21 Индикаторные показатели двигателя внутреннего сгорания

21 Индикаторные показатели двигателя внутреннего сгорания.

Совершенство тепловых процессов, происходящих в цилиндре реального автомобильного двигателя, оценивают по индикаторным показателям его действительного цикла, совершенство же двигателя в целом, с учетом потерь мощности на трение и привод вспомогательных механизмов, — по его эффективным показателям.

Работа, совершаемая газами в цилиндрах двигателя, называется индикаторной работой. Индикаторная работа газов в одном цилиндре за один цикл называется работой цикла.Она может быть определена с помощью индикаторной диаграммы, построенной по данным

теплового расчета двигателя

Площадь, ограниченная контуром a-c—z’—z—b—aрасчетной индикаторной диаграммы Ат,будет в соответствующем масштабе представлять теоретическую индикаторную работу газов в одном цилиндре за цикл. Площадь действительной диаграммыа’—c’—c»—z»—b’—b»—r—a—a’ будет состоять из верхней и нижней петель. ПлощадьАдверхней петли характеризует положительную работу газов за цикл. Границы этой петли не совпадают с расчетными вследствие опережения зажигания или впрыска топлива (с’—с—с»—с’), немгновенного сгорания топлива (с»—z’—z»—с» и z»-z-z’«—z») и предварения выпуска (b’—b—b»—b’).

Уменьшение площади расчетной диаграммы по указанным причинам учитывается с помощьюкоэффициента полноты диаграммы:Для автотракторных двигателей значения коэффициета полноты диаграммы принимают значения 0,93. 0,97.Площадь Ан нижней петли характеризует отрицательную работу затрачиваемую на насосные ходы поршня для газообмена в цилиндре. Таким образом, действительная индикаторная работа газов в одном цилиндре за один цикл:На практике величину работоспособности двигателя за цикл определяют по среднему индикаторному давлению Pi, равному полезной работе цикла, отнесенной к единице рабочего объема цилиндрагде Wi — полезная работа цикла, Дж(Н м); Vh – рабочий объем цилиндра, м3.Среднее индикаторное давление — это условно постоянное давление на поршень в течение одного хода поршня, которое совершает работу, равную индикаторной работе газов за весь цикл. Это давление в некотором масштабе выражается высотой pi прямоугольника с площадью А = Ад — Ан и с основанием, равным длине индикаторной диаграммы. Величина piпри нормальном режиме работы двигателя достигает в , бензиновых двигателях 1,2 МПа, в дизелях — 1,0 МПа.Полезную работу, совершаемую газами в цилиндрах двигателя в единицу времени, называют индикаторной мощностью и обозначают Pi. Индикаторная работа газов в одном цилиндре за один цикл составляет (Нм)Время цикла в секундах равногде n — частота вращения коленчатого вала, оборотов в минуту — тактность двигателя (число ходов поршня за цикл).Тогда индикаторная мощность одного цилиндра двигателя составит (Вт)Индикаторная мощность многоцилиндрового двигателя (кВт)где — число цилиндров в двигателе; Vh — объем одного цилиндра, л.

Индикаторный удельный расход топлива представляет собой отношение часового расхода топлива Gr к индикаторной мощности Рi,Он характеризует экономичность действительного цикла. Величина gi, при номинальном режиме работы двигателя колеблется в пределах 250. 340 г/(кВт • ч) — для бензиновых двигателей, 175. 230 г/(кВт • ч) — для дизелей.Индикаторный КПД оценивает степень использования теплоты в действительном рабочем цикле и представляет собой отношение теплоты, превращаемой в индикаторную работу Wt, к теплоте, введенной в цилиндр в результате сгорания топлива.где — индикаторная мощность, кВт; — часовой расход топлива, кг/ч; — теплота сгорания топлива, кДж/кг.У существующих автотракторных двигателей индикаторный КПД находится в пределах 0,25. 0,4 для бензиновых двигателей, 0,38. 0,50 для дизелей.

22. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя. Двигатели внутреннего сгорания отличаются друг от друга рабочим циклом, по которому они работают. Рабочий цикл — это комплекс последовательных рабочих процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре при работе двигателя.Рабочий процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом. По числу тактов, составляющих рабочий цикл, двигатели делятся на два вида: • четырехтактные — в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, • двухтактные — в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня.На легковых автомобилях отечественного производства применяютсячетырехтактные двигатели, а на мотоциклах и моторных лодках –двухтактные. О путешествиях по водным просторам поговорим как-нибудь потом, а вот с четырьмя тактами работы автомобильного двигателя разберемся сейчас. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя состоит из следующих тактов:впуск горючей смеси,сжатие рабочей смеси, рабочий ход,

выпуск отработавших газов.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя а) впуск; б) сжатие; в) рабочий ход; г) выпуск

Первый такт – впуск горючей смеси (рис. а). Горючей смесью называется смесь мелко распыленного бензина с воздухом в определенной пропорции. Приготовлением смеси в двигателе занимается карбюратор, о чем мы с вами поговорим чуть позже. А пока следует знать, что соотношение бензина к воздуху 1:15 считается оптимальным для обеспечения нормального процесса горения.При такте впуска поршень от верхней мертвой точки перемещается к нижней мертвой точке. Объем над поршнем увеличивается. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Иными словами, поршень всасывает горючую смесь.Хочется посоветовать читателю, почаще включать свое воображение, сравнивая сложное с простым. Если вам удастся почувствовать, как бы ощутить на себе те процессы, которые протекают в двигателе, да и в автомобиле в целом, то многие из «секретов» машины станут для вас «открытой книгой». Например, наверняка каждый из вас видел, как медицинская сестра, готовясь сделать укол, набирает шприцем лекарство из ампулы. За счет перемещения поршня шприца, над ним создается разряжение, которое и засасывает из ампулы то, что позже «вольется» в «мягкое место» пациента. Почти то же самое происходит и в цилиндре двигателя в процессе такта впуска.Впуск смеси продолжается до тех пор, пока поршень не дойдет до нижней мертвой точки. За первый такт работы двигателя кривошип коленчатого вала поворачивается на пол-оборота. В процессе заполнения цилиндра горючая смесь перемешивается с остатками отработавших газов и меняет свое название, теперь эта смесь называется – рабочая.Второй такт — сжатие рабочей смеси (рис. б).При такте сжатия поршень от нижней мертвой точки перемещается к верхней мертвой точке.Оба клапана плотно закрыты и поэтому рабочая смесь сжимается. Из школьной физики всем известно, что при сжатии газов их температура повышается. Так и здесь. Давление в цилиндре над поршнем в конце такта сжатия достигает 9 — 10 кг/см2, а температура 300 — 400оС.В заводской инструкции к автомобилю можно увидеть один из параметров двигателя, имеющий название – степень сжатия (например 8,5). А что это такое? Надеюсь сейчас это станет понятно.Степень сжатия показывает во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания (Vп/Vс — см. рис. на стр. 3). У карбюраторных двигателей в конце такта сжатия, объем над поршнем уменьшается в 8 — 10 раз.В процессе такта сжатия коленчатый вал двигателя поворачивается на очередные пол-оборота. А в сумме, от начала первого такта и до окончания второго, он повернется уже на один оборот.Третий такт — рабочий ход (рис. в).Во время третьего такта происходит преобразование выделяемой при сгорании рабочей смеси энергии в механическую работу. Давление от расширяющихся газов передается на поршень и затем, через шатун и кривошип, на коленчатый вал. Вот откуда берется та сила, которая заставляет вращаться коленчатый вал двигателя и, в конечном итоге, ведущие колеса автомобиля.В самом конце такта сжатия, рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания. В начале такта рабочего хода, сгорающая смесь начинает активно расширяться. А так как впускной и выпускной клапаны все еще закрыты, то расширяющимся газам остается только один единственный выход — давить на подвижный поршень. Поршень под действием этого давления, достигающего 40 кг/см2, начинает перемещаться к нижней мертвой точке. При этом на всю площадь поршня давит сила 2000 кг и более, которая через шатун передается на кривошип коленчатого вала, создавая крутящий момент. При такте рабочего хода, температура в цилиндре достигает 2000 градусов и выше.Коленчатый вал при рабочем ходе поршня делает очередные пол-оборота. Позднее мы вернемся к этим огромным цифрам, похожим на температуры в доменной печи. А пока следует отметить для себя, что процесс рабочего хода происходит за очень короткий промежуток времени, по сравнению с которым, удивленное «хлопание» ресницами ваших глаз после прочтения этого сюжета, длится целую вечность. Четвертый такт — выпуск отработавших газов (рис. г)При движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, открывается выпускной клапан (впускной все еще закрыт) и отработавшие газы с огромной скоростью выбрасываются из цилиндра двигателя. Вот почему слышен тот сильный грохот, когда по дороге едет автомобиль без глушителя выхлопных газов, но об этом позже. А пока обратим внимание на коленчатый вал двигателя — при такте выпуска он делает еще пол-оборота. И всего, за четыре такта рабочего цикла, он сделал два полных оборота. После такта выпуска начинается новый рабочий цикл, и все повторяется: впуск – сжатие – рабочий ход – выпуск. и так далее.

Индикаторные показатели работы двигателя. Индикаторная мощность, среднее индикаторное давление, индикаторный удельный расход топлива, индикаторный кпд.

К индикаторным показателям двигателя относятся среднее индикаторное давление pi, индикаторная мощность N_i,индикаторный удельный расход топлива g_iи индикаторный КПД η_i.

Среднее индикаторное давлениеpi— это значение условного постоянного давления в цилиндре двигателя, при котором рабо­та, произведенная рабочим телом за один такт, равнялась бы индикаторной работе цикла.

Исходя из этого индикаторная работа цикла: L_i = p_i FS , где F — площадь поршня; S —ход поршня.

Вместе с тем среднее индикаторное давление — величина, равная индикаторной работе цикла, приходящейся на единицу рабочего объема цилиндра: p_i = L_i/V_h, где V_h=FS.

Обычно p_iизмеряют в единицах давления (МПа), но пра­вомерно его измерение и в единицах удельной работы (Дж/л).

Индикаторная мощностьN_i — работа, совершаемая газами внутри цилиндров в единицу времени, или мощность, соответ­ствующая индикаторной работе цикла.

Индикаторный удельный расход топливаg_iг/(кВт—ч)— коли­чество топлива, расходуемого в двигателе за 1 ч, отнесенное к индикаторной мощности, развиваемой двигателем.

Определение индикаторных показателей на основе расчет­ного цикла.Расчетный цикл учитывает реальные особенности и условия протекания действительного рабочего цикла. Изме­нение давления в течение всего рабочего цикла двигателя с ис­кровым зажиганием и дизеля показано на расчетных индика­торных диаграммах (рис. 15). Площадь нескругленной диаграм­мы aczba в определенном масштабе выражает теоретическую расчетную работу газов за один цикл двигателя. Эта работа, отнесенная к ходу поршня, — теоретическое среднее индикатор­ное давление p’_i.

Площадь скругленной диаграммы ас’с»глЬ’Ь»а в определен­ном масштабе выражает действительную работу газов за один цикл двигателя.

Коэффициент полноты диаграммы v принимают равным для карбюраторных двигателей 0,94. 0,97 и для дизелей — 0,92. 0,95.

Индикаторный КПД η_i Эффективность теплоиспользования в двигателях можно оценить по удельному расходу топлива (при работе на одном виде топлива). При работе на топливах с различной удельной рабочей теплотворностью Q_н такая оцен­ка возможна только на основе индикаторного коэффициента по­лезного действия η_i.

При известной индикаторной мощности и количестве из­расходованного двигателем топлива GT индикаторный удель­ный расход топлива g_i определяют по формуле:

Связь между g_i и индикаторным КПД η_i при работе двига­теля на жидком топливе определяют выражением: . η_i = l/(g_i * Q_н) .

Для современных автотракторных двигателей на номиналь­ном режиме работы значение индикаторного КПД составляет: для карбюраторных двигателей — 0,28.. .0,38; для дизелей — 0,42. 0,52; для газовых двигателей — 0,26. 0,34.

При этом удель­ный индикаторный расход топлива составляет: для карбюратор­ных двигателей g_i = 235. 290 г/(кВт-ч); для дизелей g_i = 175. 220 г/(кВт-ч); для газовых двигателей

Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 58 ; Нарушение авторских прав

Индикаторные показатели работы двигателя

Показатели работы двигателя подразделяются на индикаторные (внутренние), характеризующие совершенство рабочего цикла в цилиндре и учитывающие только тепловые потери в самом цилиндре, и эффективные (внешние), учитывающие помимо тепловых и механические потери, которые имеются при передаче энергии расширения газов через поршень и кривошипно-шатунный механизм на коленчатый вал двигателя

К индикаторным показателям двигателя относятся среднее индикаторное давление р_і индикаторная мощность N_i, индикаторный удельный расход топлива g_i и индикаторный КПД η_i.

В результате осуществления цикла тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, с известной степенью совершенства (определяемой индикаторным КПД) превращается в полезную работу, развиваемую газами в цилиндре двигателя и называемую индикаторной работой цикла L_i. При этом давление в цилиндре непрестанно меняется.

Для удобства ведения расчетов и сравнения разных двигателей переменные по ходу поршня давления можно заменить постоянным (фиктивным) давлением, которое обеспечивает получение той же работы, что и цикл с переменным давлением. Это среднее постоянное давление называется средним индикаторным давлением p_i. Следовательно, под средним индикаторным давлением подразумевается условное постоянное давление p_i действующее на поршень на рабочем ходе и совершающее за один цикл работу, равную индикаторной работе замкнутого цикла. Графически среднее индикаторное давление представляет собой высоту прямоугольника, площадь которого раина площади индикаторной диаграммы, а основание – длине диаграммы (рис, 8.1).

Среднее индикаторное давление позволяет сравнивать любые циклы и двигатели любых типов по мощностным показателям независимо от способа осуществления рабочих процессов. Двигатели, в которых получаются большие средине индикаторные давления, будут развивать при прочих равных условиях (такт-ность, размеры и число цилиндров, частота вращения) большую мощность.

Рис. 8.1. К определению среднего индикаторного давления

Среднее теоретическое индикаторное давление р_i ’ может быть выражено как отношение индикаторной работы цикла L’_i к рабочему объему цилиндра V_s:

Таким образом, среднее индикаторное давление представляет собой удельную работу цикла, т. е. работу, приходящуюся на единицу рабочего объема цилиндра.

Из расчетной теоретической индикаторной диаграммы (рис. 8.1) найдем полезную индикаторную работу газов для смешанного цикла в виде алгебраической суммы индикаторных работ отдельных процессов:

где L_cy – работа процесса подвода теплоты при V = const; из-за отсутствия изменения объема L_cy = 0; L_yz – работа процесса подвода теплоты при р = const; L_zb –работа процесса расширения при n₂ = const; L_ac – работа процесса сжатия при n₁ = const.

В результате получим окончательное выражение для среднего теоретического индикаторного давления

Действительное среднее индикаторное давление для четырехтактных ДВС

где – коэффициент скругления индикаторной диаграммы, который представляет собой отношение площади действительной индикаторной диаграммы к площади теоретической индикаторной диаграммы. Для четырехтактных двигателей ξ = 0,90. 0,96.

Скругление диаграммы у точки с на действительной индикаторной диаграмме объясняется опережением подачи топлива; у точек у и z – конечной скоростью сгорания топлива и, наконец, в конце хода расширения у точек b и а – предвареннем открытия выпускного клапана.

В двухтактных двигателях jбычно принимают, что хвостовая часть диаграммы полностью компенсирует потери на скругление. Тогда действительное среднее индикаторное давление двухтактных двигателей, отнесенное к полному ходу поршня, может быть определено как

Мощность двигателя, соответствующая индикаторной работе замкнутого цикла, называется индикаторной мощностью:

Индикаторная мощность многоцилиндрового двигателя:

К потерям относятся потери теплоты от неполноты сгорания топлива и в результате теплообмена рабочего тела со стенками рабочего цилиндра. Все тепловые потери в расчетном цикле реального двигателя учитываются индикаторным КПД, который является критерием совершенства использования теплоты, подведенной к рабочему телу с топливом.

Индикаторный КПД представляет собой отношение количества теплоты, преобразованной в индикаторную работу (работу, развиваемую газами в цилиндре реального двигателя), к количеству теплоты, подведенной для совершения этой работы:

;

;

;

где G_т – часовой расход топлива, кг/ч; Q_н – низшая теплота сгорания, кДж/кг.

Удельный индикаторный расход топлива, кг/(кВт·ч):

или

где – часовой расход топлива, кг/ч.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Процессы действительных циклов

Индикаторные показатели

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 г, и ph улучшает условия воспламенения, что позволяет на частичных нагрузках обеднять смесь. С ростом е уменьшается поверхность камеры сгорания, но возрастает температура в цилиндре, поэтому теплообмен между рабочим телом и стенками камеры сгорания может проходить более интенсивно.

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 з,-.

Максимум з, достигается при обедненных смесях (а = 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 теплоотво-дом 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 fj достигается при несколько обогащенных смесях, при которых сгорание происходит с максимальной скоростью.

При полностью открытой дроссельной заслонке з, достигает максимума при б = 1,1. 1,3, а р, — при б = 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 б и частоты вращения Ю) соответствует свое оптимальное значение угла ц0 3 от, при котором одновременно достигают максимума з, и /?,·.

Частота вращения (при ее увеличении) интенсифицирует в цилиндре движение рабочего заряда и сгорание. При этом время, отводимое на цикл, уменьшается, а продолжительность сгорания в градусах ПКВ несколько увеличивается. Для оптимизации процесса приходится увеличивать ц0 3, что выполняет центробежный регулятор опережения зажигания или микропроцессорная система управления. При увеличении з кроме того сокращаются утечки газов через кольца и теплоотвод в систему охлаждения. Поэтому з,· и с, несколько возрастают (рис. 4.2, а).

Нагрузка двигателя при прикрытии дроссельной заслонки и постоянной частоте вращения снижается. Условия воспламенения и сгорания в двигателе ухудшаются из-за повышения доли остаточных газов в рабочей смеси и снижения давления в цилиндре. Кроме того возрастают относительные тепловые потери в систему охлаждения и с отработавшими газами.

Скорость движения заряда должна иметь на каждом режиме работы двигателя определенное оптимальное значение. Для этого используются профилированные (тангенциальные или вихревые) впускные каналы, а также специальные заслонки, изменяющие направление потока. Если скорость заряда превышает оптимальную, то из-за увеличения теплоотдачи в стенки з, уменьшается.