Эффективный удельный расход топлива ge — это отношение часового расхода топлива Gm к эффективной мощности Ne, gi=Gm/Ne=gi/ηt. Номинальное значение эффективного удельного расхода топлива для карбюраторов равно 300—340 г/(кВт·ч), для дизелей равно 220—260 г/(кВт·ч).
В действительности для оценки степени использования теплоты от сгорания топлива используются индикаторный, эффективный и относительный коэффициенты полезного действия.
Индикаторный КПД ηi равен отношению теплоты, преобразуемой в полезную работу Li, ко всей затраченной теплоте Нu и вычисляется по следующей формуле: ηi=Li/Hu=3600K/(GmHu)=3600/(giHu), где 3600 кДж/(кВт·ч) — это термический эквивалент работы, равной 1 кВт·ч.
Для тепловых расчетов можно пользоваться еле-дующей формулой: ηi=1,985αLopiTo/(Huηvpo) где α — коэффициент избытка воздуха, Lo — количество воздуха, необходимые для сгорания 1 кг топлива, рi — действительное среднее индикаторное давление, Hu — затраченная теплота, ηv — коэффициент наполнения горючей смесью цилиндров двигателя, ро — давление окружающей среды. Этот коэффициент характеризует все тепловые потери двигателя.
Относительный КПД ηо равен отношению индикаторного КПД к термическому КПД: ηо=ηi/ηt и равен 0,6—0,8. Этот коэффициент характеризует дополнительные тепловые потери реального двигателя.
Эффективный КПД ηe равен отношению количества теплоты, превращенной в полезную эффективную работу, ко всей затраченной теплоте:
- ηe = 3600N/(GmHu) = 3600/(gеНu),
- здесь ge=Gm/Ne — удельный эффективный расход топлива. Этот коэффициент характеризует использование теплоты с учетом всех потерь (механических и тепловых).
Тепловой баланс двигателя указывает, как теплота распределяется на полезную работу и на различные потери. В действительных двигателях в полезную эффективную работу преобразуется 25—40% теплоты, выделяемой при сгорании топлива. Тепловой баланс того или иного двигателя определяется при проведении испытаний, а также по данным теплового расчета.
Уравнение теплового баланса имеет вид:
Q = Qе + Qв + Qr + Qн + Qост,
где Q=GmHu — выделенная при полном сгорании топлива теплота (Gm — часовой расход топлива, Hu — низшая теплотворность, кДж/ч), Qe=3600Ne — теплота, превращающаяся в эффективную работу, Qв=4,186Gв(t2—t1) — теплота, отводимая через стенки и головку цилиндров и через поршень в охлаждающую среду (Gв — количество жидкости, прошедшей через двигатель в течение одного часа, t1, t2 — температура соответственно входящей и выходящей жидкости).
Qr=Gm(M2mcvrtr—M1mcvoto) — уносимая отработавшими газами теплота (М1, М2 — количество молей соответственно свежей смеси и продуктов сгорания, mcvr, mcvo — теплоемкость соответственно продуктов сгорания и свежей смеси, tr, to — температура соответственно отработавших газов и свежей смеси), Qн — теплота, которая не выделилась из-за неполноты сгорания топлива, учитывается только при коэффициенте избытка воздуха, меньшем единицы (α < 1) по следующей формуле: ΔHu=119600(1—α)Lo, Qост — теплота, расходуемая на различные неучтенные потери, в эту же теплоту входит и не выделившаяся из-за неполноты сгорания теплота при α≥1 (в этом случае она очень мала).
Уравнение теплового баланса в относительных единицах (в процентах):
g = ge + gв + gr + gн + gост = 100%,
здесь ge = 100Qе/Q (%) и т. д.
Слагаемые, составляющие уравнение теплового баланса, могут изменяться в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, от нагрузки, степени сжатия.