Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое индикаторная диаграмма поршневого двигателя

Что такое индикаторная диаграмма поршневого двигателя

Искажение формы индикаторной диаграммы позволяет обнаружить некоторые неисправности двигателя, связанные с нарушениями рабочих процессов. Если одно и то же искажение проявляется на диаграммах всех цилиндров, причина нарушения может быть общей для всего двигателя, как например ухудшение качества топлива или параметров его подготовки, неисправности в системе наддува, выхлопа или охлаждения двигателя, или неправильная регулировка механизма газораспределения. Ниже приведены некоторые характерные примеры неисправностей и соответствующих им искажений формы индикаторной диаграммы.

Задержка воспламенения топлива
Если топливо подается при оптимальной температуре и распылитель работает нормально, время между впрыском топлива и его воспламенением (задержка воспламенения) практически постоянно. Следовательно, нарушения момента воспламенения означают соответствующие нарушения процесса впрыска. Это может влиять на форму диаграммы мощности, однако наиболее ясно проявляется на развернутой диаграмме.

Раннее воспламенение
Это нарушение может вызвать ненормально высокий пик давления вблизи ВМТ. Возникающие ударные нагрузки передаются на детали главного движения и подшипники, что вызывает появление стука в двигателе («жесткая» работа). Несмотря на повышение термического КПД и снижение температуры выхлопа, это явление вредное, т.к. повышенные ударные нагрузки и вибрация могут привести к поломке двигателя.

Причинами раннего воспламенения могут быть неправильная регулировка топливного насоса ВД, поломка или неправильная установка запирающей иглы или пружины форсунки, несоответствующее качество топлива или перегрев деталей камеры сгорания.

Позднее воспламенение
Характерное для этого нарушения изменение формы диаграммы показано на рисунке ниже. Это снижение и смещение значительно позже ВМТ пика давления в цилиндре. Результатом является потеря мощности, так как сгорание топлива происходит не в самой выгодной фазе для совершения работы при движении поршня вниз. Это приводит к потерям производимой энергии, высокой температуре и дымности выхлопа.

Причиной позднего воспламенения может быть избыточная жесткость пружины форсунки, плохое распыление топлива, высокая вязкость или низкое качество топлива, неплотности или неправильная регулировка топливного насоса, низкая компрессия, недостаточная подача продувочного воздуха или переохлаждение деталей камеры сгорания.

Послесгорание
Это означает медленное или позднее сгорание топлива во время такта расширения, что приводит к повышению давления в конечной фазе такта по сравнению с нормой. Вследствие этого повышаются температура и давление выхлопа, в выхлопных газах присутствуют пламя, частицы несгоревшего топлива и сажи. В результате происходит повышенный износ выпускных клапанов, загрязнение выхлопного коллектора и системы газотурбонаддува, возникает риск возгорания в нагнетателе. Повышение температуры цилиндра может вызвать нарушения в работе системы смазки и, как следствие, поломки поршневых колец и задиры зеркала цилиндра. Возможно также выгорание головки поршня.

Подтекание форсунок
Обнаруживается по потере мощности исследуемого цилиндра, дымному выхлопу и высокой температуре выхлопных газов. Возможны также скачки давления или гидравлические удары в системе топливоподачи. Индикаторная диаграмма, снятая с такого цилиндра, покажет флуктуации давления в процессе расширения, вызванные вторичным воспламенением топлива, подтекающего из неплотной форсунки. Повышенные давления в конце линии расширения указывают также на наличие послесгорания.

Потери мощности могут быть вызваны нарушением процесса сгорания, вызванным волной давления от топливного насоса, которая стремится заполнить пустоту, образованную в результате утечек из форсунки. Это может вызвать также удары в системе. Горячие газы из цилиндра могут проникать сквозь неплотности в полость форсунки, вызывая отложение нагара в камере и засорение распылителя. Нагар может откладываться также на наружной поверхности распылителя вследствие сгорания просочившихся капель или пленки топлива.

При обнаружении указанных дефектов форсунка должна быть демонтирована и проверена. Чтобы избежать появления утечек в форсунках, необходим тщательный уход за топливными насосами и форсунками и смена форсунок в строгом соответствии с регламентом технического обслуживания. Топливо должно быть очищено и профильтровано, а также подаваться к распылителям при определенной температуре. Необходимо также поддерживать правильное значение температуры форсунок, не допуская как их перегрева, так и переохлаждения.

