Использование: в двигателестроении. Сущность изобретения: определяют расход топлива и частоту вращения вала двигателя на трех режимах с одинаковой продолжительностью испытаний. По результатам измерений определяют значения коэффициента полезного двигателя
1= Q1-Q2/Q3 и
2= Q3-Q2/Q3, где
1 и
2 коэффициенты полезного действия двигателя при работе соответственно в эксплуатационных и стендовых условиях; Q1-Q3, расход топлива двигателем соответственно на первом, втором и третьем режимах, и по разности величин
1 и
2 оценивают влияние эксплуатационного режима на топливную экономичность двигателя.
Изобретение относится к автомобилестроению, в частности к двигателестроению.
Известен способ определения топливной экономичности двигателя внутреннего сгорания, закрепляющийся в определении разности величин коэффициентов полезного действия двигателя, работающего соответственно в эксплуатационных и стендовых условиях.
Однако этот способ является трудоемким и при его осуществлении необходимо использовать дорогостоящее и недостаточно надежное оборудование для измерения крутящего момента на валу двигателя.
Известно, что механический КПД двигателя внутреннего сгорания (ДВС) представляется отношением
м=

(1) где N
e эффективная мощность двигателя, кВт; N
i индикаторная мощность двигателя, кВт.
Удельные механические потери Р
м в ДВС определяются из выражения Р
м А + ВС
г, (2) где А и В коэффициенты, зависящие от типа двигателя; С
г средняя скорость поршня, м/с.
Мощность N
м, кВт, механических потерь в двигателе может быть вычислена по формуле N
м=

где N
h рабочий объем цилиндров, л; i число цилиндров; n частота вращения вала двигателя, мин;

коэффициент тактности.
Следовательно, с учетом выражения (2) мощность механических потерь в двигателе может быть представлена в виде функции N
м f(n) от частоты вращения вала двигателя N
м A
1n + B
1n
2, (3) где А
1 и В
1 константы, учитывающие конструктивные особенности двигателя.
Тогда на основании (1) и (3) для заданной частоты вращения при n const может записать
м=

(4)
Таким образом, при условии соблюдения постоянной частоты вращения (n const) N
м const, в то время как индикаторная мощность будет зависеть от характера изменения эффективного момента в функции времени М
е f(t). Чтобы учесть этот фактор, необходимо проводить интегральную оценку КПД двигателя по времени его работы (испытания). Тогда с учетом зависимости (4) следует записать
э=

(5) где Т время, в течение которого проводился контроль работы двигателя (время должно выбираться из расчета неоднократного повторения цикла изменения нагрузочного режима), с;

средняя величина индикаторной мощности за время Т, кВт.
В отличие от механического КПД, представленного выражениями (1) и (4), назовем показатель
э энергетическим КПД двигателя.
В случае постоянства эффективного момента М
е const имеем

N
i, то есть при данном условии механический и энергетический КПД совпадают:
э=
м.
Если же М
е var, то
э
м. Таким образом, получив значение
эдвигателя при различных функциональных зависимостях М
е f(t) и сопоставив эти значения с
м, определенным по формуле (4) для заданной частоты вращения и принимаемым в качестве эталона, может судить об экономичности работы двигателя при различном характере внешней нагрузки.
С целью упрощения методики обработки экспериментальных данных представим формулу (5) в другом виде. Для этого укажем:
a) W
i=

T

N
i(t)dt, (6) где W
i энергия, полученная в цилиндрах двигателя за время Т, кДж;
N
i(t) мгновенное значение индикаторной мощности для соответствующего значения, кВт;
б) W
м N
м 
T, (7) где W
м энергия механических потерь в двигателе за время Т, кДж.
Тогда на основании (6) и (7)
э=

(8) при n const.
Для определения КПД двигателя на основании зависимости (1) необходимо измерять величину эффективности момента, что при выполнении исследований в эксплуатационных условиях всегда представляет техническую сложность.
Целью предлагаемого изобретения является проведение анализа топливной экономичности двигателя на основе энергетического КПД. В этом случае отпадает необходимость в непосредственном определении величины эффективного момента.
Развиваемая двигателем мощность (или вырабатываемая им энергия) пропорциональна расходу топлива
N
i 10
-3 H
u 
G
т
i, (9) где Н
u теплотворная способность топлива, Дж/кг;
G
т секундный расход топлива, кг/с;
i индикаторный КПД двигателя.
Нелинейность зависимости N
i f(G
т) объясняется непостоянством величины
i.
Таким образом, очевидно, что расход топлива так же, как и вырабатываемая двигателем энергия является интегральным показателем во времени, учитывающим особенности работы двигателя на различных нагрузочных режимах
W
i=

T f(Q) (10) где Q расход топлива за время Т, кг.
При этом
Q

T (11) где

средний секундный расход топлива, кг/с.
На основании (8)-(11) энергетический КПД двигателя может быть представлен зависимостью
э=

(12) при n const,

n, где Q
i расход топлива за время Т испытания двигателя при изменяющейся величине эффективного момента (М
е var) и переменной частоте вращения двигателя, среднее значение которой за время Т равно

, кг;
Q
м расход топлива за время Т при работе двигателя на холостом ходу с постоянной частотой n const вращения равной

, кг.
При использовании зависимости (12) в качестве эталонного КПД принимают энергетический КПД
ээт двигателя, определяемый по формуле
ээт=

(13) где Q
iэт расход топлива за время Т испытания двигателя при М
е const в стендовых условиях, определяемый при аналогичном положении органа, регулирующего топливоподачу, и при постоянной частоте n const вращения двигателя, равной

.
Определяя энергетический КПД двигателя, следует обязательно учитывать, что изменение эффективности момента вызывает соответствующее колебание частоты вращения двигателя согласно его механической (скоростной) характеристике, а следовательно, в этом случае необходимо определить среднюю величину

частоты вращения двигателя за время Т испытаний и измерение Q
м (или N
м) и Q
iэт проводить при частоте вращения n const равной

.
Сущность изобретения заключается в сопоставлении значений энергетического КПД, полученного в эксплуатационных условиях, с энергетическим КПД, который имеет двигатель, работающий в стендовых условиях с постоянной нагрузкой (М
е const) с аналогичным положением топливоподающего рабочего органа и заданной частотой вращения, равной среднему значению

частоты вращения вала двигателя, работающего в эксплуатационных условиях. При этом испытания двигателя проводят в трех режимах: в эксплуатационных условиях, на стенде с М
е const и на холостом ходу с частотой вращения, равной заданной, определяемой средним значением частоты вращения вала двигателя в условиях эксплуатации.
Реализация способа осуществлена на автомобиле ЗИЛ-157КД с использованием электронного прибора FUF-80F для измерения расхода топлива и частоты вращения двигателя, имеющего точность измерения расхода топлива

0,5%
Использование для анализа топливной экономичности ДВС критерия
эзначительно упрощает методику, уменьшает стоимость и увеличивает оперативность исследовательских работ в условиях эксплуатации, поскольку отпадает необходимость в использовании дорогостоящего и недостаточно надежного оборудования для измерения крутящего момента на валу двигателя.
Энергетический КПД может быть использован также и при проведении углубленных (например, ресурсных) испытаний на тормозном стенде, что осуществляется путем подбора имитационного нагрузочного режима при заданном положении органа, регулирующего топливоподачу, и соблюдении равенства расхода топлива двигателем на стенде расходу Q
i топлива, полученному в эксплуатационных условиях.
Формула изобретения
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, заключающийся в определении разности величин КПД двигателя, работающего соответственно в эксплуатационных и стендовых условиях, отличающийся тем, что определяют расход топлива и частоту вращения вала двигателя на трех режимах с одинаковой продолжительностью испытаний, первый из которых осуществляют в эксплуатационных, а второй и третий в стендовых условиях, на первом режиме измеряют расход топлива и частоту вращения вала двигателя, работающего с заданным положением органа, регулирующего топливоподачу, и с переменной частотой вращения, изменение которой определяется изменяющейся величиной внешней нагрузки, по результатам измерений мгновенных значений частоты вращения находят ее среднее значение за период испытаний, данную величину принимают в качестве заданной для последующих испытаний, на втором режиме определяют расход топлива при работе двигателя на холостом ходу с постоянной частотой вращения, равной заданной, на третьем режиме измеряют расход топлива при работе двигателя с постоянной частотой вращения, равной заданной, постоянной величиной внешней нагрузки и положением топливоподающего органа, аналогичным его положению на первом режиме, по результатам измерений определяют два значения КПД

где
1 и
2 КПД двигателя при работе соответственно в эксплуатационных и стендовых условиях;
Q
1 Q
3 расход топлива двигателем соответственно на первом, втором и третьем режимах, кг (или л).