает минимальными потери на газообмен. 3) Рациональным выбором материалов и технологии изготовления деталей, что улучшает смазку трущихся пар и снижает потери на трение. 4) Правильным выбором смазочного масла. При этом пытаются минимизировать вязкость масла, при котором обеспечивается надежное жидкостное трение. 5) Использованием в дизелях однополостных камер вместо раздельных.

21.11. По какого вида эмпирическим выражениям оценивается средней давление механических по­терь двигателей без наддува и с наддувом при оценке размеров двигателя?

р_мп=р_тр+р_нх+р_всп.м.+р_вент+р_пр.к., где р_тр – на трение; р_нх – на газообмен; р_всп.м. – на привод вспомогательных механизмов; р_вент – на вентиляцию; р_пр.к. – на привод компрессора. Потери на трение изменяются в зависимости от первой степени с_п, а на газообмен, вентиляционные потери и на привод вспомогательных механизмов – пропорционально второй: р_мп=a+bc_п+dc_п². Т.к. большую часть потерь составляют потери на трение, в большой степени определяемые скоростью поршня с_п, то эмпирическая зависимость: р_мп=a+bc_п, значения a и b зависят от типа, конструкции, размеров, количества цилиндров и теплового состояния двигателя.