8 (495) 988-61-60

Без выходных
Пн-Вск с 9-00 до 21-00

Индикаторная диаграмма 4 х тактного бензинового двигателя


Принцип действия дизельных двигателей. Индикаторные и круговые диаграммы

Дизелем называют ДВС с внутренним смесеобразованием, в котором тяжелое жидкое топливо, вводимое в распыленном состоянии в цилиндр в конце хода сжатия, самостоятельно воспламеняется в горячем сжатом воздухе. Основными понятиями, относящимися ко всем дизельным двигателям, являются (рис. 17):

  • верхняя мертвая точка (ВМТ) – положение поршня, при котором он наиболее удален от оси коленчатого вала;
  • нижняя мертвая точка (НМТ) – положение поршня наиболее близкое к оси коленчатого вала;
  • ход поршня S , [м] – расстояние между ВМТ и НМТ: S = 2R ;
  • рабочий объем цилиндра VS , [м3] – объем, описываемый поршнем при движении между ВМТ и НМТ :
  • объем камеры сжатия VC , [м3] – объем цилиндра над поршнем при нахождении его в ВМТ;
  • полный объем цилиндра VA , [м3] – сумма рабочего объема цилиндра и объема камеры сжатия:

Принцип действия четырехтактного дизеля

Рабочий цикл в цилиндре четырехтактного дизеля осуществляется за два оборота коленчатого вала (4 хода поршня). Цилиндр четырехтактного дизеля закрыт крышкой, в которой располагаются клапаны для впуска свежего заряда воздуха и выпуска продуктов сгорания (рис. 18). Впускные и выпускные клапаны удерживаются в закрытом положении пружинами и давлением, создаваемым в цилиндре в периоды сжатия, сгорания топлива и расширения. Открытие клапанов в необходимые моменты времени осуществляется с помощью газораспределительного механизма.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля состоит из следующих процессов (тактов): впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска, и происходит следующим образом (рис. 18):

Первый такт – впуск. В начальный момент времени давление в цилиндре двигателя несколько выше атмосферного – точка 1 индикаторной диаграммы (рис. 18). Поршень из ВМТ начинает свое движение к НМТ, открывается впускной клапан и поршень всасывает в цилиндр свежий заряд воздуха (процесс 1− 2). При этом давление в цилиндре устанавливается чуть ниже атмосферного (для двигателей без наддува) за счет гидравлического сопротивления впускного клапана. Часто для увеличения массы свежего заряда воздух предварительно сжимают в компрессоре до избыточного давления 0,13 ÷ 0,4 МПа, а затем охлаждают в воздухоохладителе. Такое увеличение массы свежего заряда называется наддувом.

Второй такт – сжатие. Поршень из НМТ начинает движение к ВМТ. Впускной клапан закрывается и происходит сжатие воздуха, поступившего в цилиндр дизеля. При этом уменьшается объем заряда воздуха, повышается его давление (процесс 2 − 3 ) до 3,6 ÷ 4,0 МПа в дизелях без наддува, а при высоком наддуве – до 11,0 МПа, что сопровождается увеличением температуры воздуха до 500 °C и выше. В конце такта, при нахождении поршня вблизи ВМТ, в цилиндр через форсунку начинает поступать мелко распыленное топливо, которое от соприкосновения с горячим воздухом самовоспламеняется и начинает гореть. При сгорании топлива давление в цилиндре повышается до 5,5 ÷ 8,5 МПа в дизелях без наддува, и до 11,0 ÷ 14,5 МПа в дизелях с высокой степенью наддува. Процесс сгорания ~ 40 % топлива в конце такта сжатия близок к изохорному (изображен на индикаторной диаграмме линией 3 − 4 ) и происходит при нахождении поршня вблизи ВМТ.

Третий такт – расширение (рабочий ход). В начале такта расширения топливо продолжает поступать в цилиндр дизельного двигателя, и процесс сгорания ~ 60 % топлива при начале движения поршня от ВМТ к НМТ близок к изобарному (процесс 4 − 5 на диаграмме). По окончании сгорания топлива происходит расширение продуктов сгорания (процесс 5 − 6 на индикаторной диаграмме). Расширяющиеся продукты сгорания воздействуют на поршень, совершая полезную работу. Давление газов в цилиндре двигателя и их температура в ходе процесса расширения понижаются.

Четвертый такт – выпуск. По окончании хода расширения открывается выпускной клапан, и поршень начинает движение от НМТ к ВМТ. При этом происходит выпуск отработавших газов через выпускной клапан (процесс 6 −1 на индикаторной диаграмме). Давление в цилиндре в процессе выпуска газов несколько выше атмосферного за счет гидравлического сопротивления выпускного клапана.

Таким образом в четырехтактном дизельном двигателе полезным является только такт расширения (рабочий ход), остальные три такта осуществляются за счет кинетической энергии вращающегося коленчатого вала с маховиком и работы других цилиндров двигателя.

Процессы газообмена в цилиндре дизельного двигателя (фазы газораспре-деления) могут быть изображены на двух окружностях, обозначающих периоды открытия впускных и выпускных клапанов в функции угла поворота коленчатого вала. Такие диаграммы называются диаграммами газораспределения или круговыми диаграммами.

В 4-хтактных дизелях на газообмен отведено 550 ÷ 570 градусов поворота коленчатого вала (ПКВ). Процесс газообмена в четырехтактных дизелях можно разбить на следующие периоды (рис. 19):

Свободный выпуск – осуществляется за счет разницы атмосферного давления и давления в цилиндре двигателя в момент открытия выпускного клапана (линия О − А диаграммы). При этом газы с большой скоростью устремляются в выпускной патрубок двигателя. Продолжительность периода свободного выпуска примерно соответствует углу предварения открытия выпускного клапана (ϕ1 = 40 ÷ 50° ПКВ). Тепловая и кинетическая энергия выпускных газов, как правило, используется для привода турбокомпрессора или работы утилизационных котлов.

Принудительный выпуск – теоретически начинается в НМТ и заканчивается в ВМТ. Это принудительное выталкивание продуктов сгорания из цилиндра телом поршня.

Продувка – в конце хода выпуска открывается впускной клапан (линия О − С , ϕ 3 = 50 ÷ 60° ПКВ до ВМТ), а выпускной остается открытым. При двух открытых одновременно клапанах происходит продувка камеры сгорания воздухом и удаление оставшихся в цилиндре газов. Кроме того, продувка снижает температуру стенок камеры сгорания, поршня и выпускных клапанов, улучшая условия работы и увеличивая срок их службы. Продолжительность продувки составляет ~ 110 ° ПКВ.

Наполнение – теоретически начинается в ВМТ, а фактически – с момента закрытия выпускного клапана (линия O − D , ϕ 4 = 50 ÷ 55° ПКВ за ВМТ) и частично протекает одновременно с продувкой. Окончание наполнения совпадает с приходом поршня в НМТ.

Дозарядка – поршень движется вверх по ходу сжатия, а впускной клапан некоторое время остается открытым до момента, соответствующего линии O − B на диаграмме (ϕ 2 = 30 ÷ 40° ПКВ после НМТ). Воздух продолжает поступать в цилиндр по инерции и несколько увеличивает плотность заряда в цилиндре.

Принцип действия двухтактного дизеля

Из рассмотрения индикаторной диаграммы четырехтактного дизельного двигателя видно, что он только половину времени, затраченного на цикл, работает как тепловой двигатель (такты сжатия и расширения). Остальное время (такты впуска и выпуска) двигатель работает как воздушный насос. Более полно время, отводимое на рабочий цикл, используется в двухтактных дизелях, в которых рабочий цикл осуществляется за один оборот коленчатого вала. Необходимая замена отработавших газов свежим воздухом происходит на небольшой части хода поршня в конце такта расширения и в начале такта сжатия, и составляет примерно 140 ÷ 150 ° ПКВ.

В отличие от четырехтактного, в двухтактном дизеле вместо впускных и выпускных клапанов в стенке цилиндра выполнены впускные (продувочные) ПО и выпускные ВО окна (рис. 20). Продувочным насосом ПН воздух нагнетается в воздушный ресивер Р, и через продувочные окна ПО поступает в цилиндр двигателя. Продукты сгорания топлива покидают цилиндр через выпускные окна ВО и выпускной патрубок ВП. Открытие и закрытие продувочных и выпускных окон осуществляется телом поршня при его движении в цилиндре.

Рабочий цикл двухтактного дизеля изображен на рис. 21 и состоит из следующих тактов:

Первый такт – сжатие. Поршень находится в НМТ. Продувочные и выпускные окна полностью открыты. При этом происходит продувка цилиндра, продолжающаяся до тех пор, пока поршень, двигаясь вверх, не перекроет продувочные окна (процесс 7 − 6 на диаграмме). При последующем движении поршень закроет выпускные окна, причем в период, изображенный на диаграмме линией 6 −1, из цилиндра выталкивается часть свежего заряда воздуха. После закрытия поршнем выпускных окон, начинается сжатие воздуха, сопровождающееся повышением давления и температуры (процесс сжатия изображен на диаграмме линией 1− 2 ). При подходе поршня к ВМТ в цилиндр впрыскивается мелко распыленное топливо, которое воспламеняется от соприкосновения с горячим воздухом. Часть топлива (~ 40 %) сгорает при постоянном объеме при нахождении поршня вблизи ВМТ (процесс 2 − 3).

Второй такт – рабочий ход (расширение). Поршень начинает движение от ВМТ к НМТ. Оставшаяся часть топлива (~ 60 %) сгорает при постоянном давлении (процесс 3 − 4 ). После полного сгорания топлива происходит расширение горячих газов (линия 4 − 5 ), которое заканчивается, когда поршень своей кромкой откроет выпускные окна в точке 5. С этого момента начинается свободный выпуск отработавших газов, сопровождающийся резким понижением давления в цилиндре (процесс 5 − 6 ). В точке 6 поршень открывает продувочные окна и начинается продувка цилиндра – принудительное вытеснение из него потоком воздуха отработавших газов и заполнение свежим зарядом воздуха (процессы 6 − 7 и 7 − 6 на диаграмме).

Теоретически при одинаковых размерах цилиндра и равных числах оборотов в минуту двухтактный дизель может развивать мощность в 2 раза большую, чем четырехтактный. В действительности мощность двухтактного дизеля (при прочих равных условиях) больше лишь в 1,7 ÷ 1,8 раза, чем у четырехтактного, так как часть хода поршня затрачивается на процессы выпуска и продувки. Кроме того на привод навешенного на двигатель продувочного насоса затрачивается 6 – 8 % мощности двигателя.

Весь процесс газообмена двухтактного дизеля можно условно разделить на следующие периоды (рис. 22):

Свободный выпуск – начинается с момента открытия поршнем выпускных окон (линия О − b ) и заканчивается в момент открытия поршнем продувочных окон (линия O − d ). В этот период происходит интенсивный выброс отработавших газов в выпускной тракт за счет перепада давлений в цилиндре (~ 0,45 МПа) и в выхлопном патрубке (~ 0,14 МПа).

Принудительный выпуск и продувка – начинаются в точке d и заканчиваются в момент закрытия продувочных окон (линия O − d ′ ). При этом происходит принудительное вытеснение отработавших газов продувочным воздухом и одновременное заполнение цилиндра свежим зарядом.

Потеря заряда воздуха – объясняется тем, что верхние кромки выпускных окон расположены выше продувочных. Поршень при движении к ВМТ до момента закрытия выпускных окон (линия O − a ) успевает вытолкнуть через выпускные окна часть поступившего в цилиндр воздуха. Фаза потери заряда воздуха является нежелательной, поэтому существует ряд конструктивных решений для замены ее на фазу дозарядки. Например, вместо щелевой схемы продувки, описанной выше, используют прямоточную клапанно-щелевую схему. В таких конструкциях дизелей выпускные окна отсутствуют, а вместо них в крышке цилиндра устанавливается выпускной клапан, приводимый в действие от механизма газораспределения.

Литература

Судовые энергетические установки. Дизельные и газотурбинные установки. Болдырев О.Н. [2003]

Похожие статьи

Вопрос. Анализ индикаторной диаграммы 4-х тактного дизельного ДВС с наддувом.

Стр 1 из 5Следующая ⇒

Условия горения

Для горения требуется 3 вещи: что-то, что может гореть, достаточное количество кислорода в воздухе и источник воспламенения. Существуют два пути воспламенения: вещество может загораться от пламени или от искры, или может воспламеняться от нагрева. Если солярку аккуратно нагревать в фарфоровой чашке без доступа к нему пламени, то при определенной температуре его пары воспламеняются. Температура, при которой это происходит, называется температурой самовоспламенения. В дизельном двигателе воспламенение происходит аналогичным образом, но где дизельный двигатель берет высокую температуру, необходимую для такого воспламенения? Если стоять около работающего воздушного компрессора, то можно обнаружить, что компрессор нагревается. Это происходит из-за нагревания воздуха при его сжатии. Аналогичным образом дизельный двигатель сжимает воздух, поднимая его температуру до необходимой для самовоспламенения. Давление воздуха в цилиндре превышает 30 кгс/см2, когда поршень находится в ВМТ. По мере роста давления, температура воздуха в цилиндре растет. В то же время, температура самовоспламенения дизельного топлива снижается с увеличением давления. Это означает, что чем выше давление, тем легче воспламеняется воздушно-топливная смесь.

Механизм горения

Топливо впрыскивается в цилиндр из форсунки, затем оно распыляется и самовоспламеняется. Пламя распространяется по всему цилиндру. В этот момент впрыск прекращается, но не сгоревшее топливо продолжает гореть. Процесс горения в дизельном двигателе продолжается очень короткое время и может разбит на 4 периода в соответствии с процессами, происходящем в каждом из них:

· - период задержки воспламенения;

· - период распространения пламени;

· - период прямого горения;

· - период догорания.

Период задержки воспламенения

Период от начала впрыска до момента начала горения называется периодом задержки воспламенения. Рассмотрим его более детально. Топливо впрыскивается форсунками в виде тумана в воздух, нагретый до высокой температуры и находящийся под высоким давлением. Этот туман состоит из множества капель. Даже, несмотря на то, что солярка впрыскивается в очень горячий воздух, она не воспламеняется немедленно, т.к. должна сначала испариться под действием высокой температуры. По мере испарения происходит ее перемешивание с воздухом и нагреваение до температуры самовоспламенения. Период задержки воспламенения - это период подготовки горения, во время которого горючее впрыскивается в разогретый воздух, перемешивается с ним и разогревается до температуры самовоспламенения. Этот период должен быть как можно короче, т.к. он оказывает существенное влияние на последующие периоды горения.

Период распространения пламени

Период от начала воспламенения до момента, когда пламя распространится на все топливо, впрыснутое в цилиндр во время периода задержки воспламенения, называется периодом распространения пламени. Смесь воздуха и топлива образуется в период задержки воспламенения, но воздух не перемешивается полностью с соляркой с самого начала. Воздушнотопливная смесь воспламеняется там, где топливо уже перемешалось с воздухом. В этот период происходит резкое увеличение температуры, и, как следствие, давления в цилиндре.

Период прямого горения

Форсунка продолжает впрыскивать горючее, которое сгорает немедленно после контакта с открытым пламенем в камере сгорания. В этот момент пламя уже распространилось по всей камере. Период от момента, когда пламя распространилось по всей камере сгорания до момента окончания впрыска горючего, называется периодом прямого горения. В это время давление в цилиндре достигает максимальной величины. Момент воспламенения регулируется таким образом, чтобы максимальная величина давления достигалась приблизительно при 10 градусах после ВМТ.

Период догорания

Период от конца впрыска до момента окончания горения, называется периодом догорания. Горение продолжается и после окончания впрыска. Несгоревшее горючее должно полностью сгореть в этот период. Поршень движется вниз во время этого периода, это позволяет воздуху в камере сгорания расширяться, в результате чего давление и температура падает.

Для нормального и полного сгорания дизельному двигателю требуется две вещи: достаточно высокое давление в камере сгорания, чтобы топливо могло самовоспламеняться и правильный впрыск. Правильный впрыск означает, что солярка впрыскивается в нужный момент и в нужном количестве. Попробуем разобраться, что же произойдет, если какое-то из этих условий не будет выполнено.

Неправильное давление или впрыск топлива

Низкая компрессия

В дизельном двигателе необходимая температура воспламенения достигается за счет сжатия воздуха в цилиндре. Когда давление в цилиндре низкое, температура сжатого воздуха также остается низкой. Иными словами, требуется больше времени, чтобы топливовоздушная смесь достигла температуры воспламенения.

Низкая компрессия вызывает увеличение периода задержки воспламенения. Смесь топлива с воздухом рано или поздно воспламенится, но количество топлива в этом случае будет больше нормального. Одновременно воспламенится большое количество топлива, что вызовет чрезмерный и быстрый рост давления и температуры в камере сгорания. Такое резкое увеличение давления вызывает ударную воздушную волну, действующую на днище поршня и стенки цилиндра. Действие ударной волны вызывает "металлический" звук, также называемый дизельным стуком.

Еще более низкое давление может также вызывать белый дым. Когда давление в цилиндре очень низкое, самовоспламенение не происходит до достижения ВМТ. Т.к. поршень уже идет вниз, температура падает и пламя не успевает распространиться в период распространения пламени. Испарение топлива продолжается в периодах прямого горения и догорания. Несгоревшее топливо выбрасывается из цилиндра в конце периода догорания. Именно поэтому виден белый дым.

Ранний впрыск

Если горючее впрыскивается слишком рано, также возникает характерный дизельный стук. Слишком ранний впрыск означает, что топливо впрыскивается в камеру сгорания тогда, когда температура воздуха еще не достигла нужного уровня. Капли солярки не испаряются также быстро, как в случае нормального горения и требуется больше времени, чтобы горючее воспламенилось. Это приводит к увеличению периода задержки воспламенения. Когда же топливо воспламеняется, одновременно загорается сразу большое его количество. Это и вызывает дизельный стук, который мы слышим.

Поздний впрыск

Белый дым может также быть вызван поздним впрыском. Давление и температура в камере сгорания достигает нужного уровня, но поздний впрыск не оставляет достаточного времени топливу, чтобы испариться. Воспламенение топлива происходит уже после ВМТ. Т.к. давление и температура в камере сгорания начинают немедленно падать, пламя не успевает распространиться по всей камере сгорания и период распространения пламени и горения, вскоре, прекращаются. Испарение продолжается и несгоревшее топливо выбрасывается из цилиндра. В результате мы видим белый дым из выхлопной трубы.

Низкое давление топлива

Дизельный стук может быть вызван, также, низким давлением впрыска. Если топливо впрыскивается при нормальном давлении, то оно распространяется нормально. Но, если давления впрыска низкое – горючее не распыляется нормально и величина капель топлива больше, чем надо. Большие капли не могут нормально испаряться и требуется больше времени, чтобы топливовоздушная смесь воспламенялась. Это вызывает увеличение периода задержки воспламенения. При воспламенении загорается сразу большое количество топлива, что вызывает дизельный стук.

Большой объем впрыска

И, наконец, давайте разберемся, почему может появиться черный дым, если количество впрыскиваемого горючего больше нормального. Если в камеру сгорания впрыскивается нормальное количество топлива, его капли полностью перемешиваются с воздухом и топливо сгорает до конца. Но, если количество впрыскиваемого горючего больше нормального, то, т.к. в камере находится ограниченное количество кислорода, кислород полностью выгорает в период прямого горения. Оставшееся топливо не может перемешаться с кислородом из-за его отсутствия и превращается в углерод, который и вызывает черный дым.

 

По дисциплине «Силовые агрегаты»

7 вопрос. Анализ процесса расширения и выпуска.

Ответ. В теоретическом цикле предполагают, что выпуск отработавших газов происходит мгновенно с приходом поршня в и. м. т. Газы, выходя из цилиндра под действием разности давлений продолжают расширяться до тех пор, пока их давление не будет равно давлению окружающей среды.

Вместе с газами удаляется часть теплоты. Однако без этого согласно второму закону термодинамики невозможно преобразовать теплоту в механическую работу.

Основными оценочными параметрами теоретического цикла являются: термический КПД и среднее индикаторное давление. Термический КПД характеризует теплоиспользование (экономичность) в цикле, а среднее индикаторное давление — механическую отдачу цикла.

Термический КПД % представляет собой отношение теплоты, превращенной в полезную работу, к теплоте, сообщенной газам.

В дизеле работа газов эквивалентна разности количества теплоты, введенной в цилиндр при V = const и р = const, и теплоты, уносимой с отработавшими газами.

Среднее индикаторное давление можно определить, если задана графически зависимость давления, газа от занимаемого объема. Тогда работа, совершаемая газом при его расширении или необходимая для его сжатия, эквивалентна площади, лежащей под линией зависимости р от V.

 

 

По дисциплине «Силовые агрегаты»

8 вопрос. Коэффициент остаточных газов γг. Влияние различных факторов на степень очистки цилиндра от продуктов сгорания.

Ответ.Коэффициент остаточных газов γг.Коэффициент остаточных газов. Заряд цилиндра к началу сжатия представляет собой смесь воздуха и остаточных газов, остающихся в цилиндре вследствие несовершенства очистки его от продуктов сгора­ния. В расчетах рабочих процессов дизеля относительное количество остаточных газов оценивают коэффициентом остаточных газов ?r = Mr/L (где Мr— количество остаточных газов). Под остаточными газами имеются в виду «чистые» продукты сгорания, образующиеся при (альфа) = 1. Коэффициент остаточных газов является критерием оценки каче­ства очистки цилиндра от продуктов сгорания.

Его значения составля­ют для дизелей: четырехтактных 0,01 — 0,04; двухтактных с прямоточ­ными схемами газообмена 0,04 — 0,09; двухтактных с контурными схе­мами газообмена 0,07—0,1.

Ответ. Влияние различных факторов на степень очистки цилиндра от продуктов сгорания. Дело в том, что у двухтактных дизелей очистка цилиндров от продуктов сгорания производится сжатым воздухом. Поэтому в двухтактном двигателе в отличие от четырехтактного обязательным условием для организации рабочего процесса (прежде всего для пуска дизеля) является установка приводного центробежного компрессора. Кроме того, при пуске дизеля и при малых нагрузках, когда энергии отработавших газов недостаточно для наддува дизеля только от турбокомпрессора, подача воздуха в цилиндры осуществляется главным образом приводным центробежным компрессором. Вот почему на дизелях 11Д-45, 10Д-100 пришлось установить еще один компрессор, приводимый в движение от коленчатого вала.

Рис. 35. Схема двухступенчатого комбинированного наддува

Охлаждение воздуха при высоком наддуве до поступления его в цилиндры позволяет увеличить плотность воздуха и понизить температуру газа в цилиндре, тем самым снизить тепловую и механическую напряженность деталей цилиндропоршневой группы дизеля. Поэтому охлаждение наддувочного воздуха находит все более широкое применение в современных тепловозных дизелях.

По дисциплине «Силовые агрегаты»

9 вопрос. Индикаторные показатели ДВС. Показатели рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания подразделяются на индикаторные(внутренние) и эффективные (внешние). Индикаторные показатели работы двигателя характеризуют совершенство рабочего процесса с учетом только тепловых потерь в рабочем цилиндре двигателя. К индикаторным показателям относятся: индикаторная работа и среднее индикаторное давление, индикаторная мощность и индикаторный КПД.

Полезную индикаторную работу газов за цикл можно определить из расчетной теоретической диаграммы цикла.
Если работу двигателя за цикл отнести к рабочему объму цилиндра, то получим так называемое среднее индикаторное давление, представляющее собой удельную работу цикла. То есть под средним индикаторным давлением подразумевают такое условное постоянное по величине избыточное среднее давление, которое, оказывая воздействие на поршень, совершает за один ход работу, эквивалентную работе газов в цилиндре за цикл.
Индикаторной мощностью называется мощность, соответствующая работе замкнутого цикла.
Индикаторным КПД учитываются все тепловые потери в действительном цикле, он определяется отношением индикаторной работы в цилиндре к количеству теплоты, подведенной с топливом для совершения этой работы.

По дисциплине «Силовые агрегаты»

Эффективная мощность

Эффективная мощность Ne — это мощность на коленчатом валу двигателя, передаваемая трансмиссии. Эффективная мощность меньше индикаторной на величину мощности Nм, затрачиваемой на преодоление механических потерь:

Ne = Ni - Nм

По аналогии с индикаторной мощностью эффективную мощность (кВт) можно рассчитать по следующей формуле:

Ne = реVhni/(30Τдв).

Механический КПД

Механический КПД nм — оценочный показатель механических потерь в двигателе:

nм = LeLi = ре/рi = Me/Mi = Ne/Ni.

При работе автомобильных двигателей на номинальном режиме значение находится в следующих пределах: для четырехтактных карбюраторных двигателей 0,7...0,85; для четырехтактных дизелей без наддува 0,7...0,82, с наддувом 0,8—0,9; для газовых двигателей 0,75...0,85; для двухтактных высокооборотных дизелей 0,7-0,85.

Рис. 8.4. Формирование двухмассовой динамической модели КШМ

 

Первая замещающая масса mj сосредоточена в точке сопряжения поршня с шатуном и совершает возвратно-поступательное дви­жение с кинематическими параметрами поршня, вторая mr рас­полагается в точке сопряжения шатуна с кривошипом и вращает­ся равномерно с угловой скоростью ω.

Детали поршневой группы совершают прямолинейное возврат­но-поступательное движение вдоль оси цилиндра. Так как центр масс поршневой группы практически совпадает с осью поршне­вого пальца, то для определения силы инерции Рjп достаточно знать массу поршневой группы mп, которую можно сосредоточить в данной точке, и ускорение центра масс j, которое равно уско­рению поршня: Рjп = - mп j.

 

Кривошип коленчатого вала совершает равномерное вращатель­ное движение. Конструктивно он состоит из совокупности двух половин коренной шейки, двух щек и шатунной шейки. При рав­номерном вращении на каждый из указанных элементов криво­шипа действует центробежная сила, пропорциональная его массе и центростремительному ускорению.

В эквивалентной модели кривошип заменяют массой mк, от­стоящей от оси вращения на расстоянии r. Значение массы mк определяют из условия равенства создаваемой ею центробежной силы сумме центробежных сил масс элементов кривошипа: Kк = Krш.ш + 2K или mк2 = mш.ш2 + 2mщρщω2, откуда получим mк = mш.ш + 2mщρщω2/r.

Элементы шатунной группы совершают сложное плоскопараллельное движение. В двухмассовой модели КШМ массу шатунной группы mш разделяют на две замещающие массы: mш.п, сосредоточенную на оси поршневого пальца, и mш.к, отнесенную к оси шатунной шейки коленчатого вала. При этом необходимо выполнить следу­ющие условия:

1) сумма масс, сосредоточенных в замещающих точках модели шатуна, должна быть равна массе замещаемого звена КШМ: mш.п + mш.к = mш

2) положение центра масс элемента реального КШМ и заме­щающего его в модели должно быть неизменным. Тогда mш.п = mш lш.к/lш и mш.к = mш lш.п/lш.

Выполнение этих двух условий обеспечивает статическую эк­вивалентность замещающей системы реальному КШМ;

3) условие динамической эквивалентности замещающей мо­дели обеспечивается при равенстве суммы моментов инерции масс, расположенных в характерных точках модели. Данное условие для двухмассовых моделей шатунов существующих двигателей обыч­но не выполняется, в расчетах им пренебрегают из-за его малых численных значений.

Окончательно объединив массы всех звеньев КШМ в замеща­ющих точках динамической модели КШМ, получим:

массу, сосредоточенную на оси пальца и совершающую возврат­но-поступательное движение вдоль оси цилиндра, mj = mп + mш.п;

массу, расположенную на оси шатунной шейки и совершаю­щую вращательное движение вокруг оси коленчатого вала, mr = mк + mш.к. Для V-образных ДВС с двумя шатунами, расположен­ными на одной шатунной шейке коленчатого вала, mr = mк + 2mш.к.

В соответствии с принятой моделью КШМ первая замещаю­щая масса mj, движущаяся неравномерно с кинематическими па­раметрами поршня, вызывает силу инерции Рj = - mj j, а вторая масса mr, вращающаяся равномерно с угловой скоростью криво­шипа, создает центробежную силу инерции Кr= К + Кк = - mr2.

Сила инерции Рj уравновешивается реакциями опор, на кото­рые установлен двигатель. Будучи переменной по значению и на­правлению, она, если не предусмотреть специальных мероприя­тий, может быть причиной внешней неуравновешенности двига­теля (см. рис. 8.3, б).

При анализе динамики и особенно уравновешенности двига­теля с учетом полученной ранее зависимости ускорения у от угла поворота кривошипа φ силу Рjпредставляют в виде суммы сил инерции первого (РjI ) и второго (РjII) порядка:

где С = - mj2.

Центробежная сила инерции Кr= - mr2 от вращающихся масс КШМ представляет собой постоянный по величине вектор, на­правленный по радиусу кривошипа и вращающийся с постоянной угловой скоростью ω. Сила Кr передается на опоры двигателя, вызывая переменные по величине реакции (см. рис. 8.3, в). Таким образом, сила Кr, как и сила Рj, может являться причиной внешней неуравновешенности ДВС.

Суммарные силы и моменты, действующие в механизме. Силы Рг и Рj, имеющие общую точку приложения к системе и единую линию действия, при динамическом анализе КШМ заменяют суммарной силой, являющейся алгебраической суммой: РΣ = Рг + Рj (рис. 8.5, а).

Рис. 8.5. Силы в КШМ:а - расчетная схема; б — зависимость сил в КШМ от угла поворота коленчатого вала

 

Для анализа действия силы РΣ на элементы КШМ ее расклады­вают на две составляющие: S и N. Сила S действует вдоль оси шатуна и вызывает повторно-переменное сжатие-растяжение его элементов. Сила N перпендикулярна оси цилиндра и прижимает поршень к его зеркалу. Действие силы S на сопряжение шатун-кривошип можно оценить, перенеся ее вдоль оси шатуна в точку их шарнирного сочленения (S') и разложив на нормальную силу К, направленную по оси кривошипа, и тангенциальную силу Т.

 

Силы К и Т воздействуют на коренные опоры коленчатого вала. Для анализа их действия силы переносят в центр коренной опоры (силы К', Т' и Т" ). Пара сил Т и Т' на плече r создает крутящий момент Мк, который далее передается на маховик, где совершает полезную работу. Сумма сил К' и T" дает силу S", которая, в свою очередь, раскладывается на две составляющие: N' и .

Очевидно, что N' = - N и = РΣ . Силы N и N' на плече h создают опрокиды­вающий момент Мопр = Nh, который далее передается на опоры двигателя и уравновешивается их реакциями. Мопр и вызываемые им реакции опор изменяются по времени и могут быть причиной внешней неуравновешенности двигателя.

Основные соотношения для рассмотренных сил и моментов имеют следующий вид:

На шатунную шейку кривошипа действуют сила S', направлен­ная по оси шатуна, и центробежная сила К, действующая по радиусу кривошипа. Результирующая сила Rш.ш (рис. 8.5, б), нагру­жающая шатунную шейку, определяется как векторная сумма этих двух сил.

Коренные шейки кривошипа одноцилиндрового двигателя на­гружаются силой и центробежной силой инерции масс кривошипа . Их результирующая сила , дей­ствующая на кривошип, воспринимается двумя коренными опо­рами. Поэтому сила, действующая на каждую коренную шейку, равна половине результирующей силы и направлена в противо­положную сторону.

Использование противовесов приводит к изменению нагруженности коренной шейки.

 

 

По дисциплине «силовые агрегаты»

Увеличение рабочего объема

Увеличить рабочий объем - это самое простое решение. Чем больше сгорает топлива, тем выше мощность. Осуществляется данная процедура за счет замены коленчатого вала на другой (с большим ходом) или за счет увеличения диаметра цилиндров. Это кардинальное вмешательство, которое приводит к увеличению максимального крутящего момента. Такое увеличение мощности двигателяподходит практически для любой машины.

МИНУСЫ: Данная процедура - не из самых дешевых, и при этом существенно увеличивает габариты и массу конструкции. А также, что совсем нежелательно, приводит к падению общего КПД двигателя и повышению расхода топлива.

Увеличение степени сжатия

Самый простой способ увеличить степень сжатия - это уменьшение объема камеры сгорания путем фрезеровки нижней плоскости головки блока цилиндров (уменьшив ее высоту). Другой способ - установка поршней с более выпуклой верхней частью. Также на степень сжатия влияет установка модифицированного распределительного вала, который позволяет улучшить геометрические показатели степени сжатия за счет запаздывания закрытия впускных клапанов. Увеличение степени сжатия позволяет поднять КПД двигателя, добиться повышения мощности при одновременном снижении расхода бензина.

МИНУС: Возникает необходимость перейти на бензин с более высоким октановым числом и следить за его качеством, т.к. повышается риск детонации.

Чип-тюнинг

Пойти по этому пути увеличения мощностидвигателя можно, только если двигатель имеет впрыск с электронным управлением. Суть чип-тюнинга - в замене программы блока управления надвигателе путем перепрограммирования или замены микросхемы - чипа. Этим способом можно достигнутьувеличения мощности двигателя на 10%.

МИНУСЫ: Практикуемая в таких случаях отмена ограничения максимальных оборотов надвигатель ведет к повышению износа двигателя, а увеличение подачи топлива на переходных режимах подразумевает увеличение расхода топлива. Цена подобной модификации стоит немалых денег.

вопрос. Анализ индикаторной диаграммы 4-х тактного дизельного ДВС с наддувом.

Ответ. Цилиндр двигателя закрыт крышкой, в которой располагаются клапаны для впуска свежего заряда и клапаны выпуска газов. Клапаны удерживаются в закрытом состоянии пружинами и давлением в цилиндре при процессах сжатия, сгорания и расширения. Открытие клапанов в нужные моменты производится газораспределительным механизмом.

Газораспределительный механизм состоит из рычагов, штанг и толкателей, на которые воздействуют кулачки распределительного вала.

Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала двигателя и имеет вдвое меньшую частоту вращения, чем коленчатый вал, вследствие чего каждый клапан открывается один раз за два оборота коленчатого вала. Взаимосвязь газораспределительного механизма с коленчатым валом находится в определенной механической зависимости. Эта зависимость устанавливается заводом—изготовителем двигателя и изображается диаграммой фаз (углов) газораспределения.

Диаграмма фаз газораспределения — паспортная характеристика определенного типа двигателя. Она на графике указывает фазы (углы) положений колена коленчатого вала, при которых происходят изменения термодинамического процесса в наиболее экономичном режиме в цилиндре двигателя. Диаграмма фаз газораспределения является руководящим документом проверки и регулировки поршневого двигателя внутреннего сгорания как при сборке в процессе изготовления, так и при ремонте двигателя.

Изменение давления рабочего тела в цилиндре двигателя за рабочий цикл, который фиксируется специальным прибором — индикатором — на диаграммной бумаге в координатах давления Р и рабочего объема КЛ, называется индикаторной диаграммой.

Рассмотрим термодинамический процесс рабочего цикла в четырехтактном двигателе (рис. 6.5).

Фаза ф;_2 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала, при котором клапан впуска открыт. На индикаторной диаграмме

Рис. 6.5. Схема работы четырехтактного двигателя и индикаторные

диаграммы:

/ — начало открытия впускного клапана; 2 — закрытие впускного клапана; 3 — начало подачи топлива; 4 — начало открытия выпускного клапана; 5 — закрытие выпускного клапана; а—г — такты рабочего цикла; Р0 — атмосферное давление; I — точка максимального давления газов в цилиндре

этот процесс изображен линией 1—2 — процесс всасывания свежего заряда.

Фаза ф2-3 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала, при котором оба клапана закрыты. На индикаторной диаграмме наблюдается процесс сжатия свежего заряда, при этом температура его достигает 500... 700 °С.

Фаза у3_4 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала при закрытых клапанах впуска и выпуска. Точка 3 находится вблизи ВМТ. С этого момента в цилиндр двигателя подается топливо в мелкораспыленном виде, которое активно (при 7 = 500...700°С) испаряется, воспламеняется и сгорает. Этот процесс длится тысячные доли секунды. В цилиндре резко возрастают температура (»1700°С) и давление (Р^ образовавшихся газов, вследствие чего колено коленчатого вала успевает пройти ВМТ, и сила, равная произведению давления газов на площадь поршня, раскручивает коленчатый вал. Этот процесс расширения газов называют рабочим ходом поршня, и он заканчивается при положении колена коленчатого вала в точке 4.

Фаза ц>4_5 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала, при котором открыт клапан выпуска. На индикаторной диаграмме этот процесс — выпуск отработавших газов — изображен линией 4—5. В позиции колена коленчатого

вала 5 клапан выпуска закрывается, а клапан впуска открывается. Этим завершается рабочий цикл и начинается следующий.

Весь рабочий цикл совершился за четыре такта, поэтому такой двигатель называют четырехтактным.

Создание комбинированных двигателей явилось новым этапом в развитии ДВС. Цель создания комбинированных двигателей — получение более экономичного и мощного двигателя при малых его габаритах. Потребность в таких двигателях особенно велика на железнодорожном транспорте. Увеличение мощности двигателя при тех же габаритах осуществляется за счет компрессорного наддува. В комбинированном двигателе в качестве компрессорных машин используются почти все виды компрессоров, а в качестве расширительной машины применяется только газовая турбина.

Благодаря наддуву в цилиндры подается на каждый рабочий цикл больше воздуха, чем при всасывании, что дает возможность сжигать большее количество топлива. Это позволяет получать при одинаковых с обычным дизелем размерах цилиндров и той же частоте вращения вала большую мощность.

При сжатии в нагнетателе воздух нагревается, его удельный объем возрастает, что значительно уменьшает воздушный заряд в цилиндре; поэтому в дизелях со средним и высоким наддувом обязательно применяют охлаждение наддувочного воздуха перед поступлением его в цилиндры.

Охлаждение воздуха на каждые 10 °С дает увеличение мощности дизеля на 3...4% и снижение удельного расхода топлива примерно на 1,5...2,0 г/(кВт-ч). Экономичность комбинированного двигателя с наддувом повышается также вследствие увеличения механического КПД и дополнительного использования теплоты отработавших газов.

Индикаторная диаграмма комбинированного четырехтактного дизеля с газотурбинным наддувом представлена на рис. 6.6.

В двигателях с наддувом процесс зарядки цилиндра происходит иначе, чем у дизеля без наддува. Турбокомпрессор засасывает воздух при атмосферном давлении Р0 и сжимает его до давления Рк. Сжатый в компрессоре воздух проходит через охладитель и впускной коллектор. На пути от турбокомпрессора до цилиндра давление воздуха снижается от Рк до Ра, поэтому линия давления впуска расположена ниже линии Рк и выше линии Р0.

После заполнения цилиндра воздухом начинается процесс сжатия, который на индикаторной диаграмме изображен кривой 2— 3.

Рис. 6.6. Индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля с газотурбинным наддувом:

Р0— атмосферное давление; Р„ — давление в период наполнения; Рг — давление в цилиндре в период выпуска; Рк — давление воздуха в наддувочном коллекторе; Кс — объем камеры сжатия; КЛ — рабочий объем; К„ — полный объем цилиндра; 1 — 5 — процесс продувки: 1 — открытие клапанов впуска; 2 — закрытие клапанов впуска; 3 — впрыск топлива в цилиндр; 4 — открытие клапанов выпуска; 5— закрытие клапанов выпуска; I — точка максимального давления газов в цилиндре

В конце сжатия в цилиндр впрыскивается через форсунку топливо, которое воспламеняется в точке 3. Процесс сгорания показан линией 3—1, а расширение газов происходит по кривой г— 4. В точке 4 открываются выпускные клапаны, и отработавшие газы выталкиваются в газовую турбину при давлении Рт. Газы проходят через направляющий аппарат на лопатки турбины, а затем выбрасываются в атмосферу. На диаграмме линия выпуска газа из цилиндра расположена выше атмосферной и ниже линии наполнения.

В четырехтактных двигателях энергии отработавших газов вполне достаточно, чтобы нагнетатель сжимал воздух до давления Рк, более высокого, чем Рт. В результате наддува площадь индикаторной диаграммы, а следовательно, и мощность двигателя значительно возрастают.

 

 

По дисциплине «Силовые агрегаты»

2 вопрос.Параметры, характеризующие процесс впуска и их влияние на Pа , Tа.

Ответ. Процесс впуска

Давление и температура остаточных газов в начале впуска зависит главным образом от проходного сечения и коэффициента сопротивления выпускной системы, а также от числа оборотов двигателя. С увеличением числа оборотов давление остаточных газов возрастает. Это объясняется тем, что с увеличением оборотов продолжительность процесса выпуска сокращается, а скорость газов в выпускной системе увеличивается. С увеличением сопротивления выпускной системы давление остаточных газов возрастает, наполнение цилиндров ухудшается и мощность двигателя понижается.

Давление остаточных газов в начале впуска для двигателя без глушителя составляет по опытным данным:

,

где Р0 — давление окружающей среды.

Меньшие значения здесь относятся к малым и средним оборотам, большие – к оборотам двигателя, соответствующим максимальной мощности.

При установке глушителя давление остаточных газов возрастает.

Температура остаточных газов в начале впуска зависит главным образом от состава смеси и числа оборотов двигателя. С увеличением числа оборотов температура остаточных газов возрастает. Происходит это в основном вследствие ухудшения охлаждения продуктов сгорания из-за сокращения продолжительности цикла. По опытным данным, температура остаточных газов Tr в начале впуска при оборотах двигателя, соответствующих максимальной мощности, находится в следующих пределах: у карбюраторных двигателей 900–1200 К, у дизельных двигателей 600–800 К.

Действительное количество свежего заряда, поступившего в цилиндр двигателя за период впуска, значительно меньше теоретически возможного количества, которое могло бы заполнить рабочий объем цилиндра.

Качество газообмена оценивается не абсолютным, а относительным количеством свежего заряда, поступившего в цилиндр при впуске.

Отношение количества свежего заряда, поступившего в цилиндр за один цикл, к количеству, который имел бы заряд, заполняющий рабочий объем цилиндра при давлении и температуре на входе в систему впуска (Ро, То), называется коэффициентом наполнения.

.

У карбюраторных двигателей количество топлива, содержащегося в заряде, по сравнению с количеством воздуха сравнительно невелико. Поэтому коэффициент наполнения часто определяют по отношению количеств воздуха. Ошибка при этом не превышает 1–2%.

У карбюраторных и дизельных двигателей, работающих без наддува, параметры свежего заряда при поступлении его в систему впускасовпадают с параметрами окружающей среды (при расчетах двигателей без наддува принимают Ро = 0.101 МПа; Т0 =273 +15 = 288 К).

Количество газов, заполняющих цилиндр двигателя в конце впуска, составляет:

.

Характеристические уравнения для Ma, M0, Mr имеют следующий вид:

;;,

где: Рa , Тa давление и температура газов в конце впуска;

Ra, R0, Rr – соответствующие газовые постоянные.

После подстановки характеристических уравнений в уравнение для Ma получим

.

Если допустить равенство газовых постоянных Ra, R0, Rr и разделить обе части полученного выражения на Vc, можно написать

.

Учитывая, что

,

после соответствующих преобразований получим:

.

Коэффициент наполнения зависит главным образом от давления и температуры газов в конце впуска, числа оборотов и нагрузки двигателя (рис. 2.4).




80. Индикаторная диаграмма 4-х тактного двс с наддувом?

См.79 вопрос

82. Среднее давление теоретической диаграммы ДВС

среднее давление теоретической диаграммы ДВС

работа кругового процесса ДВС

рабочий объем цилиндра

83. Среднее индикаторное давление ДВС?

Это такое условно постоянное давление, которое, действуя на поршень, совершает работу, равную внутренней работе газа в течение всего рабочего цикла.

Графически в определенном масштабе равно высоте прямоугольникаmmhh, по площади равного площади диаграммы и имеющего ту же длину.

f- площадь индикаторной диаграммы (мм2)

l- длина инд.диаграммы - mh

kp- масштаб давления (Па/мм)

84. Среднее эффективное давление ДВС?

Это произведение механического кпд на среднее индикаторное давление.

ре= рiмех, Где ηмех=Ne/Ni. При нормальном режиме работы ηмех=0,7-0,85.

85. Механический КПД ДВС?

ηмех=Ne/Ni- отношение эффективной мощности к индикаторной.

При нормальном режиме работы ηмех=0,7-0,85.

86. Индикаторная мощность ДВС?

Инд. мощность двигателя, получаемая внутри цилиндра, может быть определена с помощью индикаторной диаграммы, снимаемой специальным прибором – индикатором.

Инд. мощность – работа, совершаемая рабочим телом в цилиндре двигателя в ед.времени.

Инд. мощность одного цилиндра -

k- кратность двигателя

V-рабочий объем цилиндра

n-число рабочих ходов.

87. Эффективная мощность ДВС?

полезно используемая мощность, снимаемая с коленвала

Ne=Ni-Nтр

Nтр – сумма потерь мощности на трение между движущимися деталями двигателя и на приведение в действие вспомогательных механизмов (насосов, генератора, вентилятора и др.)

Определение эф.мощности двигателя в лабораторных условиях или при стендовых испытаниях производят с помощью спец.тормозных устройств – механических, гидравлических или электрических.

88. Удельный расход топлива в ДВС?

Расход топлива- отношение расхода топлива всем двигателем к его мощности.

g=3,6*103B/N в зависимости от мощности различают индикаторный и удельный эфективный расходы топлива.

- текущая теплота сгорания топлива,

Аi- тепловой эквивалент единиц работы

89. Особенности газа как топлива для ДВС?

ДВС, в котором в качестве топлива используется газ (сжиженные углеводородные газы(пропан-бутан) или природный газ (метан)) – газовый двигатель.

Температура воспламенения газа значительно выше, чем ДТ, поэтому воспламенение горючей смеси происходит от электрической свечи, а горючая смесь приготовляется вне цилиндра двигателя, в смесителе.

Степень сжатия в газовых двигателях выше, чем в карбюраторных.

( ε=5…13)

При сгорании газа не выделяется зола. Он сгорает почти полностью без образования дыма, сажи и других продуктов неполного сгорания.

Газовое топливо является безударным. В смеси с воздухом при впуске в цилиндр отсутствуют неиспарившиеся жидкие фракции. Это приводит к увеличению срока службы масла в газовом двигателе, снижению износа основных деталей, повышению моторесурса и надежности газового двигателя на 30-50% по сравнению с жидкостными.

90. Особенности перевода на газ карбюраторных двс?

Газообразное топливо, как и бензин, обладает очень высокой температурой воспламенения, поэтому применяется в двигателях с воспламенением от постороннего источника энергии. Процесс воспламенения топлива в карбюраторном ДВС происходит от электрической свечи.

В карбюраторных двигателях используют сжиженный нефтяной газ (СНГ) и сжиженный природный газ (СПГ).

Важным преимуществом СНГ является переход в сжиженное состояние при температуре окружающей среды и сравнительно небольшом избыточном давлении – 1,6 МПа. В таком виде он хранится в баллонах. По калорийной способности нефтяной газ уступает не более чем на 3-4% бензину, поэтому при переводе карбюраторного двигателя нагаз его мощность снижается незначительно.

Сжатый природный газ в качестве основного компонента содержит метан и в небольшом количестве примеси других газов. Особенностью метана является то, что при нормальной температуре и даже высоком давлении он не переходит в сжиженное состояние. Чтобы иметь достаточный энергетический запас, сжатый газ хранится в высокопрочных баллонах под давлением 200 МПа. Баллоны имеют большую массу. Калорийность природного газа ниже калорийности бензина на 10-15%.

Применение СНГ и СПГ в качестве моторного топлива на транспортном подвижном составе позволяет существенно снизить токсичность по оксиду углерода в 3-4 раза, оксидам азота в 1,"-2,0 раза, углеводородам в 1,2-1,4 раза.

Индикаторные диаграммы четырехтактных двигателей - Энциклопедия по машиностроению XXL

Рис. 75. Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.

РИС. 66. Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя  [c.159]
Рис. 8—IV. Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя, работающего со сгоранием топлива при постоянном давлении
Индикаторные диаграммы четырехтактных двигателей 287  [c.287]

Действительная индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя дизеля изображена на фиг. 123. На линии сжатия а—с показаны моменты, соответствующие началу подачи топлива насосом и началу видимого его сгорания (точка с —начало подачи топлива точка с —начало сгорания).  [c.287]

Последующая часть диаграммы а—с—г—Ь, изображающая процессы сжатия, сгорания и расширения, не отличается от индикаторной диаграммы четырехтактного двигателя.  [c.288]

Если внешняя сила является переменной, то она обычно задается диаграммой. Например, на рис. 8.3 показаны индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя, по которой видно, как изменяется давление газов на поршень в зависимости от положения последнего. На рис. 8.4 приведен пример изменения силы резания вертикальной лесопильной рамы в зависимости от угла поворота кривошипа. По заданным диаграммам легко определить величины внешних сил для того или иного положения механизма,  [c.212]

Рио. 38. Индикаторные диаграммы четырехтактного двигателя при различном моменте зажигания смеси.  [c.58]

На рис. 38 представлены три индикаторных диаграммы четырехтактного двигателя при различных моментах зажигания смеси. Но горизонтали отложены углы поворота коленчатого вала, а по вертикали — давления газов в цилиндре двигателя. Каждый такт рабочего цикла принят соответствующим ходу поршня или повороту вала на угол 180°. Значения, пиний следующие 1 — впуск (всасывание), 2 — сжатие, 3 — расширение газов (рабочий ход) и 4 — выпуск отработавших газов.  [c.58]


Как показано на фиг. 6, индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя без наддува в р — [/)-координатах описывает за все четыре такта две петли. Иногда за индикаторную работу двигателя принимают лишь площадь верхней петли или площадь верхней петли за вычетом площади нижней. В последнем случае принимается, что индикаторная работа включает с отрицательным знаком работу смены рабочего тела (выталкивание отработавших газов и засасывание свежего заряда).  [c.11]

На индикаторной диаграмме четырехтактных двигателей процесс выпуска представлен линией Ьг, показывающей изменение давления внутри цилиндра за такт выпуска. Линия выпуска располагается выше атмосферной, и давление в конце выпуска (точка г диаграммы) равно р = 1,05— 1,2 кг см .  [c.28]

Нормальная индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя быстрого сгорания при полной нагрузке представлена на фиг. 234,а.  [c.302]

Рнс. 2. Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя с воспламенением от сжатия  [c.10]

Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя с воспламенением от сжатия (дизеля) показана на рис. 2,  [c.10]

У большинства газовых четырехтактных двигателей как автотракторного, так и стационарного типов свежий заряд поступает в цилиндр в виде газовоздушной смеси в течение хода всасывания. На фиг. 6 представлена индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя, работающего по этому циклу.  [c.25]

Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя представлена на фиг. 52. Площадь индикаторной диаграммы соответствует работе в цилиндре за один цикл, т. е. за один оборот в двухтактном и за два оборота в четырехтактном двигателе. При определении работы в цилиндре из площади Р, заключенной между линиями сжатия и расширения, следует вычесть площадь /, заключенную между линиями всасывания и выхлопа. При индицировании двигателей в эксплуатационных условиях площадью / вследствие малой величины обычно пренебрегают.  [c.111]

Типичная индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя с искровым зажиганием, в координатах р — ф, показана на рис. 21. Штриховая часть диаграммы относится к случаю, когда нет процесса сгорания.  [c.61]

Индикаторные диаграммы четырехтактных двигателей даны на рис. 21—23. В нижней части рис. 22 и 23 в увеличенном масштабе изображены диаграммы процессов впуска и выпуска.  [c.62]

Принципиальная схема работы четырехтактного двигателя с наддувом. Наддувом называется способ увеличения количества свежего заряда цилиндров путем повышения давления его при впуске. Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя с наддувом приведена на рис. 21.  [c.52]


Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя с внешним смесеобразованием и посторонним зажиганием приведена на фиг. 8-6, а с внутренним смесеобразованием и воспламенением от сжатия (дизеля) — на фиг. 8-7 Кроме линий, изображающих изменение дав-  [c.448]
Фиг. 8-6. Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя с внешним смесеобразованием и посторонним зажиганием (карбюраторного двигателя).
На рис. 34-4 приведена та часть индикаторной диаграммы двух тактного двигателя с кривошипно-камерной (или с поперечно-щелевой) продувкой, которая отличается от индикаторной диаграммы четырехтактного двигателя.  [c.525]
Рис. 5-6. Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя с внутренним смесеобразованием.
Циклы реальных тепловых двигателей, конечно, много сложнее рассмотренного выше. К примеру на рис. 81 представлена индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя. И дело не  [c.200]

На рис. 140 сопоставлены схематизированные индикаторные диаграммы четырехтактного двигателя при изменении мощности вследствие применения различных способов регулирования. Индикаторная диаграмма, соответствующая работе двигателя на полной мощности, показана сплошной линией.  [c.328]

Для выталкивания отработавших газов и всасывания свежей смеси требуется затратить работу, которая в индикаторной диаграмме четырехтактного двигателя (рис. 63) изображается узкой площадкой 016. Эту затрату следует вычесть из полезной работы цикла. У двухтактных двигателей соответствующие затраты работы относятся к продувочному насосу.  [c.123]

Рис, 21.2, Индикаторная диаграмма четырехтактного (а) и двухтактного (б) двигателей А — выпускное окно Б — продувочное окно  [c.178]

Таким образом, действительные индикаторные диаграммы (см. рис. 66) существенно отличаются от теоретических. В карбюраторных двигателях процесс сгорания происходит при переменном объеме, в связи с этим максимальное давление сгорания меньше, чем в теоретическом цикле. Индикаторная диаграмма имеет плавные очертания у верхней и нижней мертвых точек вследствие опережения зажигания, предварения открытия и запаздывания закрытия клапанов двигателя. В индикаторной диаграмме четырехтактного дизеля процесс сгорания топлива происходит при переменном давлении и, следовательно, мощность действительного двигателя ниже, чем теоретического.  [c.161]

Действительная индикаторная диаграмма четырехтактного карбюраторного двигателя показана на фиг. 122. На индикаторной диаграмме линия сгорания с—г" отклоняется от вертикали вправо ввиду того, что сгорание заканчивается после того, как поршень отойдет от в. м. т. Мгновенное сгорание практически не наблюдается. Максимальное давление р при этом меньше, чем в теоретическом цикле  [c.287]

Рассмотрим по индикаторной диаграмме четырехтактного карбюраторного двигателя его рабочий цикл. На горизонтальной оси диаграммы откладываются объемы, Б л (дм ), занимаемые газом в цилиндре при различ-  [c.4]

Принцип действия двигателей с подводом теплоты при V = onst ясен из рис. 16.1, на котором изображены схема и индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя.  [c.534]

Цикл две с изохорным подводом теплоты, или цикл Отто (названный по имени немецкого конструктора Н. А. Отто), является идеальным для всех карбюраторных и газовых двигателей. На рис. 9.3, а изображена действительная индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя с быстрым сгоранием рабочей смеси при V = onst. Рассмотри.м работу двигателя по циклу Отто.  [c.172]

На фиг. 8.5 в координатах v—p представлена теоретическая индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя со сгоранием топлива при постоянном давлении, а на фиг. 8. 6 эта диахрамма по казана в системе координат 5—Т.  [c.165]

Фиг. 164. Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя со сгоранием при V = onst.

Действительная индикаторная диаграмма | Теория

Индикаторная диаграмма — это графическое изображение изменения давления горючей смеси в цилиндре двигателя в зависимости от положения поршня.

Полезная работа, которую совершает поршень при перемещении внутри цилиндра, получается в результате частичного преобразования теплоты при сгорании топлива. Эту работу называют индикаторной.

Индикаторная работа соответствует площади, заключенной между кривой сжатия и кривой расширения на индикаторной диаграмме:

Рис. Действительные и расчетные индикаторные диаграммы: а — карбюраторного двигателя; б — дизеля (сплошная линия — расчетный цикл, пунктирная линия — реальный цикл)

Площадь на индикаторной диаграмме, заключенная между кривыми впуска и выпуска, соответствует работе, затраченной на процесс газообмена (насосные ходы поршня).

Точки с и z’ полученные на расчетной индикаторной диаграмме, не соответствуют реально протекающим процессам сжатия и сгорания. В результате предварительного открытия клапанов и запаздывания их закрытия относительно ВМТ и НМТ поршня часть площади, соответствующей индикаторной работе, выпадает из расчетной индикаторной диаграммы (пунктирная линия b’bb»).

В результате площадь действительной индикаторной работы (сплошные линии) оказывается меньше расчетной (штриховые линии).

Для получения действительной индикаторной диаграммы используют коэффициент скругления фi.

Значения коэффициента скругления в зависимости от типа четырехтактного двигателя от 0,92 до 0,97.

Индикаторная диаграмма двухтактного двигателя - Энциклопедия по машиностроению XXL

ИНДИКАТОРНАЯ ДИАГРАММА ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ  [c.288]

Рассмотрим индикаторную диаграмму двухтактных двигателей (фиг. 124). Процесс сжатия при ходе поршня от н. м. т. начинается с момента закрытия поршнем окон цилиндра, г. е. с точки а.  [c.288]


Индикаторная диаграмма двухтактного двигателя 289  [c.289]

На рис. 1 показаны индикаторные диаграммы рабочего цикла четырехтактного карбюраторного двигателя (рис. 1,а) и четырехтактного дизеля (рис. 1,6). По вертикальным осям диаграмм откладывается давление газов в цилиндре р кг см ), а по горизонтальной оси объем в цилиндре над поршнем V (см ). Вертикальные линии на диаграмме отмечают объемы, соответствующие нахождению поршня в верхней мертвой точке (в.м.т.) и нижней мертвой точке (н.м.т.), а горизонтальная линия ро — атмосферное давление. Индикаторные диаграммы двухтактных двигателей, карбюраторного и дизеля, показаны на рис. 1,ей 1,г.  [c.6]

Проверка процессов продувки и выхлопа. Диаграмма, представленная на фиг. 235, изображает собою нижнюю часть индикаторной диаграммы двухтактного двигателя.  [c.303]

На рис. 3 приведена индикаторная диаграмма двухтактного двигателя с воспламенением от сжатия и прямоточной продувкой (ЯАЗ-206). Так как этот двигатель имеет нагнетатель воздуха, то вся диаграмма располагается выше линии атмосферного давления.  [c.11]

Индикаторная диаграмма двухтактного двигателя с воспламенением от сжатия и прямоточной продувкой вследствие того, что наполнение цилиндра воздухом происходит под давлением, вся (рис. 5) располагается над атмосферной линией. Линия а—с изображает наполнение цилиндра (конец продувки) и процесс сжатия. Линия с—г—показывает процесс сгорания по смешанному циклу, линия 2—Ь — расширение газов, продолжающееся до момента открытия выпускного окна в точке Ь, где давление начинает резко падать. В точ-  [c.15]

Рис. 5. Индикаторная диаграмма двухтактного двигателя с воспламенением от сжатия
Индикаторная диаграмма двухтактного двигателя, работающего на газообразном топливе, приведена на фиг. 8.  [c.26]

На фиг. 168 изображена индикаторная диаграмма двухтактного двигателя. Линия епа соответствует выпуску, причем на участке па одновременно происходит и продувка цилиндра. На участке ап продолжается продувка и зарядка цилиндра свежим воздухом. Окончательное удаление остатков продуктов сгорания происходит ка участке п е. Все последующие элементы цикла подобны описанному для четырехтактных двигателей.  [c.293]


Метод определения величин, характеризующих состояние газов в граничных (а, с, г, Ь) и в промежуточных точках индикаторных диаграмм двухтактных двигателей, не отличается от методов расчетов, применяемых для четырехтактных двигателей. Исключение представляет расчет процессов перезарядки или продувки цилиндров .  [c.257]

Индикаторные диаграммы двухтактных двигателей высокого и низкого сжатия показаны соответственно на фиг. 8-8 и 8-9.  [c.449]

Рис. 34-4. Схема индикаторной диаграммы двухтактного двигателя с поперечно-щелевой продувкой
На рис 6.16 приведена индикаторная диаграмма двухтактного бескомпрессорного дизеля с поперечно-щелевой продувкой. Линия ее соответствует выпуску, линия е ае—продувке цилиндра, вб —утечке свежего заряда. Процессы сжатия, сгорания и расширения происходят так же, как в четырехтактном двигателе (участок в сйе).  [c.261]

На рис. П.90 представлены схема цилиндра и теоретическая индикаторная диаграмма двухтактного карбюраторного двигателя. Когда поршень приходит в в. м. т., над поршнем находится сжатая горючая смесь, которая воспламеняется электрической искрой и сгорает теоретически при постоянном объеме — линия 2—3. Продукты сгорания, расширяясь, перемещают поршень — процесс 3—4. При дальнейшем движении к н. ы. т.  [c.229]

Индикаторная диаграмма двухтактного карбюраторного двигателя.  [c.41]

Индикаторная диаграмма двухтактных дизельных двигателей ЯАЗ-М-204 и ЯАЗ-М-206 приведена на рис. 3. В начале первого такта (при нахождении поршня в н. м. т.) продувочные отверстия и выпускные клапаны открыты, и происходит удаление отработавших газов — продувка и наполнение цилиндра свежим  [c.12]

Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя представлена на фиг. 52. Площадь индикаторной диаграммы соответствует работе в цилиндре за один цикл, т. е. за один оборот в двухтактном и за два оборота в четырехтактном двигателе. При определении работы в цилиндре из площади Р, заключенной между линиями сжатия и расширения, следует вычесть площадь /, заключенную между линиями всасывания и выхлопа. При индицировании двигателей в эксплуатационных условиях площадью / вследствие малой величины обычно пренебрегают.  [c.111]

Рнс. 15. Индикаторная диаграмма двухтактного комбинированного двигателя в координатах р—  [c.20]

Для выталкивания отработавших газов и всасывания свежей смеси требуется затратить работу, которая в индикаторной диаграмме четырехтактного двигателя (рис. 63) изображается узкой площадкой 016. Эту затрату следует вычесть из полезной работы цикла. У двухтактных двигателей соответствующие затраты работы относятся к продувочному насосу.  [c.123]

Рис, 21.2, Индикаторная диаграмма четырехтактного (а) и двухтактного (б) двигателей А — выпускное окно Б — продувочное окно  [c.178]

Вследствие наличия в цилиндрах двухтактных двигателей продувочных окон из всего рабочего объема цилиндра Vh при сжатии и расширении рабочего тела используется лишь часть этого объема, равная V (рис. 9.10). Другая часть объема, равная Vh—Vh, называется потерянным объемом. Если доля потерянного объема для исследуемого двигателя неизвестна, то объем Vh можно определить подбором (см. ниже обработку индикаторной диаграммы). Тогда действительная степень сжатия определится соотношением  [c.118]

Среднее индикаторное давление принято относить к полному рабочему объему цилиндров Vh как в четырехтактных, так и в двухтактных двигателях. При графическом определении среднего индикаторного давления, как это сделано в работе ТД-7, трудно обеспечить необходимую точность и, кроме того, для расчета требуется много времени, в связи с чем целесообразно применить другой, графоаналитический метод, основанный на приближенном вычислении интеграла Ьщ = j)pdV. Этот метод определения Pi позволяет использовать ЭВМ при обработке индикаторной диаграммы. При наличии соответствующей аппаратуры сигнал, получаемый от электрического датчика давления, вводится непосредственно в ЭВМ.  [c.120]

Различают два типа поршневых ДВС — четырехтактные и двухтактные. У четырехтактного двигателя, индикаторная диаграмма которого изображена на рис. 22.2,а, отдельным процессам соответствуют 01 — всасывание топливной смеси (1-й такт) 12 — сжатие смеси (2-й такт) 23 — сгорание+54 — расширение продуктов сгорания+45 — выхлоп (3-й такт) 50 — выталкивание продуктов сгорания (4-й такт).  [c.202]

Второй такт соответствует ходу поршня от нижней к верхней мертвой точке. В начале этого хода продолжается процесс продувки и заполнения цилиндра свежим зарядом. Конец продувки цилиндра (точка / на индикаторной диаграмме) определяется моментом закрытия впускных окон. Процесс выпуска продуктов сгорания еще продолжается. В точке а закрываются выпускные окна и начинается процесс сжатия. При прямоточно-клапанной продувке выпускные клапаны закрываются одновременно с впускными окнами или несколько ранее. Давление в цилиндре к концу зарядки в двухтактных двигателях несколько выше атмосферного. Оно зависит от давления продувочного воздуха. С момента окончания продувки и полного перекрытия выпускных окон начинается процесс сжатия. Когда поршень не доходит на 10—30° по углу поворота коленчатого вала до в. м. т. (точка с ), в цилиндр через форсунку подается топливо или производится зажигание смеси и цикл повторяется.  [c.163]

Изобразите индикаторную диаграмму и расскажите о рабочем процессе двухтактного двигателя.  [c.284]

Для двухтактного двигателя принимается во внимание вся индикаторная диаграмма, а для четырехтактного — без учета части диаграммы, соответствующей выпуску и впуску. Последнее делается из практических соображений, чтобы не снимать при промышленных испытаниях диаграммы слабой пружиной всякий раз, когда нужно определить р .  [c.290]

На фиг. 2 3й,щ изображена индикаторная диаграмма продувочного насоса двухтактного двигателя.  [c.302]

Поскольку весь цикл работы завершается и индикаторная диаграмма замыкается за два хода поршня — за один оборот вала, двигатель является двухтактным.  [c.230]

Откладывая этот отрезок на чертеже, получаем положение н. м. т., после чего, делая скругление диаграммы у в. м. т. и нанося приближенно хвостовую часть, как показано на фиг. 116, получим действительную индикаторную диаграмму двигателя, работающего по двухтактному циклу.  [c.112]

Из рассмотрения рабочего цикла двухтактного двигателя (индикаторная диаграмма на рис. 5, а) видно, что на части хода поршня, когда происходит газообмен, полезная работа не совершается. Объем соответствующий этой части хода поршня, называется потерянным. Тогда объем, описываемый поршнем при движении от  [c.26]

В двухтактных двигателях вся площадь индикаторной диаграммы представляет собой в определенном масштабе полезную индикаторную работу (рис. 11, б). Чем больше индикаторная работа тем лучше использование рабочего объема Уь цилиндра двигателя.  [c.32]

От давления тазов р на поршень со стороны камеры сгорания (эта сила определяется по индикаторной диаграмме) и от давления газов р"г со стороны картера (это давление обычно равно атмосферному ро). В двигателях двойного действия давление р"т определяется по индикаторной диаграмме для подпоршневой полости. В двухтактных двигателях с кривошипно-камерной схемой газообмена, а также в двухтактных судовых малооборотных двигателях, в которых подпоршневое пространство используется как продувочный насос, давление р"г будет переменным по времени. Результирующая удельная сила газов, или давление на поршень определяется разностью рг=р г—р"г-  [c.68]

Рпс. 81. Схема устройства двухтактного двигателя внутреннего сгорания и его индикаторная диаграмма  [c.136]

На фиг. 94 показана схема двухтактного двигателя и его теоретическая индикаторная диаграмма. В нижней части цилиндр имеет окна, которые открываются непосредственно поршнем при приближении его к нижней мертвой точке. В одной половине окружности цилиндра располагаются выпускные окна, в другой — продувочные. Первые имеют большую высоту и открываются поэтому раньше  [c.172]

На рис. 11.92 представлены схема цилиндра и теоретическая индикаторная диаграмма двухтактного бескомпрессорного дизеля. Когда поршень приходит в в. м. т., под ним находится сжатый воздух, имеющий высокую температуру. В этот воздух через форсунку Р впрыскивается мелко распыленное тяжелое жидкое топливо, которое испаряется, воспламеняется и сгорает. Сгорание происходит, как и в четырехтактных двигателях, теоретически при неизменном объеме, а затем при неизменном давлении — линия 2—3 и 3 —3. Газы, образовавшиеся в результате сгорания топлива, адиабатно расширяясь, производят работу — линия 3—4. В точке 4 открывается выпускной клапан В и происходит свободный выпуск отработавших газов до момента, когда движущийся к н. м. т. поршень откроет продувочные окна (щели) т в стенках цилиндра. Через эти окна поступает продувочный воздух с давлением 0,12—0,14 МПа (1,22—1,43 кгс/см-) и вытесняет через клапан В неудалившиеся отработавшие газы. В момент закрытия  [c.231]

На рис. 3 приведена индикаторная диаграмма двухтактных дизельных двигателей с прямоточной продувкой (ЯАЗ-М204А и ЯАЗ-М206А), устанавливаемых на автомобилях МАЗ-200, КрАЗ-219 и их модификациях. Как как этот двигатель имеет нагнетатель воздуха, то вся диаграмма располагается выше линии атмосферного давления.  [c.10]

Индикаторная работа двигателя определяется по индикаторной диаграмме. Она равна площади диаграммы с учетом ее масштаба. Например, для двухтактного двигателя (см. рис. 6.16) она равна площади аЬсйеа.  [c.266]

Индикаторная диаграмма — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Индикаторная диаграмма — для различных поршневых механизмов графическая зависимость давления в цилиндре от хода поршня (или в зависимости от объёма, занимаемого газом или жидкостью в цилиндре). Индикаторные диаграммы строятся при исследовании работы поршневых насосов, двигателей внутреннего сгорания, паровых машин и других механизмов.

Индикаторная диаграмма парового двигателя паровоза (показана замкнутой красной линией)

Индикаторная диаграмма представляет собой замкнутую линию. По оси абсцисс откладывают величину хода поршня (или объём рабочей среды), а по оси ординат — давление.

По форме индикаторных диаграмм можно судить об исправности механизма, и при отклонении от нормальной формы диаграммы можно определять - в чём именно заключается неисправность. Иными словами, индикаторные диаграммы используют в технической диагностике поршневых механизмов.

Кроме того, с помощью индикаторных диаграмм можно определять индикаторную мощность и определять КПД механизма.

Термин "индикаторная диаграмма" применяется также в нефтегазовой промышленности по отношению к нефтяным и газовым скважинам, где он носит иной смысл.

Методика индикаторных диаграмм получила развитие благодаря Джеймсу Ватту и его наёмному работнику Джону Соузерну (1758-1815), которые использовали их для улучшения КПД двигателей. В 1796 году Соузерн использовал простой, но несовершенный, метод получения диаграмм путём прикрепления планки таким образом, чтобы она двигалась синхронно с поршнем, и так измерялся "объём" оси, вдоль которой двигался поршень, в то время как карандаш, связанный с измерителем давления, двигался в перпендикулярном поршню направлении, отслеживая таким образом "давление".

Индикаторная диаграмма Ватта

Ватт использовал индикаторную диаграмму, чтобы осуществить радикальные улучшения паровых двигателей, и долго держал их в секрете как коммерческую тайну.

  • Маковозов М.И. Гидравлика и гидравлические машины. - Государственное научно-техническое издательство, Москва, 1962.

Принцип действия и индикаторная диаграмма двухтактного дизеля

Рабочий цикл двухтактного двигателя осуществляется за два такта (за один оборот коленчатого вала). Процессы выпуска и наполнения ци­линдра воздухом происходят только на части хода поршня (130—150° пово­рота коленчатого вала), а потому они значительно отличаются от таких же процессов в четырехтактных двигателях.

Процессы очистки цилиндра (выпу­ска) и продувки (наполнения) весьма сложны и зависят и от типа двигателя, и от самого устройства органов продувки и выпуска. В судовых двухтактных дизелях нашли применение различные устройства органов продувки и вы­пуска, т. е. различные системы продувок.

На рис. 8 изображена схема устройства двухтактного дизеля тронкового типа с прямоточно-клапанной продувкой.

В нижней части боковой поверхности рабочего цилиндра расположены продувочные окна, а в крышке цилиндра — выпускные клапаны. Продувоч­ный воздух нагнетается в цилиндр продувочным насосом (в рассматриваемой схеме — продувочный насос роторного типа, или объемный насос). Он рас­положен сбоку и приводится в действие от распределительного вала. Вы­пускные клапаны приводятся в действие от распределительного вала, число оборотов которого равно числу оборотов коленчатого вала.

Индикаторная диаграмма данного двигателя показана на рис. 9.

Первый такт — сжатие воздуха в цилиндре начинается с момента пере­крытия поршнем продувочных окон (точка 7, рис. 8 и 9). Выпускные кла­паны закрыты. Давление воздуха в конце сжатия (точка 2) достигает 35— 50 кГ/см2 и температура 700—750° С.

Второй такт включает горение топлива, расширение продуктов сго­рания, выпуск и продувку. Процесс подачи топлива в цилиндр и его сго­рание заканчиваются так же, как и в четырехтактном дизеле, и осуще­ствляются в период расширения (точка 3). Начало подачи топлива — точка 2' (рис. 9), а точка 2 — конец сжатия.

Максимальное давление цикла достигает 55—80 кГ/см2, а температу­ра 1700—1800° С.

При дальнейшем движении поршня от ВМТ к НМТ происходит расши­рение продуктов сгорания и в момент открытия выпускных клапанов (точка 4), которые открываются раньше открытия кромкой поршня продувоч­ных окон, начинается выпуск.

Открытие выпускных клапанов раньше открытия продувочных окон необходимо для снижения давления в цилиндре до давления продувочного воздуха к моменту открытия продувочных окон.

Следовательно, с момента начала открытия порш­нем продувочных окон (точка 5) до полного их открытия (точка 6) и вновь до момента закры­тия окон (точка 1, при обратном движении поршня от НМТ к ВМТ) происходит процесс продувки цилиндра.

Продувочный воздух, заполняя цилиндр, поднимается вверх, вытесняя отработавшие газы из цилиндра через клапаны в выпускной тракт.

Таким образом происходит одновременная очи­стка цилиндра от отработавших газов и на­полнение цилиндра свежим зарядом воз­духа.

Закрытие выпускных клапанов (конец вы­пуска) производится несколько позже закрытия поршнем продувочных окон (точка 6), что спо­собствует лучшей очистке верхней части цилин­дра от отработавших газов.

После закрытия выпускных клапанов рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

На рис. 10 приведена развернутая индикаторная диаграмма рассма­триваемого двухтактного дизеля, а на рис. 11—его круговая диаграмма рас­пределения. Обозначения фаз распределения такие же, как и на рис. 9.

Как видно на индикаторной диаграмме, давление в цилиндре всегда выше атмосферного. Величина минимального давления в цилиндре зависит от величины давления продувочного воздуха. Давление продувочного воз­духа составляет 1,2—1,5 ата и при работе двигателя с наддувом повы­шается до 2,5 ата.

На круговой диаграмме (см. рис. 11) углы обозначают следующие фазы распределения.


карбюраторного и дизеля. Параметры тактов рабочего процесса. Индикаторная диаграмма.

Рабочим циклом двигателя назы­вается периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих прев­ращение тепловой энергии в механи­ческую работу.

Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т. е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтакт­ным. В настоящее время двухтакт­ные двигатели на автомобилях не применяют, а используют лишь на мотоциклах и как пусковые двигате­ли на тракторах. Это связано прежде всего с тем, что они имеют сравни­тельно высокий расход топлива и не­достаточное наполнение горючей сме­си из-за плохой очистки цилиндров от отработавших газов.

Автомобильные двигатели рабо­тают, как правило, по четырех­тактному циклу, который со­вершается за два оборота коленча­того вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.

В карбюраторном четырехтактном одноцилиндровом двигателе (рис. 1.3) рабочий цикл происходит сле­дующим образом.

Такт впуска (рис. 1.3, а). Поршень 1 находится в в.м.т. и по мере вращения коленчатого вала 9 (за один его полуоборот) перемещается от в.м.т. к н.м.т. При этом впускной клапан 4 открыт, а выпускной клапан 6 закрыт. При движении поршня вниз объем над ним увеличивается, поэтому в цилиндре 2 создается разряжение, равное 0,07—0,095 МПа, в результате чего свежий заряд горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной трубопровод 3 в цилиндр. От соприкосновения свежего заряда с нагретыми деталями в конце такта впуска он имеет температуру 75—125°С. Степень заполнения цилиндра свежим зарядом характеризуется коэффициентом наполнения, который для высокооборотных карбюраторных двигателей находится в пределах 0,65—0,75. Чем выше коэффициент наполнения, тем большую мощность развивает двигатель.

Такт сжатия (рис. 1.3,6). После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т. Впускной клапан 4 закрывается, а выпускной 6 закрыт. По мере сжатия горючей смеси температура и давление ее

повышаются. В зависимости от степени сжатия давление в конце такта сжатия может составлять 0,8—1,5 МПа, а температура газов 300—450 °С.

Такт расширения, или рабочий ход (рис. 1.3,0). В конце такта сжатия горючая смесь воспламеняется от электрической искры, возникающей между электродами свечи 5, и быстро сгорает, в результате чего температура и давление образующихся газов резко возрастают, поршень при этом перемещается от в.м.т. к н.м.т. Максимальное давление газов на поршень при сгорании для карбюраторных двигателей находится в пределах 3,5—5 МПа, а температура газов 2100—2400 °С

При такте расширения шарнирно связанный с поршнем шатун 8 совершает сложное движение и через кривошип передает вращение коленчатому валу. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при этом такте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня давление в цилиндре снижается до 0,3—0,75 МПа, а температура — до 900—1200 °С.

Такт выпуска (рис. 1.3, г). Коленчатый вал 9 через шатун перемещает поршень от н.м.т. к в.м.т. При этом выпускной клапан 6 открыт и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной трубопровод 7. В начале процесса выпуска продуктов сгорания давление в цилиндре значительно выше атмосферного, но к концу такта оно падает до 0,105—0,120 МПа, а температура газов в начале такта выпуска составляет 750—900 °С, понижаясь к его концу до 500—600 °С. Полностью очистить цилиндры двигателя от продуктов сгорания практически невозможно (слишком мало времени), поэтому при последующем впуске свежей горючей смеси она перемешивается с остаточными отработавшими газами и называется рабочей смесью,

Коэффициент остаточных газов характеризует степень загрязнения свежего заряда отработавшими газами и представляет собой отношение массы продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре, к массе свежей горючей смеси. Для современных карбюраторных двигателей коэффициент остаточных газов находится в пределах 0,06—0,12. По отношению к рабочему ходу такты впуска, сжатия и выпуска являются вспомогательными. Рабочие циклы четырехтактного дизеля и карбюраторного двигателя существенно различаются по способу смесеобразования и воспламенения

рабочей смеси. Основное отличие состоит в том, что в цилиндр дизеля при такте впуска поступает не горючая смесь, а воздух, который из-за большой степени сжатия нагревается до высокой температуры, а затем в него впрыскивается мелкораспыленное топливо, которое под действием высокой температуры воздуха самовоспламеняется.

В четырехтактном дизеле (рис. 1.4) рабочие процессы происходят следующим образом.

Такт впуска (рис. 1.4, а). При движении поршня 2 от в.м.т. к н.м.т. вследствие образующегося разряжения из воздухоочистителя 4 в полость цилиндра 7 через открытый впускной клапан 5 поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0,08—0,95 МПа, а температура 40—60 °С.

Такт сжатия (рис. 1.4, б). Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. Впускной 5 и выпускной 6 клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень 2 сжимает имеющийся в цилиндре воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. Из-за высокой степени сжатия температура воздуха достигает 550—700 °С при давлении воздуха внутри цилиндра 4,0—5,0 МПа.

Такт расширения, или рабочий ход (рис. 1.4, в). При подходе поршня к в.м.т. в цилиндр через форсунку 3 впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом /. Впрыснутое топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, самовоспламеняется и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6—9 МПа, а температура 1800—2000 °С. Под действием давления газов поршень 2 перемещается от в.м.т. к н.м.т. Происходит рабочий ход. Около н.м.т. давление снижается до 0,3—0,5 МПа, а температура —до 700—900 °С.

Такт выпуска (рис. 1.4, г). Поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т. и через открытый выпускной клапан в отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газа снижается до 0,11—0,12 МПа, а температура — до 500—700 °С. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности, Показатели работы двигателя. Работа, совершаемая газами в единицу времени внутри цилиндра двигателя, называется индикаторной мощностью.

Мощность, получаемая на колен­чатом валу двигателя, называется эффективной мощностью. Она меньше индикаторной на зна­чение мощности, затрачиваемой на насосные потери и на трение в кривошипно-шатунном и газораспредели­тельном механизмах двигателя, а также на * приведение в действие вентилятора, жидкостного насоса и других вспомогательных устройств.

Таким образом, эффективная мощ­ность меньше, чем индикаторная мощность, из-за механических потерь, расходуемых в механизмах и системах двигателя. На основании этого механическим к.п.д. (коэффициентом полезного дейст­вия) двигателя называют отношение эффективной мощности к индикатор­ной.

Механический к.п.д. карбюратор­ных двигателей составляет 0,70— 0,85, а дизелей — 0,73—0,87.

Мощностные показатели двигате­ля в значительной мере определя­ются количеством теплоты, превра­щенным в полезную работу. Сте­пень использования теплоты, вве­денной в двигатель с топливом, оценивают эффективным к.п.д. г|е, который представляет собой от­ношение количества теплоты Qe, превращенной в эффективную рабо­ту, к количеству теплоты Qt, выде­лившейся в результате сгорания топлива, T|e = Qe/Q/.

Для карбюраторных двигателей т]е = 0,23-^0,30, для дизелей т)е = =0,28 -=- 0,40.

К показателям, характеризующим топливную экономичность двигателя, относятся расходы топлива. Часо­вой расход топлива G^ показы­вает количество топлива в килограм­мах, потребляемое двигателем на данном режиме работы за 1 ч. Для оценки экономичности двигателя обычно пользуются эффектив­ным удельным, расходом топлива ge, представляющим собой отношение часового расхода топлива GT к эффективной мощности двига­теля jVe: ge=GT//Ve.

Для карбюраторных двигателей ge = 300-f-340 г/(кВт-ч), для дизе­лей £е = 220-т-260 г/(кВт-ч).

Индикаторная диаграмма двигателя | Индикаторная мощность ДВС

     Здравствуйте! Диаграмму цикла двигателя внутреннего сгорания, вычерченную в системе координат v — p и характеризующую величину работы, получаемой в цилиндре двигателя за один цикл, можно построить на основе расчетов (теоретическая диаграмма), или снять непосредственно с работающего двигателя его индицированием (действительная индикаторная диаграмма) специальными приборами — индикаторами.

     На рис. 1. изображена индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя. Полезная площадь диаграммы равна алгебраической сумме положительной площади (со знаком «+»), соответствующей работе за такты сжатия и расширения, и отрицательной площади (со знаком «-»), которая соответствует работе, затраченной на осуществление тактов впуска и выпуска (насосная работа).

В двухтактных двигателях вся площадь индикаторной диаграммы представляет собой полезную индикаторную работу. Работа цикла определяется из выражения Li = piFS = piVh, где рi — среднее индикаторное давление, Па; F — площадь поршня, м2; S — ход поршня, м; Vh — рабочий объем цилиндра, м3.

      Среднее индикаторное давление находят по индикаторной диаграмме следующим образом. Планиметром или каким-либо другим способом измеряют площадь f (в мм²) индикаторной диаграммы, представляющую собой индикаторную работу. Разделив полученную площадь f на длину l (в мм) индикаторной диаграммы, получают высоту h (в мм) прямоугольника, равновеликого по площади индикаторной диаграмме. Эта высота с учетом масштаба оси ординат равна среднему индикаторному давлению: pi = f/lm, где m — масштаб оси ординат (давлений) индикаторной диаграммы, мм/Па.

     Таким образом, среднее индикаторное давление равно некоторому условному постоянному давлению, под действием которого поршень в процессе расширения газа создает работу, равную фактической работе газа в цилиндре за один цикл (индикаторной работе).

      Среднее индикаторное давление зависит от количества подаваемого в цилиндр топлива и изменяется с изменением нагрузки двигателя. Для различных двигателей оно имеет различные значения в зависимости от применяемого цикла, коэффициента избытка воздуха, степени сжатия и др. Наибольшее среднее индикаторное давление достигается в авиационных двигателях, в которых сжигание топлива происходит с минимальными коэффициентами избытка воздуха.

     Величина рi является очень важной характеристикой, так как работа двигателя, при определенных размерах цилиндра Vh прямо пропорциональна среднему индикаторному давлению. Мощность, развиваемая в каждом цилиндре и соответствующая индикаторной работе Li, определяется по формуле

(1)

где n— число оборотов в минуту; i — тактность двигателя
Для многоцилиндрового двигателя простого действия с числом цилиндров z общая мощность равна

(2)

     Согласно формулам (1) и (2), мощность двигателя можно повысить за счет увеличения размеров Vh и числа цилиндров z, а также числа оборотов n или за счет уменьшения тактности i. Наиболее эффективным способом увеличения мощности двигателя является применение наддува, увеличивающего среднее индикаторное давление. В двигателях с наддувом свежая смесь предварительно сжимается в компрессоре, благодаря чему увеличивается масса заряда в цилиндре. В результате в том же объеме цилиндра сжигается больше топлива и, следовательно, развивается большая мощность. В некоторых дизелях применение наддува приводит к увеличению мощности в 1,5—2,5 раза.

     Эффективная мощность равна разности индикаторной мощности и мощности, затрачиваемой на преодоление сил трения и привод вспомогательных устройств: Ne = Ni — Nтр. Мощность, затрачиваемую на механические потери, и эффективную мощность двигателя, определяют опытным путем.

     Таким образом, увеличение мощности двигателя достигается повышением степени сжатия, увеличением числа оборотов, количества цилиндров, применением двухтактного процесса, наддува, использованием полостей цилиндра по обе стороны поршня в качестве рабочих (двигатели двойного действия) и снижением различного рода потерь энергии. Исп. литература: 1) Теплотехника, под ред. И.Н.Сушкина, Москва, «Металлургия», 1973. 2) Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,"Вышейшая школа", 1976.


Индикаторная диаграмма 2-тактного ДВС. — КиберПедия

Основное отличие 2-тактного двигателя от 4-тактного заключается в способе газообмена – очистки цилиндра от продуктов сгорания и зарядки его свежим воздухом или горячей смесью.

Устройства газораспределения 2-тактных двигателей – щели во втулке цилиндра, перекрываемые поршнем, и клапаны или золотники.

Рабочий цикл:

После сгорания топлива начинается процесс расширения газов (рабочий ход). Поршень движется к нижней мертвой точке (НМТ). В конце процесса расширения поршень 1 открывает впускные щели (окна) 3 (точка b) или открываются выпускные клапана, сообщая полость цилиндра через выхлопную трубу с атмосферой. При этом часть продуктов сгорания выходит из цилиндра и давление в нем падает до давления продувочного воздуха Pd. В точке d поршень открывает продувочные окна 2, через которые в цилиндр подается смесь топлива с воздухом под давлением 1,23-1,42 бар. Дальнейшее падение замедляется, т.к. в цилиндр поступает воздух. От точки d до НМТ одновременно открыты выпускные и продувочные окна. Период, в течении которого одновременно открыты продувочные и выпускные окна, называется продувкой. В этот период цилиндр наполняется смесью воздуха, а продукты сгорания вытесняются из него.

Второй такт соответствует ходу поршня от нижней к верхней мертвой точке. В начале хода продолжается процесс продувки. Точка f – конец продувки – закрытие впускных окон. В точке а закрываются выпускные окна и начинается процесс сжатия. Давление в цилиндре к концу зарядки несколько выше атмосферного. Оно зависит от давления продувочного воздуха. С момента окончания продувки и полного перекрытия выпускных окон начинается процесс сжатия. Когда поршень не доходит на 10-30град по углу поволрота колен.вала до ВМТ (точка с/), в цилиндр через форсунку подается топливо или производится зажигание смеси и цикл повторяется.

При одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения мощность 2-тактного значительно больше, в 1,5-1,7 раза.

 

Среднее давление теоретической диаграммы ДВС.

 

Среднее индикаторное давление ДВС.

Это такое условно постоянное давление, которое, действуя на поршень, совершает работу, равную внутренней работе газа в течение всего рабочего цикла.

Графически pi в определенном масштабе равно высоте прямоугольника mm/hh/, по площади равного площади диаграммы и имеющего ту же длину.

f- площадь индикаторной диаграммы (мм2)

l- длина инд.диаграммы - mh

kp- масштаб давления (Па/мм)

 

 

Среднее эффективное давление ДВС.



Это произведение механического кпд на среднее индикаторное давление.

ηмех,

Где ηмех=Ne/Ni. При нормальном режиме работы ηмех=0,7-0,85.

 

Механический КПД ДВС.

ηмех=Ne/Ni

- отношение эффективной мощности к индикаторной.

При нормальном режиме работы ηмех=0,7-0,85.

 

Индикаторная мощность ДВС.

Инд. мощность двигателя, получаемая внутри уилиндра, может быть определена с помощью индикаторной диаграммы, снимаемой специальным прибором – индикатором.

Инд.мощность – работа, совершаемая рабочим телом в цилиндре двигателя в ед.времени.

Инд.мощность одного цилиндра -

k- кратность двигателя

V-рабочий объем цилиндра

n-число рабочих ходов.

 

Эффективная мощность ДВС.

- полезно используемая мощность, снимаемая с колен.вала

Ne=Ni-Nтр

Nтр – сумма потерь мощности на трение между движущимися деталями двигателя и на приведение в действие вспомогательных механизмов (насосов, генератора, вентилятора и др.)

Определение эф.мощности двигателя в лабораторных условиях или при стендовых испытаниях производят с помощью спец.тормозных устройств – механических, гидравлических или электрических.

 


Смотрите также