Засорение форсунок
Засорение форсунок может быть вызвано отложением загрязнений, содержащихся в топливе, в тонких каналах и отверстиях распылителя, а также образованием нагара во внутренних полостях при проникновении туда горячих газов из цилиндра через неплотности форсунки. Перегрев соплового наконечника также может вызвать отложение нагара как на внутренних, так и на наружных поверхностях распылителя. Это приводит, прежде всего, к потере мощности двигателя. Засорение трубок, соединяющих топливные насосы и форсунки, может привести даже к разрыву трубок со значительными утечками топлива и возможным серьезным авариям при его воспламенении на горячих поверхностях (например выхлопного коллектора). Обнаружить признаки засорения можно по конфигурации индикаторной диаграммы, а также по снижению температуры выхлопных газов.

Мерами устранения таких неполадок являются замена форсунок, очистка системы топливоподачи, внедрение эффективной системы очистки топлива (использование фильтров и центрифуг), а также поддержание в допустимых пределах температуры форсунок.

Низкая компрессия
Обнаруживается по заниженным давлениям на диаграмме сжатия. Она может быть также одной из наиболее частых причин неполного сгорания. Низкие давления конца сжатия могут иметь место из-за недостатка продувочного воздуха (неисправность нагнетателя, засорение продувочных окон или впускных клапанов и т.д.), или протечки воздуха мимо поршня в течение такта сжатия, которая может происходить из-за чрезмерного износа или поломки поршневых колец, износа втулки цилиндра, и т.д. Прорыв газов в картер обычно обнаруживается в такте расширения.

Прорыв газов
Прорыв газов – очень серьезная неисправность, когда продукты сгорания с высокой температурой перетекают мимо поршня между поршневыми кольцами и втулкой цилиндра. Это приводит к перегреву всех деталей поршневой группы, выгоранию смазки, и вызывает далее повреждения поверхности зеркала цилиндра с возможным заклиниванием поршня. В двухтактных двигателях продукты сгорания прорываются из цилиндра в подпоршневую полость, вызывая ее загрязнение, перегрев и даже появление пламени в продувочном коллекторе. В четырехтактных двигателях с тронковым поршнем горячие газы могут попасть в картер с серьезным риском взрыва в картере.

Это может быть вызвано чрезмерным износом втулки цилиндра, недостаточной смазкой цилиндра; изношенными, сломанными, пригоревшими или плохо установленными поршневыми кольцами; износом или загрязнением канавок поршня, вызывающими перекос или заклинивание колец; заполнение канавок нагаром, ограничивающим свободное перемещение колец. Все эти явления усиливаются, если двигатель перегружен.

При обнаружении этой неисправности следует измерить износ цилиндровой втулки и при необходимости заменить ее; провести ревизию поршня, зачистить кольцевые канавки и измерить их; при необходимости проточить канавки и установить новые кольца с правильными зазорами. Необходимо строго соблюдать регламент технического обслуживания системы смазки цилиндра и избегать перегрузок.

Неполное закрытие выпускного клапана
Неполное закрытие выпускного клапана на малых оборотах двигателя может быть обнаружено на индикаторной диаграмме, снятой индикатором со слабой пружиной. При этом диаграмма не дает точного значения фаз газораспределения, однако при сравнении с нормальной диаграммой можно определить, является ли открытие клапана ранним или поздним (см. рис. ниже).

Раннее открытие выпускного клапана вызывает потерю мощности, так как давление в конце такта расширения резко падает, сокращая продолжительность рабочего хода. Это создает высокую температуру выхлопа с риском перегрева и загрязнения выхлопного коллектора. Позднее открытие уменьшает эффективность продувки, сокращая период свободного выпуска. Это также влияет на режим работы газотурбонагнетателя.

Дросселирование выхлопа
При открытии выпускного клапана давление в цилиндре с загрязненными каналами выхлопа не падает достаточно быстро, что вызывает нарушения в нормальной работе системы продувки и ухудшает заполнение цилиндра свежим зарядом воздуха. В результате возникают потеря мощности, высокая температура выхлопа, дымление и возможные вибрации в турбонагнетателе. Причинами этого могут быть загрязнения выхлопа вследствие неэффективного сгорания или избыточной смазки цилиндра.

