Для чего используют коэффициент скругления индикаторной диаграммы

Основы теплотехники

Энергетические и экономические показатели работы ДВС

Действительная индикаторная диаграмма

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. 1).
Площадь на индикаторной диаграмме, заключенная между кривыми впуска и выпуска, соответствует работе, затраченной на процесс газообмена (насосные ходы поршня). Как известно, 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 индикаторной диаграммы (пунктирная линия b’bb”).

Индикаторные показатели

Индикаторными показателями называют показатели, характеризующие работу, совершаемую газами в цилиндре двигателя. Эти показатели определяют эффективность использования рабочего объема двигателя и степень преобразования выделяемой теплоты в полезную работу внутри цилиндров.
К индикаторным показателям относятся:

Среднее индикаторное давление

Среднее индикаторное давление – это условное постоянное по величине избыточное давление, которое, действуя на поршень в течение одного хода, совершает работу, равную работе газов за весь цикл:

где L_i – работа газов за один цикл в одном цилиндре двигателя; p_i – среднее индикаторное давление; F – площадь поршня; S – ход поршня; V_h – рабочий объем цилиндра.

Тогда можно записать:

Т. е. среднее индикаторное давление численно равно работе газов за цикл, отнесенной к единице рабочего объема. Таким образом, этот показатель оценивает степень эффективности использования объема цилиндра.

Значения p_i могут быть получены расчетным путем или по индикаторным диаграммам. При расчете используют параметры характерных точек расчетных циклов. При этом работа расчетного цикла может быть выражена как разность работ расширения и сжатия:

Так как работа (и среднее индикаторное давление) действительных циклов на самом деле меньше, чем расчетных циклов, то с учетом коэффициента скругления φ_i индикаторной диаграммы:

С помощью индикаторной диаграммы можно найти среднее индикаторное давление, обозначив индикаторную работу через площадь F_i :

где m_р – масштаб диаграммы по оси ординат; l – длина диаграммы по оси абсцисс.

Индикаторная мощность

Индикаторная мощность N_i – это мощность, которая развивается газами внутри цилиндра. В общем случае мощность – это скорость выполнения работы, т. е. работа, совершаемая в единицу времени. Работа газов в цилиндрах двигателя за 1 мин рассчитывается по формуле:

где n – частота вращения коленчатого вала; τ – число тактов; i – число цилиндров.

Тогда работа, совершаемая газами за 1 сек, т. е. индикаторная мощность будет равна:

Индикаторный КПД

Индикаторный КПД η_i – это отношение теплоты, преобразованной в индикаторную работу Q_i к общему количеству теплоты затраченного топлива Q₁ :

где G_тц – цикловая подача топлива; H_и – низшая теплотворная способность топлива.

Для оценки степени уменьшения использования теплоты в действительном цикле по сравнению с термодинамическим циклом используют относительный КПД η_o :

Индикаторный удельный расход топлива

Другим показателем, характеризующим экономичность действительного цикла, является индикаторный удельный расход топлива g_i :

где G_т – часовой расход топлива.

Удельный индикаторный расход топлива и индикаторный КПД связаны между собой отношением:

Из уравнения (6) получим:

Подставив это выражение в уравнение (2), получим:

Выразив цикловую подачу топлива в зависимости от цикловой подачи воздуха и коэффициента избытка воздуха, и подставив эти выражения в предыдущее уравнение, получим:

Факторы, влияющие на индикаторные показатели

На индикаторные показатели оказывают влияние следующие факторы:

1. Топливо

Изменение фракционного состава топлива в зависимости от способа смесеобразования приводит к ухудшению или улучшению индикаторных показателей.

