Механические потери двигателя

Если мощность, снимаемую с коленчатого вала, сравнить по величине с мощностью, развиваемую газами в цилиндре, то окажется, что первая меньше второй. Это уменьшение индикаторной мощности обусловлено механическими потерями.

Механические потери индикаторной мощности складываются из следующих потерь:

1. Потери мощности на трение (Nт) составляют большую часть всех механических потерь. Главным образом эти потери приходятся на следующие пары:
   • поршень и поршневые кольца — стенки цилиндра;
   • шейки коленчатого и распределительного валов — подшипники скольжения;
   • поршневой палец — бобышки поршня и верхняя головка шатуна;
   • стержень клапана — втулка.

   Потери на трение увеличиваются с ростом нагрузки на двигатель, увеличением частоты вращения коленчатого вала, при грубой обработке поверхности сопряженных деталей, неоправданном увеличении их размеров, применении некачественных масел, нарушении нормальной работы смазочной системы и системы охлаждения, ухудшении технического состояния двигателя.

2. Потери мощности на совершение насосных ходов поршнем (Nнас) (или насосные потери). Для того чтобы всосать свежий заряд в цилиндр и вытолкнуть отработанные газы, необходимо затратить энергию. Поэтому для выполнения этой работы от полученной индикаторной мощности будет использована какая-то ее часть. Величина этих потерь определяется величиной сопротивления впускных и выпускных трубопроводов, которая растет с увеличением частоты вращения коленчатого вала, или степенью прикрытия дроссельной заслонки.
   На рисунке показаны диаграммы насосных потерь при различных частотах вращения коленчатого вала и нагрузках. На величину насосных потерь также влияют размеры и конструкция деталей, участвующих в газообмене, и их техническое состояние.
3. Потери мощности на привод вспомогательных механизмов (Nпр). К вспомогательным механизмам относятся жидкостной, масляный и топливный насосы, генератор, прерыватель-распределитель, вентилятор. Данный вид потерь зависит от конструкции этих агрегатов, их размеров и технического состояния.
   

   Рис. Диаграммы насосных потерь в дизеле при различных частотах вращения коленчатого вала (а) и нагрузках (б)

4. Потери мощности на механический привод нагнетателя (Nк). Имеется в виду механический привод компрессора в двигателях с наддувом, сюда не относятся двигатели с турбонаддувом, так как у них для привода компрессора используется кинетическая энергия отработавших газов, уже вне цилиндра. Так как механический привод нагнетателя воздуха или компрессора применяется довольно редко, а затраты мощности на него значительны, этот вид потерь выделен отдельно.
5. Гидравлические потери мощности (Nг) учитывают затрату мощности на преодоление сопротивления движению деталей кривошипно-шатунного механизма в картерном пространстве.

Таким образом, внутренние потери индикаторной мощности, т. е. мощность механических потерь, представляет собой сумму перечисленных выше видов потерь:

Nм = Nт + Nнac + Nпp + Nк + Nг

Механические потери и их значения относительно индикаторной мощности приведены ниже.

Вид механических потерь, Nм %:

• Общие потери на трение: До 75
  • поршневых колец и поршня: 42—50
  • подшипников коленчатого вала: 16—19
  • механизма газораспределения: 4—6
• Насосные потери: До 15
• Общие потери на привод вспомогательных агрегатов: 12—17
  • жидкостного насоса: 2—3
  • вентилятора: 6—8
  • масляного насоса: 1—2
  • электрооборудования: 1—2
  • топливного насоса: 2
• Потери на привод нагнетателя: До 10

Примечание. Меньшие значения механических потерь относятся к двигателям с искровым зажиганием, большие — к дизелям.

Кроме мощности Nм механические потери оцениваются средним давлением механических потерь pм и механическим КПД nм.

Среднее давление механических потерь определяется аналогично механическим потерям индикаторной мощности:

Рм = Рт + Рнас + Рпр + Рк + Рг

, где все слагаемые — средние значения давлений механических потерь на трение, насосные ходы поршня, приводы вспомогательных механизмов, нагнетатели, гидравлику.

Чтобы дать определение механическому КПД, необходимо рассмотреть эффективные показатели работы двигателя.