Читать еще:  Вытекло масло из двигателя причины калина

Индикаторная диаграмма поршневого ДВС

Процессы действительного цикла изучаются и анализируются с помощью индикаторной диаграммы. Индикаторная диаграмма определяется экспериментально на стенде и показывает изменение давления газа в цилиндре работающего двигателя.

Действительные циклы четырехтактных бензиновых (рис. 12.2 а) и дизельных (рис. 12.2, б) двигателей включают чередующие и частично перекрывающие друг друга следующие процесс впуск (rа), сжатие (ас’), сгорание (с’z), расширение (zb’) и выпуск (b’r).

Процесс впуска начинается до прихода поршня в ВМТ, 1 перед точкой r, и заканчивается в точке М. Начавшийся процесс сжатия заканчивается в точке с’ в момент воспламенения горючей смеси. Затем происходит процесс сгорания рабочей смеси, который заканчивается в точке z, и процесс расширения, оканчивающийся в точке b’ в момент открытия выпускного клапана. Процесс выпуска отработавших газов заканчивается после ВМТ – за точкой r.

Механическая работа, которую совершают газы в цилиндре двигателя за один цикл, определяют как разность площадей F1 и F2.

Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы.

Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Весь кривошипно-шатунный механизм можно делят на две группы:

1: группу неподвижных деталей:

– поддон картера двигателя;

– головку блока цилиндров;

– крышку распределительных зубчатых колес.

2: подвижные детали:

– коленчатый вал с подшипниками (вкладышами);

– шатуны с подшипниками (вкладыши для нижних головок и втулки для верхних головок);

Блок цилиндров является базовой деталью двигателей. На нем крепят и устанавливают все основные детали, а также механизмы и приборы различных систем двигателя. Блоки цилиндров двига­телей составляют одно целое с верхним картером.

Материалы.Блоки цилиндров могут изготавливаться из леги­рованных серых чугунов (двигатели автомобилей ЗИЛ-433100, КамАЗ-5320 и всех модификаций, ВАЗ-2110,-21102, -21103, -2111,-2112, «Ока» ВАЗ-1111,-11113 и др.) или из алюминиевого сплава (двигатели автомобилей ИЖ-2126, ГАЗ-3307, «Волга» ГАЗ-3102 и ее модификации, «ГАЗель» ГАЗ-2705, ГАЗ-3302, -33021, -33023, -33027, -330273, -27057 и другие модификации этих авто­мобилей). Для обеспечения сохранности геометрических форм и предотвращения коробления блоки цилиндров после отливки под­вергают искусственному старению.

Рис. 3.1. Детали кривошипно-шатунного механизма:

а -V-образного карбюраторного двигателя; б — V-образного дизеля; в — соеди­нение головки цилиндра, гильзы, головки и блока цилиндров дизеля КамАЗ-740: 1 — крышка блока распределительных зубчатых колес; 2 — прокладка головки блока цилиндров; 3 — камера сгорания; 4 — головка блока цилиндров; 5 — гильза цилиндра; 6, 19 — уплотнительные кольца; 7 — блок цилиндров; 8 — резиновая прокладка; 9 — головка цилиндра; 10 — прокладка крышки; 11 — крышка голов­ки цилиндра; 12, 13 — болты крепления крышки и головки цилиндра; 14 — пат­рубок выпускного коллектора; 15 — болт-стяжка; 16 — крышка коренного под­шипника; 17 — болт крепления крышки коренного подшипника; 18 — стальное опорное кольцо; 20 — стальная прокладка головки цилиндра

Блоки цилиндров, отлитые из чугуна, могут изготавливаться вместе с цилиндрами (двигатели автомобилей «Жигули» всех модификаций, «Ока» всех модификаций) или иметь вставные гильзы цилиндров (КамАЗ-5320 и все модификации, ЗИЛ-433100 и др.).

Конструкция(рис. 3.2). Блоки цилиндров, отлитые из алюминиевого сплава, имеют вставные гильзы цилиндров (двигатели ав­томобилей «ГАЗель» всех модификаций, ГАЗ-3307, ИЖ-2126 и др.). Гильзы цилиндров могут быть мокрыми и сухими. Гильза называется мокрой, если она непосредственно омывается охлаждающей жидкостью. Сухие гильзы контакта с охлаждающей жидкостью не имеют. Гильзы отливают из специального чугуна с дальнейшей закалкой ТВЧ шлифовкой и полировкой.

3.5. Коленчатые валы

Коленчатый вал в двигателе преобразует прямолинейное воз­вратно-поступательное движение поршня во вращательное движе­ние вала.

Материалы.Коленчатые валы изготавливают из высокопроч­ного чугуна (двигатели семейства «ГАЗель», «Волга» ГАЗ-31029, ВАЗ-211О, -2111, -2112, -1111, -11113) или высокоуглеродистой стали (двигатели ЯМЗ-740, -741, ЗИЛ-433100, -5301, ИЖ-2126 и др.). Чугунные коленчатые валы изготавливают литьем, стальные — ковкой.

Чугун дешевле стали, но он хрупкий, и изготовленные из него детали более массивны. Стоимость чугунного коленчатого вала, изготовленного отливкой в форму, ниже стоимости кованого из стали. Однако по причине большего расхода металла изготавли­вать коленчатые валы из чугуна для двигателей повышенной мощ­ности нельзя. С такими валами тяжело работать при ремонте и обслуживании двигателей.

Конструкция.Основными частями коленчатого вала (рис. 3.5) являются коренные 20 и шатунные 18 шейки, которые соединяют­ся щеками 34 и сопрягаются с ними переходными галтелями. По количеству коренных и шатунных шеек коленчатые валы подраз­деляются на полноопорные и неполноопорные. Полноопорными на­зываются коленчатые валы, у которых каждая шатунная шейка имеет с обеих сторон коренные шейки. Неполноопорный — это вал, у которого хотя бы одна шатунная шейка не имеет с обеих сторон коренных шеек.

У рядных двигателей количество шатунных шеек соответствует количеству цилиндров. У двигателей с У-образным расположением цилиндров количество шатунных шеек в два раза меньше, чем ци­линдров, так как у них на каждую шатунную шейку устанавливает­ся по два шатуна — один из правого, другой из левого рядов.

Маховик – служит для накопления энергии во время рабочего хода и облегчения выхода поршней из мертвых точек.

Маховик отливают из серого чугуна.

Поршень предназначен для восприятия силы взрыва газов при рабочем ходе и для производства вспомогательных тактов – впуска, сжатия и выпуска отработавших газов.

Материал: алюминиевые сплавы (АК-4; АЛ-4; АЛ-25; АЛ-30)

Основная часть: днище поршня и юбка.

Поршни имеют овальность (0,18…0,80 мм) и конусность.

Поршневые кольца делятся на – компрессионные (2…3 шт) (серый чугун)

Стык замков (0,2…0,8 мм) называется замком служит для компенсации температурных расширений. При установке замки располагают под углом 180°.

Основными частями являются: стержень, верхняя и нижняя головка и крышка.

Шатуны изготавливают из высококачественной углеродистой или легированной стали. Втулки из оловянистой бронзы.

У карбюраторных двигателей камеры сгорания выполняются, как правило, в головке блока, дизелей — в головке поршня. У некоторых карбюраторных двигателей в днищах поршней выполняются углубления для увеличения объема камер сгорания (двигатель ЗМЗ-4061).

Наибольшее распространение в карбюраторных двигателях получили камеры сгорания полусферические (рис. 3.4, схема //) клиновые (схема ///). При нижнем расположении клапанов камеры сгорания имеют Г-образную форму (схема IV).

На дизелях применяются неразделенные камеры сгорания (схе мы V и VI) и разделенные (схемы VII и VIII).

Впрыск и воспламенение топлива происходит в предкамере или вихрекамере, из которых в виде горящего факела оно подаётся в основную камеру сгорания. Обеспечивается более полное сгорание топлива, но усложняется конструкция головки.

Индикаторные диаграммы ДВС

Исследование работы реального поршневого двигателя целесообразно производить по диаграмме, в которой дается изменение давления в цилиндре в зависимости от положения поршня за весь

цикл. Такую диаграмму, снятую с по­мощью специального прибора индикато­ра, называют индикаторной диаграммой. Площадь замкнутой фигуры индикатор­ной диаграммы изображает в определенном масштабе индикаторную работу газа за один цикл.

На рис. 7.6.1 изображена индикаторная диаграмма двигателя, работающего с быстрым сгоранием топлива при посто­янном объеме. В качестве горючего для этих двигателей применяют легкое топливо бензин, светильный или генераторный газ, спирты и др.

При ходе поршня из левого мертвого положения в крайнее правое через всасывающий клапан засасывается горючая смесь, состоящая из паров и мелких частиц топлива и воздуха. Этот процесс изображается на диаграмме кривой 0-1, которая называется линией всасывания. Очевидно, линия 0-1 не является термодинамическим процессом, так как в нем основные параметры не изменяются, а изменяются только масса и объем смеси в цилиндре. При обратном движении поршня всасывающий клапан закрывается, происходит сжатие горючей смеси. Процесс сжатия на диаграмме изображается кривой 1-2, которая называется линией сжатия. В точке 2, когда поршень еще немного не дошел до левого мертвого положения, происходит воспламенение горючей смеси от электрической искры. Сгорание горючей смеси происходит почти мгновенно, т. е. практически при постоянном объеме. Этот процесс на диаграмме изображается кривой 2-3. В результате сгорания топлива температура газа резко возрастает и давление увеличивается (точка 3). Затем продукты горения расширяются. Поршень перемещается в правое мертвое положение, и газы совершают полезную работу. На индикаторной диаграмме процесс расшире­ния изображается кривой 3-4, называемой линией расширения. В точке 4 открывается выхлопной клапан, и давление в цилиндре падает почти до наружного давления. При дальнейшем движении поршня справа налево из цилиндра удаляются продукты сгорания через выхлопной клапан при давлении, несколько превышающем атмосферное давление. Этот процесс изображается на диаграмме кривой 4-0 и называется линией выхлопа.

Читать еще:  Что такое дизельный двигатель в автомобиле

Эффективной мощностью Ne называют мощность, получаемую на коленчатом валу двигателя. Она меньше индикаторной мощности Ni на величину мощности, затрачиваемой на трение в двигателе (трение поршней о стенки цилиндров, шеек коленчатого вала о подшипники и др.) и приведение в действие вспомогательных механизмов (газораспределительного механизма, вентилятора, водяного, масляного и топливного насосов, генератора и др.).

Для определения величины эффективной мощности двигателя можно воспользоваться приведенной выше формулой для индикаторной мощности, заменив в ней среднее индикаторное давление pi средним эффективным давлением рее меньше pi на величину механических потерь в двигателе)

Индикаторной мощностью Ni называют мощность, развиваемую газами внутри цилиндра двигателя. Единицами измерения мощности являются лошадиные силы (л. с.) или киловатты (квт); 1 л. с. = 0,7355 квт.

Для определения индикаторной мощности двигателя необходимо знать среднее индикаторное давление pi т. е. такое условное постоянное по величине давление, которое, действуя на поршень в течение только одного такта сгорание—расширение, могло бы совершить работу, равную работе газов в цилиндре за весь цикл.

Тепловой баланс представляет собой распределение тепла, которое появляется в двигателе за время сгорания топлива, на полезное тепло для полноценного функционирования автомобиля и тепло, что можно квалифицировать как тепловые потери. Различают такие основные потери теплоты:

  • вызванные преодолением трения;
  • возникающие из-за излучения тепла нагретыми внешними поверхностями двигателя;
  • потери на привод некоторых вспомогательных механизмов.

Нормальный уровень теплового баланса двигателя может быть разным в зависимости от режима работы. Определяется по результатам испытаний в условиях установившегося теплового режима. Тепловой баланс помогает определить степень соответствия конструкции двигателя и экономичности его работы, и в дальнейшем принять меры по регулировке определенных процессов с целью добиться более совершенной работы.

Индикаторная диаграмма. Построение индикаторной диаграммы Индикаторная диаграмма двухтактного двигателя

Исследование работы реального поршневого двигателя целесообразно производить по диаграмме, в которой дается изменение давления в цилиндре в зависимости от положения поршня за весь

цикл. Такую диаграмму, снятую с по­мощью специального прибора индикато­ра, называют индикаторной диаграммой. Площадь замкнутой фигуры индикатор­ной диаграммы изображает в определенном масштабе индикаторную работу газа за один цикл.

На рис. 7.6.1 изображена индикаторная диаграмма двигателя, работающего с быстрым сгоранием топлива при посто­янном объеме. В качестве горючего для этих двигателей применяют легкое топливо бензин, светильный или генераторный газ, спирты и др.

При ходе поршня из левого мертвого положения в крайнее правое через всасывающий клапан засасывается горючая смесь, состоящая из паров и мелких частиц топлива и воздуха. Этот процесс изображается на диаграмме кривой 0-1, которая называется линией всасывания. Очевидно, линия 0-1 не является термодинамическим процессом, так как в нем основные параметры не изменяются, а изменяются только масса и объем смеси в цилиндре. При обратном движении поршня всасывающий клапан закрывается, происходит сжатие горючей смеси. Процесс сжатия на диаграмме изображается кривой 1-2, которая называется линией сжатия. В точке 2, когда поршень еще немного не дошел до левого мертвого положения, происходит воспламенение горючей смеси от электрической искры. Сгорание горючей смеси происходит почти мгновенно, т. е. практически при постоянном объеме. Этот процесс на диаграмме изображается кривой 2-3. В результате сгорания топлива температура газа резко возрастает и давление увеличивается (точка 3). Затем продукты горения расширяются. Поршень перемещается в правое мертвое положение, и газы совершают полезную работу. На индикаторной диаграмме процесс расшире­ния изображается кривой 3-4, называемой линией расширения. В точке 4 открывается выхлопной клапан, и давление в цилиндре падает почти до наружного давления. При дальнейшем движении поршня справа налево из цилиндра удаляются продукты сгорания через выхлопной клапан при давлении, несколько превышающем атмосферное давление. Этот процесс изображается на диаграмме кривой 4-0 и называется линией выхлопа.

Рассмотренный рабочий процесс совершается за четыре хода поршня (такта) или за два оборота вала. Такие двигатели назы­ваются четырехтактными.

Из описания работы процесса реального двигателя внутрен­него сгорания с быстрым сгоранием топлива при постоянном объ­еме видно, что он не является замкнутым. В нем имеются все при­знаки необратимых процессов: трение, химические реакции в рабо­чем теле, конечные скорости поршня, теплообмен при конечной разности температур и т. д.

Рассмотрим идеальный термодинамический цикл двигателя с изохорным подводом количества теплоты (v=соnst), состоящий из двух изохор и двух адиабат.

На рис. 70.2 и 70.3 представлен цикл в — и – диаграммах, который осуществляется следующим образом.

Идеальный газ с начальными параметрами и сжимается по адиабате 1-2 до точки 2. По изохоре 2-3 рабочему телу сообща­ется количество теплоты . От точки 3 рабочее тело расширяется по адиабате 3-4. Наконец, по изохоре 4-1 рабочее тело возвращает­ся в первоначальное состояние, при этом отводится количество теплоты в теплоприемник. Характеристиками цикла являются степень сжатия и степень повышения давления .

Определяем термический КПД этого цикла, полагая, что теплоемкость и величина постоянны:

Количество подведенной теплоты , а количество отведенной теплоты .

Тогда термический КПД цикла

Рис. 7.6.2 Рис. 7.6.3

Термический КПД цикла с подводом количества теплоты при постоянном объеме

Из уравнения (70.1) следует, что термический КПД такого цикла зависит от степени сжатия и показателя адиабаты или от при­роды рабочего тела. КПД увеличивается с возрастанием и . От степени повышения давления , термический КПД не зависит.

С учетом – диаграммы (рис. 70.3) КПД определяем из соотношения площадей:

= (пл. 6235-пл. 6145)/пл. 6235 = пл. 1234/пл. 6235.

Очень наглядно можно проиллюстрировать зависимость КПД от увеличения на – диаграмме (рис. 7.70.3).

При равенстве площадей подведенного количества теплоты в двух циклах (пл. 67810=пл. 6235), но при разных степенях сжатия КПД будет больше у цикла с большей степенью сжатия, так как в теплоприемник отводится меньшее количество теплоты, т. е. пл. 61910 p r величина Δp i отрицательна. При газотурбинном наддуве значение p a может быть как больше, так и меньше p r , т.е. величина Δp i может быть как отрицательной, так и положительной.

