ИНДИКАТОРНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

ИНДИКАТОРНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

1. Индикаторные показатели. Влияние различных факторов на индикаторные показатели двигателя с искровым зажиганием и дизеля.

2. Механические потери в двигателе

3. Эффективные показатели двигателя.

4. Тепловой баланс двигателя.

1. Индикаторные показатели. Влияние различных факторов на индикаторные показатели двигателя с искровым зажиганием и дизеля.

Индикаторные показатели двигателя характеризуют работу, которая совершается газами в цилиндре двигателя. Они зависят от полноты и своевременности сгорания, а также от тепловых по­терь в систему охлаждения и с отработавшими газами.

Влияние различных факторов на индикаторные показатели дви­гателя с искровым зажиганием.

Степень сжатия двигателей с ис­кровым зажиганием составляет от 7 до 11. Увеличение степени сжатия существенно повышает индикаторные показатели η_i и p_i улучшает условия воспламенения, что позволяет на частичных на­грузках обеднять смесь. С ростом ε уменьшается поверхность каме­ры сгорания, но возрастает температура в цилиндре, поэтому теплообмен между рабочим телом и стенками камеры сгорания мо­жет проходить более интенсивно. При увеличении е растут меха­нические и тепловые нагрузки налетали двигателя, выбросы N0_х и СН, повышаются требования к октановому числу топлива.

Размеры цилиндра влияют на процессы теплообмена. С увели­чением диаметра цилиндра для обеспечения работы без детона­ции следует использовать топливо с более высоким октановым числом. Увеличение D при неизменной е из-за снижения теплоотвода в стенки повышает η_i.

Состав смеси существенно влияет на процесс сгорания и на индикаторные показатели (рис. 6.1, а). Максимальные значения η_i и p_i зависят от протекания процесса сгорания, конструкции двигателя, а также от частоты вращения и положения дроссельной заслонки.

Pис. 6.1. Зависимости индикаторного КПД от коэффициента избытка воздуха для двигателя с искровым зажиганием (a) и дизеля (б)

Максимум η_i достигается при обедненных смесях (α = 1,05…1,1), что обусловлено улучшением полноты сгорания и ростом доли в продуктах сгорания двухатомных газов. При этом получается оп­тимальное сочетание полноты и скорости сгорания с теплоотводом в стенки. Дальнейшее обеднение смеси приводит к существен­ному снижению скорости ее сгорания и к возникновению про­пусков воспламенения. По этой причине сгорание будет заканчи­ваться позже, а отвод теплоты в стенки увеличится.

Максимальное значение p_i достигается при несколько обога­щенных смесях, при которых сгорание происходит с максималь­ной скоростью.

При полностью открытой дроссельной заслонке η_i достигает максимума при α= 1,1 … 1.3, а p_i — при α = 0,85… 0,95.

Угол опережения зажигания определяет положение процесса сгорания топлива относительно ВМТ. Каждому режиму работы двигателя (сочетанию степени открытия дроссельной заслонки, коэффициента избытка воздуха α и частоты вращения n) соответ­ствует свое оптимальное значение угла φ_{о.з. опт}, при котором одно­временно достигают максимума η_i и p_i.

При φ_о.з.>φ_{о.з. опт} (раннее зажигание) интенсивно увеличива­ются максимальная температура Т_z и давление цикла р_z. Это вызы­вает повышенные тепловые потери в систему охлаждения, а так­же утечки газов через поршневые кольца.

При φ_о.з. ухудшается распыливание топлива и повышается относительное количество теплоты, теряемой в ох­лаждающую среду.

Уменьшение потерь теплоты в систему охлаждения позволяет повысить η_i. Это достигается соответствующей организацией ох­лаждения, разработкой специальных конструкций деталей и при­менением для их изготовления материалов с низкой теплопро­водностью, использованием теплозащитных покрытий на стен­ках, формирующих камеру сгорания.

Степень сжатия выбирается из условия надежного пуска хо­лодного дизеля. При ее дальнейшем повышении прирост η_i неве­лик, но при этом повышаются утечки заряда через кольца в кар­тер, потери теплоты в охлаждающую среду, доля воздуха в «мер­твых» зонах камеры сгорания. Также существенно возрастают ме­ханические нагрузки налетали и требуются большие затраты мощ­ности на прокручивание дизеля при пуске.

Тип камеры сгорания определяет характер протекания процес­са смесеобразования. Разделенные камеры сгорания в сравнении с неразделенными имеют большую поверхность стенок, что обус­ловливает повышенные тепловые потери. К тому же перетекание заряда через горловину увеличивает газодинамические потери. Все это обусловливает снижение η_i.

Однако разделенные камеры сгорания позволяют форсировать дизель по частоте вращения, так как требования к качеству смесе­образования для них ниже. Такой дизель может работать бездымно и с меньшей токсичностью отработавших газов при относительно малых значениях α.

Характеристики впрыскивания и распыливания для получения высокого η_i должны обеспечивать завершение тепловыделения че­рез 35…40° после ВМТ. Они не должны иметь в конце впрыскива­ния медленного снижения его скорости или подвпрыскивания, так как это приводит к снижению η_i, сильному дымлению и закоксовыванию распыливающих отверстий.

При малой скорости нарастания давления в начале впрыскива­ния обеспечивается «мягкая» работа дизеля.

При увеличении угла опережения впрыскивания φ_о.вп. растут мак­симальное давление сгорания, скорость нарастания давления, по­тери теплоты в охлаждающую среду, температура головки и ци­линдра, а температура отработавших газов снижается.

Скорость движения заряда, создаваемая при впуске, обусловлена типом смесеобразования, количеством распыливающих отверстий в форсунке и диаметром камеры сгорания. Увеличение этих отверстий и уменьшение диаметра камеры сгорания приводит к уменьшению необходимой скорости движения заряда и, следовательно, к росту коэффициента наполнения η_V. Увеличение скорости движения заря­да вызывает повышение p_i и η_i. Однако в случае большего количества сопловых отверстий при определенной скорости дальнейшее ее по­вышение приводит к перезавихрению. Это вызывает увеличение не­полноты сгорания топлива и повышение дымления.

Увеличение частоты вращения при неизменном α приводит к некоторому росту η_i благодаря уменьшению неполноты сгорания и снижению потерь теплоты в охлаждающую среду, которые обус­ловлены улучшением распыливания топлива при повышении интенсивности движения заряда.

Угол опережения впрыскивания при повышении частоты враще­ния должен увеличиваться для компенсации возрастания продол­жительности впрыскивания и периода задержки воспламенения, выраженных в градусах ПКВ. Изменение φ_о.вп. в дизелях осуществ­ляется автоматическим устройством.

Состав смеси при повышении частоты вращения определяется изменением скоростных характеристик топливоподачи, η_V , а для дизелей с наддувом — изменением плотности воздуха ρ_к. Для обес­печения требуемого характера изменения p_i , экономичной и без­дымной работы дизеля регулируют состав смеси.

Параметры окружающей среды влияют на массовое наполне­ние цилиндров дизеля воздухом. С увеличением температуры и снижением давления атмосферного воздуха оно уменьшается. Если подача топлива неизменна, снижается α и, следовательно, умень­шатся η_i и p_i .

Работа дизелей с газотурбинным наддувом мало зависит от ат­мосферных условий.

2. Механические потери в двигателе

Механические (внутренние) потери состоят из потерь всех ви­дов механического трения, потерь на привод вспомогательных меха­низмов (жидкостного, масляного, топливного насосов, вентилятора, генератора и др.), на осуществление газообмена, вентиляци­онных потерь, возникающих при движении подвижных деталей двигателя при больших скоростях в воздушно-масляной среде, а также на привод компрессора. Газодинамические потери на перете­кание заряда между полостями разделенной камеры сгорания также относят к механическим потерям.

Потери на трение в общем объеме механических потерь дости­гают 80 %. Потери на трение между поршневой группой и цилин­дром составляют 45…55 %, а в подшипниках — до 20% от всех механических потерь.

Факторы, влияющие на уровень механических потерь: силы, нагружающие трущиеся подвижные сочленения двигателя; средние по времени значения сил инерции, действующих в под­вижных сопряжениях, определяют потери на трение; силы упругости поршневых колец не зависят от режима работы двигателя; они особенно велики при сгорании в области ВМТ, когда мала скорость движения кольца, что изменяет режим тре­ния и вызывает повышенный износ верхней части гильзы; тепловой режим двигателя влияет на вязкость смазочного мас­ла и, следовательно, на характер трения; частота вращения (при ее увеличении) вызывает рост сил инерции и относительных скоростей трущихся пар, повышает температуру и снижает вязкость масла, обусловливая увеличение потерь на зрение; нагрузка (при ее увеличении) приводит к росту газовых сил и повышению температуры двигателя, что вызывает снижение вяз­кости масла; однако потери на трение сравнительно мало зависят от нагрузки; эксплуатация двигателя — на начальной стадии жизненного цикла двигателя в процессе приработки деталей потери на трение постепенно снижаются, затем стабилизируются, а на завершаю­щей стадии растут.

Потери на газообмен связаны с неодинаковыми величинами работ впуска и выпуска, сумма которых в основном отрицательна. Она может быть положительной при наддуве четырехтактного дви­гателя от компрессора, приводимого коленчатым валом, а также на отдельных режимах при газотурбинном наддуве. Потери на га­зообмен возрастают: при увеличении сопротивления впускной и выпускной систем и скорости движения газов; с ростом частоты вращения; при уменьшении нагрузки в двигателе с искровым зажиганием из-за прикрытия дроссельной заслонки (растет сопротивление системы впуска и снижается положительная работа при впуске).

В высокооборотных двигателях с газотурбинным наддувом по­тери на газообмен могут составлять более 25% от механических потерь. Это обусловлено ростом работы выталкивания при уста­новке на выпуске газовой турбины.

Вентиляционные потери в двигателе незначительны. Они зави­сят от частоты вращения и растут пропорционально n 2 .

Потери на привод вспомогательных механизмов зависят от час­тоты вращения пропорционально n 2 и обычно составляют 5… 10 % от механических потерь.

Практически на все рассмотренные составляющие механичес­ких потерь существенно влияет повышение частоты вращения п. Увеличение числа цилиндров или рабочего объема при сохране­нии отношения S/D ведет к снижению механических потерь.

3. Эффективные показатели двигателя

Эффективные показатели характеризуют работу двигателя, пе­редаваемую потребителю. К числу эффективных показателей от­носят эффективную мощность, эффективный крутящий момент, удельный эффективный расход топлива, эффективный КПД и среднее эффективное давление. Последнее определяется соотно­шением р_е = р_i· η_м.

Эффективные показатели двигателя формируются при совмест­ном воздействии на них индикаторных и механических показателей.

Рассмотрим влияние различных факторов на эффективные по­казатели двигателя.

Среднее давление механических потерь p_м уменьшается при вы­полнении следующих требований:

1) выбор оптимальных температурных параметров системы охлаждения и их поддержание в эксплуатации на всех режимах работы двигателя;

2) формирование рациональной конструкции двигателя и его агрегатов, включающее: использование минимального количества поршневых колец; обеспечение при проектировании и производстве требуемых жесткости и формы, а также качества поверхностей деталей тру­щихся пар; обеспечение надежного жидкостного трения трущихся пар за счет согласования соответствующих параметров системы смазы­вания, трущихся пар и смазочного масла; оптимизация производительности в зависимости от режима работы двигателя, его вспомогательных механизмов и агрегатов (жидкостного и масляного насосов, вентилятора и т.п.); выбор конструкции, размеров впускной и выпускной систем для минимизации потерь на газообмен, а также обеспечение в эксплуатации неизменного их сопротивления;

3) выбор современных материалов и технологий изготовления деталей для улучшения смазывания трущихся пар в целях повы­шения долговечности и снижения потерь на трение;

4) подбор качественного смазочного материала, который при минимально возможной вязкости, жидкостном трении и прием­лемом угаре обеспечивает надежную работу двигателя в течение длительного срока службы;

5) оптимизация типа, размеров, частоты вращения и характе­ристик компрессора под заданные расход газа и степень повышения давления во всем диапазоне режимов работы двигателя путем регулирования, например, на малых нагрузках — перепуская часть воздуха или изменяя частоту вращения компрессора;

6) переход в дизелях от разделенных к неразделенным (однополостным) камерам сгорания для исключения газодинамичес­ких потерь на перетекание заряда.

При снижении нагрузки уменьшается η_м , так как при этом p_i падает, а p_м изменяется мало.

Более интенсивно η_м снижается в двигателях с искровым зажиганием, что обусловлено увеличением потерь на газообмен при прикрытии дроссельной заслонки. На холостом ходу р_е = 0, т.е. p_i = p_м и, следовательно, η_м = 0.

С повышением частоты вращения з_м уменьшается из-за более интенсивного роста p_м при небольшом изменении p_i .

Рис. 6.3. Зависимости индикаторных, эффективных и механических показателей двигателя от частоты вращения коленчатого вала.

На рис. 6.3 представлено изменение основных индикаторных и эффективных показателей двигателей в зависимости от частоты вращения. Значения индикаторных и эффективных показателей автотракторных четырехтактных двигателей для номинального режима приведены в табл. 6.1.

Литровая мощность современных двигателей легковых автомобилей для двигателей с искровым за­жиганием приближается к 65 кВт/л, а для дизелей с наддувом — к 40 кВт/л.

Эффективные показатели двигателя

Параметры, характеризующие работу двигателя, отличаются от индикаторных наличием необходимых затрат полезной работы на преодоление различных механических сопротивлений (трение в кривошипно-шатунном механизме, приведение в действие вспомогательных механизмов и нагнетателя и др.) и на совершение процессов впуска и выпуска.

1). Среднее давление механических потерь:

Потери на преодоление различных сопротивлений оцениваются величиной мощности механических потерь или величиной работы, соответствующей мощности механических потерь, отнесенной к единице рабочего объема цилиндра. Согласно эмпирическим данным среднее давление механических потерь для дизелей с вихревыми камерами:

, МН/м2,

где средняя скорость поршня для транспортных дизелейvп.ср = 9÷12м/сек, таким образом:

МН/м2.

2). Среднее эффективное давление:

Среднее эффективное давление ре представляет собой отношение эффективной работы на валу двигателя к единице рабочего объема цилиндра.

При расчетах двигателей среднее эффективное давление ре определяется по среднему индикаторному давлению:

, МН/м2,

МН/м2.

С ростом среднего эффективного давления улучшаются условия использования рабочего объема цилиндра, что дает возможность создавать более легкие и компактные двигатели.

3). Механический КПД определяется по формуле:

,

.

4). Эффективная мощность:

(80)

5). Эффективный КПД ηе и эффективный удельный расход топлива ge характеризуют экономичность работы двигателя:

,

.

6). Эффективный расход жидкого топлива:

, г/кВтч

(г/кВтч).

7). Часовой расход топлива:

, кг/ч,

(кг/ч).

Эффективные показатели двигателя

Параметры, характеризующие работу двигателя, отличаются от индикаторных наличием необходимых затрат полезной работы на преодоление различных механических сопротивлений и на совершения процессов впуска и выпуска.

Потери на преодоление различных сопротивлений оценивают величиной мощности механических потерь или величиной работы, соответствующей мощности механических потерь, отнесенной к единице рабочего объема цилиндра.

При предварительном расчете мех. потери, характеризуемые средним давлением рм, приближенно можно определить по линейным зависимостям от средней скорости поршня .

Среднее давление механических потерь для карбюраторного двигателя с числом цилиндров 8 и отношением S/D<1:

; [1.39]

где — предварительно принятая средняя скорость поршня.

Среднее эффективное давление и механический К.П.Д. вычислим по формулам:

; [1.40]

; [1.41]

Определим эффективный К.П.Д. и эффективный удельный расход топлива:

; [1.42]

; [1.43]

Материалы о транспорте:

Машины поисковых конструкций
Деятельность СКБ ЗИЛ всегда происходила с огромным напряжением человеческих сил и нервов, в обстановке постоянных согласований с различными инстанциями, долгих совещаний и жарких споров по всем техни .

Тормозная система прицепа
Тормозная система, работающего совместно с автомобилем, состоит из тормозных механизмов 14 (рис. 1.10) по числу колес, воздушного баллона /, воздухораспределителя, тормозных камер 12, крана растормаж .

Разработка вопросов охраны и безопасности труда
Транспорт – один из основных загрязнителей атмосферного воздуха. Его доля в общем объеме выбросов загрязняющих ве-ществ в атмосферу от стационарных и подвижных источников по России составляется более .

Индикаторные и эффективные показатели двигателя

В ходе расчета должны быть определены индикаторные показатели цикла (среднее индикаторное давление pi , индикаторный КПД ηi; индикаторный удельный расход топлива gi) и эффективные показатели двигателя (среднее эффективное давление pе , механический КПД ηм ,эффективный КПД ηе ,эффективные удельный расход топлива gе)

1. Теоретическое среднее индикаторное давление карбюраторного двигателя:

2. Среднее индикаторное давление действительного цикла

pi = φ * = 0,96*1,13 = 1,08 Мпа , где

φ — коэффициент скругления (полноты) индикаторной диаграммы, φ = 0,96.

Для карбюраторных двигателей принимают φ = 0,94 .0,97

3. Индикаторный КПД цикла

4. Индикаторный удельный расход топлива

gi = 3600/(Qн * ηi ) = 3600/(44*0,31) = 248 г/кВт*ч.

. Среднее давление механических потерь:

Отношение хода поршня к диаметру цилиндра (S/D) = 92/92 = 1.

При S/D ≥ 1; pм= 0,049+0,0152*Сm;

Средняя скорость поршня Сm принимается по прототипу и определяется

Сm = S*nн/30 = 92*10-3*4000/30 = 12,3 (м/с), где

S — ход поршня в метрах

pм= 0,049+0,0152*12,3 = 0,24 МПа

6. Среднее эффективное давление и механический КПД

ре = рi-рм = 1,08-0,24 = 0,84 МПа;

ηм = ре / pi = 0,84/1,08 = 0,78

7. Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива

ηе = ηi* ηм = 0,33*0,78= 0,26

gе=3600/(QH* ηe) = 3600/(44*0,26)= 315 г/(кВт/ч).

Определение диаметра и хода поршня.

Задаемся отношением хода поршня к диаметру как у конструктивного прототипа (S/D) = 92/92 = 1

Для определения рабочего объема цилиндра используют формулу мощности, из которой следует

л, где

τ — тактность двигателя;

i — число цилиндров;

N — эффективная мощность двигателя, кВт;

n — частота вращения коленчатого вала двигателя.

pе — среднее эффективное давление. МПа.

После этого определяем диаметр цилиндра D и ход поршня S.

мм.

мм.

По окончательно принятым значениям D и S определяем номинальную (максимальную) мощность двигателя

кВт.

Полученное значение мощности расходиться со значение мощности, полученном при тяговом расчете менее чем на З%.

Построение индикаторной диаграммы.

Индикаторная диаграмма строится в координатах pV.

Масштаб давлений: в 1 мм – 0,02 Мпа.

Масштаб объемов: в 1 мм – 0,005 л.

Объем камеры сгорания:

л.

Промежуточные точки политроп сжатия и расширения определяются по уравнениям политроп, заменив в них отношение объемов отношением отрезков, выражающих объемы:

для политропы сжатия:

для политропы расширения:

Результаты расчета политроп сжатия и расширения.

Составление маршрутной карты восстановления детали
Маршрутная карта восстановления детали составляется с учетом возможных дефектов. Исходными данными для разработки маршрутной карты служат карта эскизов или ремонтный чертеж детали, схема выбранного рационального способа восстановления детали, сведения для выбора оборудования, приспособлений и инстр .

Расчет стоимости материалов верхнего строения пути
Стоимость материалов верхнего строения пути рассчитывается на основании норм расхода материалов и действующих цен. (номер указания №С-1386у) Таблица 14. Расчет стоимости материалов верхнего строения пути № п/п Наименование материалов Единица измерения Норма расходов на 1 км Цена за единицу Сумма 1 .

Система интегрированного управления динамикой автомобиля
Во взаимодействии с новой гибридной силовой установкой улучшение качества управления автомобилем достигается еще и за счет модифицированной подвески, специальной электронной системы управления и самой современной системы контроля устойчивости автомобиля и системы интегрированного управления динамик .