2. Состав смеси

Для дизельных и карбюраторных двигателей состав смеси оказывает различное влияние (рис. 2).
У карбюраторного двигателя наибольшее значение индикаторного КПД достигается при α = 1,05…1,1, когда имеет место полное и достаточно быстрое сгорание топлива.
У дизелей вследствие недостатков внутреннего смесеобразования топлива полностью сгорает при α = 2,5…4,0, чему способствует наибольшее значение индикаторного КПД. Уменьшение коэффициента избытка воздуха от указанных значений приводит к недогоранию топлива, увеличению тепловых потерь с воздухом, не участвующим в горении.

3. Угол опережения зажигания

С увеличением угла опережения зажигания увеличивается максимальное давление сгорания, «жесткость» работы, потери теплоты в окружающую среду. При позднем зажигании процесс сгорания смещается на процесс расширения, из-за чего падает давление и с ним индикаторная работа. Поэтому КПД снижается при любом отклонении угла опережения зажигания от оптимального.

4.Частота вращения коленчатого вала

Рост частоты вращения коленчатого вала приводит к увеличению индикаторного КПД, поскольку сокращается время цикла и суммарная теплоотдача в стенки цилиндров. Однако при некоторых максимальных значениях частоты вращения коленчатого вала индикаторный КПД падает, так как догорание топлива все более завершается на линии расширения (по индикаторной диаграмме).

5. Нагрузка

7. Степень сжатия

Степень сжатия влияет на индикаторный КПД также, как и на термодинамический КПД, поэтому при проектировании двигателей стремятся к увеличению степени сжатия. Однако у карбюраторных двигателей увеличение степени сжатия ограничено детонацией. У дизельных двигателей индикаторный КПД при увеличении степени сжатия более некоторых оптимальных значений будет изменяться незначительно.

8. Климатические условия (окружающая среда)

При увеличении температуры окружающей среды и снижении давления уменьшается наполнение цилиндров по массе. При неизменной подаче топлива уменьшается коэффициент избытка воздуха, что ведет к снижению показателей индикаторного КПД и индикаторного давления.

Источник

2.2.6 Индикаторные показатели рабочего цикла

Эффективность действительного теплового цикла ДВС характеризуется индикаторными показателями, которые определяются расчетом или экспериментально при обработке индикаторных диаграмм. Рассмотрим следующие индикаторные показатели: среднее индикаторное давление P_i; индикаторную мощность N_i; индикаторный КПД ƞ_i ; удельный индикаторный расход топлива g_i.

Средним индикаторным давлением p_¡ ДВС называется условное постоянное давление газа, которое, действуя на поршень при расширении, совершает работу, равную работе газов за весь цикл.

Индикаторная расчетная (теоретическая) работа газов, Дж, за один цикл в одном цилиндре

где p_¡p — расчетное среднее индикаторное давление цикла, МПа;

Отсюда получаем расчетное среднее индикаторное давление, МПа:

Чтобы понять физический смысл понятия расчетного среднего индикаторного давления p_¡p, рассмотрим индикаторную диаграмму в координатах р— V на рис. 2.8. Геометрически среднее индикаторное давление газа p_¡ — это высота прямоугольника, равновеликого полезной площади действительной индикаторной диаграммы, построенного на основании V_h. Работа, эквивалентная площади теоретической индикаторной диаграммы, для рабочего цикла дизеля определится следующим образом:

Рис. 2.8. Индикаторная диаграмма и среднее индикаторное давление: р — давление газа; V— объем, занимаемый газом; Vс, V_h, Vа — соответственно
объем камеры сгорания, рабочий объем цилиндра и полный объем цилиндра;
ВМТ, НМТ — соответственно верхняя и нижняя мертвые точки положения
поршня; r — начало впуска; а — начало сжатия; с — конец сжатия; z’ — начало расширения при постоянном давлении у дизеля; r — начало расширения
при изменяющемся давлении; b — конец расширения; р₀ — давление атмосферного воздуха; р_i — среднее индикаторное давление газа

где L_z’z, L_zb — работа газов соответственно на участках z’z и zb, Дж;
L_ас — работа сжатия газа на участке ас, Дж.