При проведении расчетов потери на газообмен учитываются в работе, затрачиваемой на механические потери. В связи с этим принимают, что среднее индикаторное давление p i отличается от только на коэффициент полноты диаграммы

Читать еще:  Что такое гбц в двигателе мото

p i = φ и . (3.4)

При работе на полной нагрузке величина p i (МПа) достигает:

для четырехтактных бензиновых двигателей…………………… 0,6÷1,4

для четырехтактных форсированных бензиновых двигателей… до 1,6

для четырехтактных дизелей без наддува………………………. 0,7÷1,1

для четырехтактных дизелей с наддувом……………………….. до 2,2

Индикаторная мощность N i – работа, совершаемая газами внутри цилиндра в единицу времени.

Для многоцилиндрового двигателя индикаторная мощность (кВт) равна

N i = p i V h in /(30τ ), (3.5)

где p i – среднее индикаторное давление, МПа;

V h – рабочий объем одного цилиндра, л (дм 3);

i – число цилиндров;

n – частота вращения коленчатого вала двигателя, мин -1 ;

τ – тактность двигателя. Для четырехтактного двигателя τ=4.

Индикаторная мощность одного цилиндра

N i = p i V h n /(30τ ), (3.6)

Индикаторный КПД η i характеризует степень использования в действительном цикле теплоты топлива для получения полезной работы и представляет собой отношение теплоты, эквивалентной индикаторной работе цикла, ко всему количеству теплоты, внесенной в цилиндр с топливом.

Для 1 кг топлива

η i = L i /Н и , (3.7)

где L i – теплота, эквивалентная индикаторной работе, МДж/кг;

Н и – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг.

Для автомобильных и тракторных двигателей, работающих на жидком топливе

η i = p i ·l 0 ·α /(Н и ·ρ k ·η V), (3.8)

где p i выражено в МПа; l 0 – в кг/кг топл.; Н и – в МДж/кг топл.; ρ k – в кг/м 3 .

В автомобильных и тракторных двигателях, работающих на номинальном режиме, величина индикаторного КПД составляет:

для двигателей с электронным впрыском топлива……… 0,35÷0,45

для карбюраторных двигателей…………………………… 0,30÷0,40

Удельный индикаторный расход топлива g i характеризует экономичность действительного цикла

g i = 3600/(η i Н и) или g i = 3600 ρ 0 η V /(p i ·l 0 ·α) . (3.10)

Удельный расход топлива на номинальном режиме:

для двигателей с электронным впрыском топлива …g i = 180÷230 г(кВт·ч)

для карбюраторных двигателей………………………g i = 210÷275 г(кВт·ч)

для дизелей……………………………………….……g i = 170÷210 г(кВт·ч)

Эффективные показатели

Эффективными показателями называют величины, характеризующие работу двигателя, снимаемую с его вала и полезно используемую. К числу эффективных показателей относятся: эффективная мощность, крутящий момент, среднее эффективное давление, удельный эффективный расход, эффективный КПД.

Эффективная мощность . Полезная работа, получаемая на валу двигателя в единицу времени называется эффективной мощностью N e .

N e =N iN мп (3.9)

где N мп мощность механических потерь.

Эффективная мощность дана студенту в исходных данных для проектирования ДВС (см. задание на выполнение курсового проекта).

Под механическими потерями понимают потери на все виды механического трения, осуществление газообмена, привод вспомогательных механизмов (водяного, масляного, топливного насосов, вентилятора, генератора и пр.), вентиляционные потери, связанные с движением деталей двигателя в среде воздушно-масляной эмульсии и воздуха, а также на привод компрессора.

Механические потери оценивают средним давлением механических потерь p мп, которое характеризует удельную работу механических потерь (приходящуюся на единицу рабочего объема) при осуществлении рабочего цикла.

При аналитическом определении N e (кВт) она рассчитывается по формуле:

N e = p e V h in /(30τ ) (3.10)

где p e =L e /V h — среднее эффективное давление (МПа), т. е. полезная работа, получаемая за цикл с единицы рабочего объема;

V h – рабочий объем цилиндра, л;

n – число оборотов коленчатого вала, мин -1

Эффективный крутящий момент М е (Н∙м)

М е = (3∙10 4 /π)(N e /n ) (3.11)

При расчете ДВС среднее эффективное давление (МПа) определяют как

p e = p i — p мп (3.12)

Среднее давление механических потерь p мп (МПа) для двигателей различного типа определяется по определяется по эмпирическим формулам:

для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D>1

p мп =0,049 + 0,0152V п.ср;

для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D≤1

p мп =0,034 + 0,0113V п.ср

для четырехтактных дизелей с неразделенными камерами

p мп =0,089 + 0,0118V п.ср

Исследование работы реального поршневого двигателя целесообразно производить по диаграмме, в которой дается изменение давления в цилиндре в зависимости от положения поршня за весь

цикл. Такую диаграмму, снятую с по­мощью специального прибора индикато­ра, называют индикаторной диаграммой. Площадь замкнутой фигуры индикатор­ной диаграммы изображает в определенном масштабе индикаторную работу газа за один цикл.

На рис. 7.6.1 изображена индикаторная диаграмма двигателя, работающего с быстрым сгоранием топлива при посто­янном объеме. В качестве горючего для этих двигателей применяют легкое топливо бензин, светильный или генераторный газ, спирты и др.

При ходе поршня из левого мертвого положения в крайнее правое через всасывающий клапан засасывается горючая смесь, состоящая из паров и мелких частиц топлива и воздуха. Этот процесс изображается на диаграмме кривой 0-1, которая называется линией всасывания. Очевидно, линия 0-1 не является термодинамическим процессом, так как в нем основные параметры не изменяются, а изменяются только масса и объем смеси в цилиндре. При обратном движении поршня всасывающий клапан закрывается, происходит сжатие горючей смеси. Процесс сжатия на диаграмме изображается кривой 1-2, которая называется линией сжатия. В точке 2, когда поршень еще немного не дошел до левого мертвого положения, происходит воспламенение горючей смеси от электрической искры. Сгорание горючей смеси происходит почти мгновенно, т. е. практически при постоянном объеме. Этот процесс на диаграмме изображается кривой 2-3. В результате сгорания топлива температура газа резко возрастает и давление увеличивается (точка 3). Затем продукты горения расширяются. Поршень перемещается в правое мертвое положение, и газы совершают полезную работу. На индикаторной диаграмме процесс расшире­ния изображается кривой 3-4, называемой линией расширения. В точке 4 открывается выхлопной клапан, и давление в цилиндре падает почти до наружного давления. При дальнейшем движении поршня справа налево из цилиндра удаляются продукты сгорания через выхлопной клапан при давлении, несколько превышающем атмосферное давление. Этот процесс изображается на диаграмме кривой 4-0 и называется линией выхлопа.

Эффективной мощностью N e называют мощность, получаемую на коленчатом валу двигателя. Она меньше индикаторной мощности N i на величину мощности, затрачиваемой на трение в двигателе (трение поршней о стенки цилиндров, шеек коленчатого вала о подшипники и др.) и приведение в действие вспомогательных механизмов (газораспределительного механизма, вентилятора, водяного, масляного и топливного насосов, генератора и др.).

Для определения величины эффективной мощности двигателя можно воспользоваться приведенной выше формулой для индикаторной мощности, заменив в ней среднее индикаторное давление p i средним эффективным давлением р е (р е меньше p i на величину механических потерь в двигателе)

Индикаторной мощностью N i называют мощность, развиваемую газами внутри цилиндра двигателя. Единицами измерения мощности являются лошадиные силы (л. с.) или киловатты (квт); 1 л. с. = 0,7355 квт.

Для определения индикаторной мощности двигателя необходимо знать среднее индикаторное давление p i т. е. такое условное постоянное по величине давление, которое, действуя на поршень в течение только одного такта сгорание-расширение, могло бы совершить работу, равную работе газов в цилиндре за весь цикл.

Тепловой баланс представляет собой распределение тепла, которое появляется в двигателе за время сгорания топлива, на полезное тепло для полноценного функционирования автомобиля и тепло, что можно квалифицировать как тепловые потери. Различают такие основные потери теплоты:

  • вызванные преодолением трения;
  • возникающие из-за излучения тепла нагретыми внешними поверхностями двигателя;
  • потери на привод некоторых вспомогательных механизмов.

Нормальный уровень теплового баланса двигателя может быть разным в зависимости от режима работы. Определяется по результатам испытаний в условиях установившегося теплового режима. Тепловой баланс помогает определить степень соответствия конструкции двигателя и экономичности его работы, и в дальнейшем принять меры по регулировке определенных процессов с целью добиться более совершенной работы.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector