Mechanická účinnosť motora

Definujte mechanickú účinnosť motora a stredný stratový tlak, uveďte vzťahy medzi indikovanými a užitočnými hodnotami.

Účinnosť je všeobecne definovaná ako pomer výstupu k vstupu skúmaného systému, stroja, prvku a pod. a vyjadruje stupeň kvality alebo efektivitu procesov, ktoré v nich prebiehajú. Pri skúmaní spaľovacích motorov rozlišujeme dve skupiny účinností. Energetické, ktorými sa vyhodnocuje kvalita premeny energie v motore, čiže horenie zmesi, premena získaného tepla na teoretickú hodnotu práce a jej transformáciu na mechanickú prácu na výstupnom hriadeli, a ostatné, ktoré posudzujú lokálne alebo špecifické procesy v jednotlivých systémoch motora.

Chemická účinnosť predstavuje stupeň dokonalosti spálenia paliva privedeného do motora. Je definovaná ako pomer tepla privedeného do obehu Qp k teplu, ktoré je obsiahnuté v privedenom palive Qch.

Teplo Qp privedené do obehu môžeme vyjadriť ako rozdiel tepla privedeného v palive Qch a tepelných strát, vzniknutých nedokonalým spaľovaním a potom nadobudne vzťah v tvare

Ak namiesto tepla pre jeden obeh vyjadríme ten istý vzťah pre 1 kg paliva, teda pomocou výhrevností, bude účinnosť kde Hns – tepelné straty vzniknuté nedokonalým spálením 1 kg paliva, Hd – dolná výhrevnosť paliva.

Tepelné straty sa určia z rozdielu výhrevností a privedeného tepla kde Hp – znamená skutočné teplo privedené do obehu po spálení 1 kg paliva.

Tepelná účinnosť je pomer tepla spotrebovaného na prácu ideálneho, respektíve teoretického obehu k teplu privádzanému do obehu.
kde Qt – je teplo spotrebované na prácu ideálneho, respektíve teoretického obehu,
Qp – teplo privedené do obehu,
Qo – teplo odvedené z obehu.

Indikovaná účinnosť je pomer tepla spotrebovaného na indikovanú prácu – Qt k teplu privedenému v palive –Qch. Zároveň je to súčin horeuvedených účinností, čiže chemickej, tepelnej a stupňa plnosti diagramu


Iný spôsob vyjadrenia pomocou výkonu a spotreby

kde Pi – indikovaný výkon spaľovacieho motora,
Mps – hmotnostná časová spotreba paliva,
mpi – merná indikovaná hmotnostná spotreba paliva,
Hd – dolná výhrevnosť paliva.

Hodnoty ηi sa dosahujú: v zážihových motoroch 0,25 – 0,38
vo vznetových mootroch 0,38 – 0,5.

Mechanická účinnosť je pomer tepla spotrebovaného na užitočnú prácu – Qe k teplu spotrebovanému na indikovanú prácu – Qi.a analogicky pomocou výkonov
,
kde Pe je efektívny výkon
Pi je indikovaný výkon.

Respektíve sa dá vyjadriť
, alebo .

Na tomto obrázku vidieť, že mechanická účinnosť ηm klesá s rastúcimi otáčkami motora, lebo sa zväčšuje stratový výkon. Naopak, pri konštantných otáčkach sa účinnosť zväčšuje so stúpajúcim výkonom, pretože odpory rastú so zaťažením motora pomalšie ako výkon.

Indikovaná účinnosť je pomer tepla spotrebovaného na indikovanú prácu – Qi k teplu privedenému v palive – Qch. Zároveň je to súčin účinností, čiže chemickej, tepelnej a stupňa plnosti diagramu

Kde Pi – indikovaný výkon spaľovacieho motora
Mps – hmotnostná časová spotreba paliva
mpi – merná indikovaná hmotnostná spotreba paliva
Hd - dolná výhrevnosť paliva

Hodnoty ηi sú v zážihových motoroch 0,25 – 0,38 a vo vznetových motoroch 0,38 – 0,5.
Efektívna účinnosť zohľadňuje všetky tepelné straty v spaľovacom motore. Je zadefinovaná ako pomer tepla spotrebovaného na užitočnú prácu k teplu privedenému v palive do spaľovacieho motora. , , , .

Jej hodnoty sa pohybujú v rozsahu pre zážihové motory 0,25 – 0,3 , pre vznetové motory
0,3 – 0,45 a pre spaľovacie turbíny 0,15 – 0,20.

Stredný stratový tlak je veľkosť stratového výkonu spaľovacieho motora a v sebe zahrňuje jednak odpory proti pohybu súčastí motora, jednak príkony pomocných zariadení spaľovacieho motora nevyhnutných pre jeho činnosť, napríklad:
- zariadenie pre dopravu paliva a prípravu zmesi,
- rozvodový mechanizmus,
- zariadenie chladiaceho systému,
- zariadenie mazacieho systému,
- zariadenie elektrickej výzbroje motora,
- zariadenie preplňovacieho systému,
- riadiace a regulačné systémy.

Tieto straty sú vyjadrené aj pomocou mechanickej účinnosti, ktorá je pomerom efektívneho a indikovaného výkonu
,
Kde Pss je stredný stratový tlak,
As je stratová práca jedného obehu,
Vz je zdvihový objem válca.

Vnútorné straty mootra spôsobuje trenie pohybujúcich sa častí motora, odpory pomocných mechanizmov a hydraulické odpory. Označujeme ich ako mechanické straty. Napríklad efektívny výkon

kde Pz – je stratový výkon.

Analogicky so strednýmindikovaným tlakom sa zavádza pojem stredný stratový tlak Pz, ktorý možno definovať ako fiktívny stály tlak, pôsobiaci proti pohybu piesta, a ktorý vyvolá rovnakú prácu počas jedného zdvihu, ako je stratová práca za celý pracovný obeh.

Jeho hodnotasa zisťuje na hotových motoroch viacerými spôsobmi. Pre niektoré motory sú uvedené v závislosti od strednej rýchlosti piesta Cs hodnoty stredného stratového tlaku.

Potom platí aj pre stratový výkon

Z rovnice pre efektívny výkon možno ďalej odvodiť

kde ηm je mechanická účinnosť motora

Na obrázku je priebeh mechanickej účinnosti benzínového a naftového motora pri plnom zaťažení. Z kriviek vyplýva, že pri obidvoch motoroch sa mechanická účinnosť s narastaním otáčok zmenšuje, a že naftový motor má nižšiu mechanickú účinnosť ako benzínový motor. Hodnoty ηm pre benzínové motory sú , pre naftové motory. Pri prepĺňaných motoroch a pri dvojtaktných motoroch sa dosahujú vyššie hodnoty.
S klesajúcim zaťažením motorv sa mechanická účinnosť výrazne zmenšuje, až pri voľnobehu je nulová.
Ostatné efektívne parametre:
- stredný efektívny tlak
- efektívny výkon
- efektívny moment motora
- celková efektívna účinnosť
- efektívna merná spotreba paliva.

Zdroje:

Hlavňa - Motory -