Суммарная полезная работа, Дж, за цикл дизеля после определения
и сложения выражений для L_z’z, L_zb, L_ас и соответствующих
преобразований.

Делением полезной работы L_iр, Дж, на рабочий объем V_h, см3, цилиндра получаем с учетом ивыражений расчетное (теоретическое) среднее индикаторное давление дизеля, МПа:

Уравнение расчетного среднего индикаторного давления рабочего цикла бензинового двигателя получаем при подстановке в предыдущее уравнение р = 1 и δ =ε, т.е.

Площадь действительной индикаторной диаграммы меньше теоретической диаграммы за счет скругления у расчетных точек с, z’, z, b и насосных потерь Δр, возникающих при впуске и выпуске газа. Скругления диаграммы обусловлены тепловыми потерями, поскольку реальный процесс горения отличается от теоретического горения.

Среднее индикаторное давление, МПа, действительного цикла

где φ _g — коэффициент, учитывающий полноту действительной индикаторной диаграммы ( φ _g = 0,92…0,97). Значения коэффициента φ _g для бензиновых ДВС больше, чем для дизелей.

Насосные потери, МПа, в четырехтактных двигателях равны разности давлений на выпуске P_r и на впуске P_а:

Действительная величина среднего индикаторного давления р_i, при полной нагрузке составляет, МПа:

Индикаторная мощность N_i,- — мощность, развиваемая газами в цилиндре двигателя, — это работа газов в единицу времени (кДж/с).

Индикаторная работа L_i кДж, за один цикл многоцилиндрового 1 двигателя с числом цилиндров i

1 В многоцилиндровых двигателях сумма рабочих объемов всех цилиндров
выражается в литрах (1 л = 1 дм 3 ) и называется литражом двигателя.

где V_h=FS— рабочий объем цилиндра, л.

Умножив индикаторную работу на число рабочих циклов в секунду —, получим индикаторную мощность, кВт:

В действительном цикле ДВС часть теплоты отводится системой охлаждения, а часть теряется с отработавшими газами, через стенки цилиндров и за счет неполного сгорания топлива. Степень использования теплоты в действительном цикле оценивается индикаторным КПД.

где G_T, — часовой расход топлива, кг/ч; h_u— низшая удельная теплотворная способность топлива, кДж/кг; 3 600 — часовая индикаторная работа, кДж/(кВт ч) (термический эквивалент работы, равный 1 кВт ч).

Индикаторные показатели действительных циклов четырехтактных ДВС

Источник

Параметры энергетических установок

Элементарный состав и техническая характеристика топлива. Подогрев заряда в процессе впуска, расчет суммарного коэффициента сопротивления. Определение показателя политропы сжатия и расширения. Вычисление параметров рабочего цикла теплового двигателя.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Параметры окружающей среды

Давление и температуру окружающей среды при выполнении расчетов по варианту принять:

Р_о=0,01+0,0002Е7 = 0,01+0,0002Е7=0,1014 (МПа);

2. Элементарный состав и техническая характеристика топлива

Жидкие моторные топлива, используемые для автомобильных двигателей внутреннего сгорания, представляют собой совокупность целого ряда углеводородных соединений.

Его элементарный состав по массе можно представить как:

Для карбюраторных двигателей, где в качестве топлива используется бензин, с содержанием: С=0,855; Н=0,145; О_т= 0.

Для расчета согласно варианта принять:

С=0,84+0,003Еz=0,84+0,003Е7=0,861 (кг/кг топлива);

Н=1-С=1-0,861=0,139 (кг/кг топлива).

Молекулярную массу топлива используемого для автомобильных карбюраторных двигателей принять m_т=115 кг/кмоль.

Соотношение количества остаточного водорода и окиси углерода в составе продуктов сгорания принять равным величине К=0,5

3. Подогрев заряда в процессе впуска

Свежий заряд при движении во впускной системе и цилиндре соприкасается с горячими стенками. В результате происходит некоторое повышение температуры смеси. Аналитическое определение ДТ осложняется отсутствием данных для определения коэффициента теплоотдачи и средней температуры поверхностей. В связи с этим при тепловом расчете его значение подбирают на основе ранее полученных экспериментальных результатов, с учетом физики происходящих явлений. В карбюраторных двигателях часть тепловой энергии заряда расходуется на испарение мелкораспыленного топлива. В конечном итоге степень подогрева заряда в процессе впуска оценивается значением ДТ в пределах 0…20.

4. Параметры процесса выпуска отработавших и остаточных газов

Температура отработавших газов Т_r зависит от состава смеси, степени расширения и теплообмена при расширении и выпуске. Температура остаточных газов для бензиновых двигателей в зависимости от ранее приведённых условий изменяется в пределах Т_r =950…1050 К. Значения P_r и T_r принимаем самостоятельно исходя из условий окружающей среды и особенностей конструктивных параметров прототипа согласно задания. Принимаем Т_r =1000 К.

5. Суммарный коэффициент сопротивления впускной системы

6. Показатель политропы сжатия

Значение параметров процесса сжатия определяется термодинамическими параметрами рабочей смеси в начале сжатия, степени сжатия и характера теплообмена, интенсивность и направление которого и должен отражать показатель политропы сжатия. В начале процесса сжатия температура смеси ниже температуры поверхностей стенок и температура смеси повышается как за счет сжатия, так и в результате подвода теплоты от стенок поэтому n₁>к. Затем температуры стенок и рабочей смеси постепенно выравниваются (n₁=к), а при дальнейшем сжатии температура смеси больше температуры стенок, происходит теплоотдача в стенки цилиндров и камеры сгорания (n₁ о п.к.в. и захватывает часть процесса расширения. Поэтому максимальное значение давления и температуры смещены обычно на (15…20) о п.к.в. после ВМТ и имеют более низкие значения. В связи с этим при построении индикаторной диаграммы и определения действительного значения P_zд вводим поправочный коэффициент снижения максимального давления P_zд = 0,85?P_{z max}.

11. Степень сжатия двигателя

Для обеспечения нормальной работы двигателя, октановому числу бензина должно соответствовать и определенное значение степени сжатия. Для конструируемого двигатель, эксплуатируемом на бензине марки АИ-80, выбираю степень сжатия 8,0.

Источник

Индикаторная диаграмма бензинового и дизельнового двигателей. Теоретическая и действительная работа цикла. Коэффициент скругления индикаторной диаграммы.

Система питания. Устройство системы питания бензинного двигателя.

2. Система питания. Устройство системы питания дизельного двигателя.

3. Индикаторная диаграмма бензинового и дизельнового двигателей. Теоретическая и действительная работа цикла. Коэффициент скругления индикаторной диаграммы.

4. Характеристики двигателей. Регулировочная характеристика по составу смеси карбюраторного и дизельного двигателя. Регулировочная характеристика по установочному углу опережения зажигания и установочному углу опережения впрыска. Скоростная характеристика карбюраторного и дизельного двигателей.

5. Общие сведения о конструкциях кривошипно-шатунных механизмов. Основы кинематического расчета КШМ. Выбор конструктивных основных параметров КШМ. Определение кинематических параметров КШМ. Основы динамического расчёта двигателя. Силы, действующие на детали КШМ. Построение развернутой индикаторной диаграммы. Приведение масс частей КШМ. Суммарные силы, действующие в КШМ.

Система питания. Устройство системы питания бензинного двигателя.

Устройство системы питания бензинового двигателя позволяет обеспечить нормальное функционирование транспортного средства. Для этого внутри топливного агрегата происходит приготовление смеси из горючего и воздуха. Система питания бензинового двигателя также хранит и обеспечивает подачу компонентов для приготовления топлива. Смесь распределяется по цилиндрам мотора. При этом система питания ДВС работает в разных режимах. Сначала мотор должен запуститься и прогреться. Затем проходит период холостого хода. На двигатель действуют частичные нагрузки. Существуют также переходные режимы. Двигатель должен правильно функционировать при полной нагрузке, которая может возникать в неблагоприятных условиях.

Чтобы мотор работал максимально правильно, нужно обеспечить два основных условия. Топливо должно сгорать быстро и полностью. При этом образуются отработанные газы. Их токсичность не должна превышать установленные нормы. Чтобы обеспечить нормальные условия для функционирования узлов и механизмов, система питания топливом бензинового двигателя должна выполнять ряд функций. Она обеспечивает не только подачу топлива, но и производит его хранение и очистку. Также система питания очищает воздух, который подается в топливную смесь. Еще одной функцией является смешение в правильной пропорции компонентов горючего. После этого топливная смесь передается в цилиндры мотора. Независимо от разновидности бензинового ДВС, система питания включает в себя ряд конструкционных элементов. В нее входит топливный бак, который обеспечивает хранение определенного количества бензина. Также система включает в себя насос. Он обеспечивает подачу топлива, его перемещение по топливопроводу. Последний состоит из металлических труб, а также шлангов из специальной резины. По ним передается бензин из бака к двигателю. Излишек горючего также по трубкам возвращается обратно. Система подачи бензина обязательно имеет в своем составе фильтры. Они очищают горючее и воздух. Еще одним обязательным элементом являются устройства, которые готовят топливную смесь.

Система питания. Устройство системы питания дизельного двигателя.

Система питания современного дизельного ДВС представляет собой целый комплекс устройств. Основной задачей становится не просто подача топлива к инжекторным форсункам, а еще и подача горючего под высоким давлением. Давление необходимо для высокоточного дозированного впрыска в камеру сгорания цилиндра. Система питания дизеля выполняет следующие важнейшие функции:

— дозирование строго определенного количество топлива с учетом нагрузки на двигатель в том или ином режиме его работы;

— эффективный впрыск топлива в заданный промежуток времени с определенной интенсивностью;

— распыление и максимально равномерное распределение горючего по объему камеры сгорания в цилиндрах дизельного ДВС;

— предварительная фильтрация топлива перед подачей горючего в насосы системы питания и инжекторные форсунки;

Система питания дизельного двигателя состоит из следующих базовых элементов:

2. фильтры грубой очистки дизтоплива;

3. фильтры тонкой очистки топлива;

4. топливоподкачивающий насос;

5. топливный насос высокого давления (ТНВД);

6. инжекторные форсунки;

7. трубопровод низкого давления;

8. магистраль высокого давления;

9. воздушный фильтр;

В системе питания дизеля присутствуют сразу два насоса:

· топливный насос высокого давления;

Топливоподкачивающий насос обеспечивает подачу топлива из топливного бака, прокачивает горючее через фильтр грубой и тонкой очистки. Давление, которое создает топливоподкачивающий насос, позволяет осуществить подачу топлива по топливопроводу низкого давления к топливному насосу высокого давления.

ТНВД реализует подачу топлива к форсункам под высоким давлением. Подача происходит в соответствии с порядком работы цилиндров дизельного мотора. Топливный насос высокого давления имеет определенное количество одинаковых секций. Каждая из таких секций ТНВД соответствует определенному цилиндру дизельного двигателя.

Индикаторная диаграмма бензинового и дизельнового двигателей. Теоретическая и действительная работа цикла. Коэффициент скругления индикаторной диаграммы.

Индикаторная диаграмма бензинового

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

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

Индикаторная диаграмма дизельного двигателя

Рассмотрение и анализ теоретических циклов позволяет сделать следующие выводы:

1. Экономичность цикла (теплоиспользование) повышается с увеличением показателя адиабаты сжатия и расширения k (зависит от свойств рабочего тела) и степени сжатия ε. На работоспособность цикла кроме k и ε оказывает влияние величина начального давления pа.

2. По циклу с подводом теплоты при постоянном объеме целесообразно осуществлять рабочий процесс реального двигателя со степенями сжатия, не превышающими ε = 11 – 12. Дальнейшее повышение степени сжатия дает увеличение удельной работы и к.п.д. цикла, но незначительно, а также возникает необходимость в применении топлив с высокими антидетонационными свойствами.

3. При одинаковых начальных условиях и одинаковом количестве подведенной теплоты значения термического к.п.д. и среднего давления цикла со смешанным подводом теплоты всегда меньше соответствующих значений цикла с подводом теплоты при постоянном объеме. В цикле со смешанным подводом теплоты при увеличении доли теплоты, подводимой при V = const, и при уменьшении доли теплоты, подводимой при р = const, повышаются значения термического к.п.д. и среднего давления цикла.

4. Цикл со смешанным подводом теплоты целесообразно применять при значительных степенях сжатия (больше 12) и с возможно большими значениями степени повышения давления. По данному циклу работают все быстроходные автомобильные и тракторные дизели без наддува. КПД цикла со смешанным подводом теплоты может превышать КПД двигателей с искровым зажиганием (цикл при V = const) за счет возможного использования более высоких значений степени сжатия.

Действительным циклом поршневого д. в. с. называют комплекс периодически повторяющихся процессов, осуществляемых с целью превращения термохимической энергии топлива в механическую работу.

Изменение давления газа в цилиндре работающего двигателя определяют с помощью специального прибора — индикатора давления, а получаемую при этом диаграмму в координатах давление

Действительный цикл четырехтактного двигателя совершается за два оборота коленчатого вала и состоит из следующих процессов: • газообмена — впуск свежего заряда и выпуск отработавших газов сжатия сгорания (расширения. При впуске свежего заряда поршень движется, освобождая над собой объем, который заполняется смесью воздуха с топливом в карбюраторных двигателях и чистым воздухом в дизелях.

Коэффициент скругления (полноты) индикаторной диаграммы учитывает отклонения действительного процесса от расчетного цикла вследствие конечных скоростей сгорания, а также опережения зажигания и предварения выпуска.

Значения обычно колеблются в пределах:

– для двигателей с искровым зажиганием = 0,94…0,97;

+– для дизелей = 0,92…0,95.

Характеристики двигателей. Регулировочная характеристика по составу смеси карбюраторного и дизельного двигателя. Регулировочная характеристика по установочному углу опережения зажигания и установочному углу опережения впрыска. Скоростная характеристика карбюраторного и дизельного двигателей.

Характеристикой двигателя называется зависимость основных показателей

его работы (мощности, вращающего момента на выходном валу, расхода

топлива) от одного из параметров режима работы (частоты вращения

коленчатого вала, внешней нагрузки и т п). Характеристики двигателя

определяют его’ эксплуатационные качества, ‘уровень технического

совершенства, правильность регулировок, а также его назначение.

‘основные характеристики автомобильных двигателей определяются гост

14846-81 «Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний»

скоростная характеристика — зависимость основных эффективных.

показателей работы двигателя от частоты вращения его коленчатого вала;

коэффициент приспособляемости — способность двигателя

преодолевать кратковременные перегрузки;

нагрузочные характеристики — зависимости удельного и часового

расхода топлива от мощности, развиваемой двигателем;

характеристика холостого хода — зависимость часового расхода

топлива от частоты вращения коленчатого вала при работе двигателя без

‘регулировочные характеристики — зависимость мощностных и

экономических показателей работы от состава рабочей смеси,

воспламеняемой в цилиндрах двигателя, угла опережения зажигания или

впрыска, температуры двигателя и других регулируемых факторов.

Дата добавления: 2021-07-19 ; просмотров: 21 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник