Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1. Классификация двигателей
По способу осуществления рабочего цикла поршневые двигатели разделяются на: четырехтактные без наддува (впуск воздуха из атмосферы) и с наддувом (впуск свежего заряда под давлением);
двухтактные без наддува и с наддувом.По назначению двигатели делят на: стационарные, применяемые на электростанциях, для привода насосных установок, на нефте- и газоперекачивающих установках, в сельском хозяйстве и т. п.; транспортные, устанавливаемые на автомобилях, тракторах, самолетах, судах, локомотивах и других транспортных машинах и передвижных установках. По роду используемого топлива различают двигатели, работающие на: легком жидком топливе (бензине и керосине); тяжелом жидком топливе (мазуте, соляровом масле, дизельном топливе и газойле); газовом топливе (генераторном, природном, промысловом и других газах); смешанном топливе; основным топливом является газ, а для пуска двигателя используется жидкое топливо; различных топливах (бензине, керосине, дизельном топливе и др.) — многотопливные двигатели.По способу преобразования тепловой энергии в механическую двигатели классифицируют на двигатели: внутреннего сгорания — поршневые и роторно- поршневые, в которых процессы превращения тепловой энергии в механическую работу происходят во внутрицилиндровом объеме (в надпоршневом пространстве); с внешним подводом теплоты. Сюда относятся: газотурбинные двигатели, в которых процессы химического реагирования происходят в отдельном агрегате (камере сгорания), комбинированные, в которых сгорание топлива осуществляется в поршневом двигателе, По способу смесеобразования поршневые двигатели внутреннего сгорания делят на двигатели: с внешним смесеобразованием — горючая смесь образуется вне цилиндра (карбюраторные и газовые двигатели, а также двигатели с впрыском топлива во впускную трубу); с внутренним смесеобразованием — при впуске в цилиндр поступает только воздух, а рабочая смесь образуется внутри цилиндра. По способу воспламенения рабочей смеси различают двигатели: с воспламенением рабочей смеси от электрической искры (с искровым зажиганием); с воспламенением от сжатия (дизели); с форкамерно-факельным зажиганием, с воспламенением газового топлива от небольшой порции дизельного топлива, воспламеняющегося от сжатия, — газожидкостный процесс.По видам наддува различают: с приводом компрессора от газовой турбины, работающей на отработавших газах (газотурбинный наддув); от компрессора, механически связанного с двигателем, и от компрессоров, один из которых приводится в действие газовой турбиной, а другой — двигателем. По конструкции различают: поршневые двигатели; они, в свою очередь, делятся: по расположению цилиндров на вертикальные рядные, горизонтальные рядные, V,W-образные, звездообразные и с противолежащими цилиндрами; по расположению поршней на однопоршневые (в каждом цилиндре имеются один поршень и одна рабочая полость), с противоположно движущимися поршнями (рабочая полость расположена между двумя поршнями, движущимися в одном цилиндре в противоположные стороны), двойного действия (по обе стороны поршня имеются рабочие полости); роторно-поршневые двигатели, которые могут быть трех типов: По способу охлаждения различают двигатели: с жидкостным охлаждением; с воздушным охлаждением.
2. Термодинамические циклы ДВС
Цикл с подводом теплоты при V=constИсследование этого цикла поршневого двигателя начнем с рассмотрения теоретической индикаторной диаграммы, в которой процесс сгорания осуществляется при постоянном объеме.(Степень сжатия представляет собой отношение полного объема цилиндра Vа к объему камеры сгорания Vc. Разность между полным объемом и объемом камеры сгорания дает так называемый рабочий объем цилиндра Vh)Параметры рабочего тела в узловых точках цикла, определяемые при рассмотрении отдельных процессов, находятся по формулам: Термический КПД этого цикла может быть определен с помощью уравнения:nt=1-q2/q1В двигателях, работающих по циклу V = const, в цилиндр двигателя поступает свежая рабочая смесь, т. е. смесь воздуха с топливом. Топливо-воздушная смесь в двигателях, работающих по циклу V = const, подвергается сжатию и около ВМТ зажигается электрической свечой. Цикл с подводом теплоты при P=constДвигатели, работающие по циклу V = const, практически работают при малых значениях E, а следовательно, имеют невысокие nt. Увеличения термического КПД в двигателях можно достичь, если создать такой рабочий процесс, при котором бы производилось раздельное сжатие воздуха и топлива. Это позволило бы двигателю работать с высокими степенями сжатия Е=14-18. Двигатели с высокой степенью сжатия и самовоспламенением топлива в основе имеют идеальный цикл с подводом теплоты при P=const. Двигатели, которые работают по такому циклу, предложенному Дизелем, называются дизелями. Этот цикл состоит из двух адиабат сжатия и расширения, изобары подвода теплоты нзохоры отвода теплоты (рис. 2). При заданном начальном cостоянии (точка а) цикл однозначно определяется двумя параметра: Подставляя значения q1 и q2 в формулу термического КПД цикла, получаем
ntp=1-q2/q1=1-(pk-1)/(kEk-1(p-1)) Значит, при одинаковых степенях сжатия ntv > ntp. Сравнивая циклы с подводом теплоты при P = const и V = const при одинаковых максимальных давлениях и температурах и различных E (рис. 4), видим, что при неизменном количестве отводимой теплоты ntp > ntv.Следовательно, рабочий процесс двигателей с самовоспламенением от сжатия при больших значениях степени сжатия выгоднее, чем рабочий процесс в двигателях с искровым зажиганием.Выбранная величина в должна обеспечить самовоспламенение топлива и создать необходимые температурные условия для быстрого протекания процесса горения. Этим условиям в компрессорных дизелях соответствуют значения степеней сжатия от 14 до 18.Цикл со смешанным подводом теплотыСтремление создать двигатель, который в пределах допустимых давлений объединил бы положительные свойства циклов с подводом теплоты при V = const и P = const, привел к появлению бескомпрессорных двигателей, в которых распыление топлива осуществляется механическим путем. Топливо сжимается в насосе или насосе-форсунке до давлений 1500 бар. Tермический КПД цикла растет с увеличением Е и зависит также от р и Y.Рассмотренный идеальный цикл лежит в основе работы всех современных дизелей.При р = 1 смешанный цикл обращается в цикл е подводом теплоты при V = const. При Y = 1 смешанный цикл превращается в цикл с подводом теплоты при р = const.Сравнение этого цикла с циклами, в которых подвод теплоты осуществляется при V = const и P = const (рис. 2), показывает, что при одинаковых конечных давлениях и температурах во всех трех циклах и одинаковом количестве отводимой теплоты q2 ntp>ntсм>ntvДля этих условий наибольшая степень сжатия будет у двигателей, работающих со сгоранием при P = const.
3. действительные циклы ДВС
В настоящее время для поршневых двигателей внутреннего сго рания практическое значение имеют следующие теоретические циклы, различающиеся между собой характером процесса сообщения тепло ты рабочему телу.
1Цикл с сообщением теплоты при постоянном объеме. Этот способ сообщения теплоты рабочему телу близок к характеру протекания процесса сгорания в двигателях с посторонним источником воспламенения.
2Цикл с сообщением теплоты при постоянном объеме и постоян ном давлении. Такой цикл обычно называют смешанным. Этот способ сообщения теплоты рабочему телу близок к характеру про текания процесса сгорания в двигателях с бескомпрессорным распылеванием топлива и его воспламенением за счет теплоты сжатоговоздуха.
2Цикл с сообщением теплоты при постоянном давлении, этот цикл соответствует протеканию процесса сгорания в двигателях с распылением топлива сжатым воздухом. Двигатели с таким циклом в настоящее время не строятся.Во всех трех циклах отвод теплоты, согласно второму закону термодинамики, осуществляется при постоянном объеме
.1. Процесс сгорания в карбюраторных двигателях В двигателях внутреннего сгорания с зажиганием смеси от искры процесс сгорания протекает не при постоянном объеме, как требуется в теоретическом цикле, а начинается раньше прихода поршня в в. м. т. и заканчивается после в. м. т. Процесс сгорания происходит вблизи в. м. т., а поэтому изменение давления в процессе удобнее изучать по так называемой развернутой индикаторной диаграмме, показы вающей изменение давления в цилиндре двигателя по углу поворота коленчатого вала или по времени.Процесс сгорания смеси в двигателе начинается с момента про-скакивания искры между электродами запальной свечи, отмеченного точкой 2, т. е. с опережением на угол 6°.После проскакивания искры давление в цилиндре в течение не которого времени продолжает оставаться таким же, как и при вы ключенном зажигании (участок 2—3). Затем достаточно развитый процесс сгорания приводит к заметному повышению давления в камере сгорания (участок 3—4).Первая фаза называется периодом задержки воспламенения. В течение этой фазы происходит предпламенное окисление топлива с незначительным повышением температуры и без повышения давле ния. Скорость сгорания в этой фазе в основном определяется хими ческими факторами (свойствами топлива и составом смеси).Вторая фаза (//) называется периодом видимого или эффективного сгорания. В течение этой фазы сгорают около 90% смеси и происхо дит резкое возрастание скорости сгорания и давления в цилиндре. Эта фаза характеризуется углом Аа2 и продолжается от момента начала повышения давления (точка 3) до момента достижения макси мального давления в цилиндре (точка 4). Продолжительность этой фазы соответствует Аа2 = 20 4- 30° угла поворота коленчатого вала и зависит от состава смеси, степени сжатия, момента зажигания, формы камеры сгорания, степени завихрения смеси и нагрузки дви гателя.Третьей фазой называется догорание смеси, которое протекает по линии расширения 4—5. В карбюраторных двигателях продол жительность третьей фазы невелика и зафиксировать ее окончание на индикаторной диаграмме трудно, так как для этого необходимо знать момент полного сгорания смеси. Продолжительность этой фазы зависит от состава смеси, момента зажигания и степени завих рения смеси.
2. Процесс сгорания в дизелях
Процесс сгорания в дизелях значительно отличается от процесса сгорания в карбюраторных двигателях. В этом случае топливо впры скивается в жидком состоянии в камеру сжатия, в которой находится сжатый воздух, нагретый до высокой температуры. Капли топлива, поступающие в нагретый воздух, быстро окружаются оболочкой своих паров, которые после некоторого периода времени воспла меняются на поверхности оболочки. В дизелях отсутствуют благоприятные условия для появления «холодного пламени», наблюдаемого обычно в карбюраторных дви гателях и предшествующего детонационному сгоранию. Появление «холодного пламени» при работе дизелей с высокой степенью сжатия, распылением топлива и самовоспламенением, возможно, было бы лишь в тех слоях заряда, где имеется значительный избыток охла жденных паров топлива.Процесс воспламенения и сгорания топлива в дизелях протекает в более сложных условиях, чем в карбюраторных двигателях, так как в цилиндре отсутствует заранее подготовленная рабочая смесь.Весь процесс сгорания может быть условно разделен на четыре фазы, в течение которых происходят — подготовка топлива к сгора нию, сгорание основной массы смеси и догорание оставшихся горю чих компонентов смеси.Первая фаза (I) называется периодом задержки воспламенения. Эта фаза занимает промежуток времени от момента начала впрыска топлива в цилиндр (точка 7) до начала резкого повышения давления (точка 2). В течение первой фазы происходят физико-химические процессы подготовки топлива к сгоранию.На продолжительность первой фазы влияют физико-химические свойства топлива, температура и давление сжатого воздуха, качество распыливания и завихрения в цилиндре.Вторая фаза (II) характеризуется интенсивным тепловыделением и резким повышением давления (участок 2—3]. Интенсивное тепло выделение во второй фазе является результатом сгорания подгото вленного топлива, впрыснутого за период задержки воспламенения, а также и частичного сгорания поступающего топлива. Поступление топлива в цилиндр может продолжаться в течение всей второй фазы горения или закончиться ранее конца второй фазы. На продолжительность второй фазы сгорания влияют величина периода задержки воспламенения, качество распределения топлива по объему камеры, количество топлива, поданного за первую фазу, а также закон подачи топлива за вторую фазу.Третья фаза (III) соответствует периоду незначительного плав ного изменения давления в рабочем цилиндре (участков 3—4). По дача топлива обычно заканчивается в конце фазы, но процесс сгора ния топлива продолжается на линии расширения. Период задержки воспламенения топлива, поступающего в этой фазе, значительно сокращается.Продолжительность третьей фазы зависит от характеристики по дачи топлива, степени завихрения заряда и величины коэффициента избытка воздуха.Четвертая фаза представляет период догорания топлива и начи нается от момента достижения максимальной температуры цикла. Период догорания наблюдается у всех двигателей: для быстроход ных он более длителен, а для тихоходных — короче. Окончание четвертой фазы может быть определено только из анализа кривой тепловыделения на линии расширения.
4. ПРОЦЕСС ВПУСКА
Процесс впуска (зарядки) в двигателях предназначен для напол нения цилиндра горючей смесью воздуха с топливом или одним воздухом.Количество воздуха или горючей смеси, поступившее в цилиндр за время его наполнения, зависит от ряда факторов, основными из которых являются: а) гидравлическое сопротивление систем впуска и выпуска; б) подогрев свежего заряда от соприкосновения с горячими деталями двигателя; в) наличие в цилиндре к началу напол нения свежим зарядом остаточных отработавших газов от предыду щего цикла.Давление в процессе впускаПеред началом процесса впуска в цилиндре остается некоторое количество отработавших газов, которые называются остаточными газами. Эти газы в четырехтактном двигателе находятся в объеме Vc камеры сжатия (фиг. 10) с давлением выше атмосферного рг ^> г>ро и имеют температуру значительно выше температуры свежего заряда.При движении поршня от в. м. т. до н. м. т. остаточные газы с давлением рг расширяются до того момента, когда приобретут атмосферное давление р0, после чего начинается по ступление свежего заряда в цилиндр при давлении ниже атмосферного, вслед ствие наличия гидравличе ских сопротивлений во впускной системе двигателя.В двухтактных двигате лях процесс зарядки рабо чего цилиндра в отличие от четырехтактных производится за счет принудительной подачи под давлением свежего заряда во время процесса продувки Температура газов в процессе впуска Температура свежего заряда в процессе наполнения цилиндра изменяется. В карбюраторных двигателях за счет испарения топлива температура заряда снижается. Вместе с тем, поступая в цилиндр, свежий заряд будет нагреваться в результате соприкосновения с го рячими поверхностями двигателя. В конечном итоге температура заряда в процессе впуска будет
повышаться.Коэффициент наполнения Б результате гидравлического сопротивления систем впуска и выпуска и наличия в цилиндре остаточных газов действительное количество свежего заряда, поступающего в цилиндр sa период впуска, будет всегда меньше того количества, которое могло бы заполнить рабочий объем цилиндра в условиях окружающей среды.
5. ПРОЦЕСС СЖАТИЯ
Процесс сжатия в двигателях внутреннего сгорания служит для создания лучших условий сгорания рабочей смеси, а также для уве личения температурного перепада цикла и степени расширения про дуктов сгорания. Это создает благоприятные условия для увеличе ния коэффициента полезного действия двигателя.В действительном цикле двигателя процесс сжатия протекает в условиях теплообмена между рабочим теплом и деталями двига теля, а поэтому не является адиабатным. Этот теплообмен имеет сложный характер и не может быть выражен точно при помощи тер модинамических соотношений; поэтому считают, что процесс сжатия протекает политропно с постоянным показателем тгх за весь процесс сжатия.В начале сжатия температура рабочего тела значительно ниже температуры окружающих поверхностей, а поэтому первый период процесса сжатия (участок am) сопровождается притоком теплоты от горячих деталей к рабочему телу. При этом действительный показа тель политропы будет больше показателя адиабаты (т?: >> k).Двигатели внутреннего сгора ния работают с перекрытием клапа нов, а поэтому «чистое» сжатие на чинается несколько левее точки а; при этом происходит дозарядка цилиндра.По мере дальнейшего сжатия температура рабочего тела повы шается и становится выше темпера туры окружающих деталей. Вслед ствие этого теплота от рабочего тела будет передаваться деталям (участок тс). Показатель поли тропы при этом будет меньше показателя адиабаты (w1<^k). В зависимости от местных температур оба явления могут иметь место одновременно: сообщение теплоты рабочему телу от более на гретых деталей и отдача теплоты рабочим телом более холодным стенкам.Около в. м. т., несмотря на максимальную температуру рабочего тела, показатель политропы сжатия, оставаясь ниже показателя k, все же несколько увеличивается. Это можно объяснить тем, что в конце сжатия уменьшается поверхность охлаждения; рабочее тело в камере сгорания соприкасается с более нагретыми деталями, и те плоотдача в стенки будет несколько уменьшаться.Величина среднего показателя политропы сжатия т зависит от скоростного режима двигателя, размеров цилиндра, интенсивности охлаждения, формы камеры сжатия и конструктивных особенностей двигателя. Сложная форма камеры сгорания, обусловливающая увеличенное отношение площади поверхности камеры сгорания к ее объему, а также увеличенное вихревое движение в камере приводят к умень шению величины показателя ret.В двигателях с разделенными камерами сгорания значение пока зателя п^ меньше, чем при неразделенных; это объясняется более интенсивным отводом теплоты от сжимаемого рабочего тела, а также потерей энергии на его перетекание из основной камеры в дополни тельную.
6. ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ
Процесс сгорания и последующее расширение газов являются основными процессами рабочего цикла двигателя внутреннего сго рания. В течение процесса сгорания химическая энергия топлива превращается в тепловую и затем частично в механическую. От характера протекания процесса сгорания в значительной степени зависят мощностные и экономические показатели, а также износ основных деталей двигателя.
Сгорание топлива в двигателях внутреннего сгорания предста вляет собой окислительный процесс, при котором отдельные горю чие элементы, составляющие топливо, вступают в химическое сое динение с кислородом воздуха.Протекание процесса сгорания зависит от целого ряда факторов и, в первую очередь, от способа смесеобразования и воспламенения топлива; поэтому процесс сгорания для карбюраторных и дизельных двигателей рассматривается отдельно.3. Температура и давление в конце сгорания Выделяющаяся в процессе сгорания теплота расходуется на уве личение внутренней энергии газа, совершение механической работы if частично отдается в стенки. Общее количество теплоты, выделившейся в цилиндре двигателя, может быть меньше теплотворности сгоревшего топлива вследствие химической неполноты сгорания и диссоциации продуктов сгорания.Коэффициент использования теплоты | зависит от целого" ряда факторов —режима работы двигателя, способа смесеобразования, ус ловия охлаждения камеры сгорания и догорания на линии рас ширения.Значения коэффициента использования теплоты для различных типов двигателей при работе их с полной нагрузкой принимают следующие:Карбюраторные двигатели…0,85—0,95.Быстроходные дизели...0,65—0,85Газовые двигатели…0,8—0,85Малые значения коэффициента использования теплоты указы вают на увеличенную теплоотдачу от газов в стенки, а также и на значительное догорание в процессе расширения.Для карбюраторных двигателей величина коэффициента исполь зования теплоты выбирается также с учетом диссоциации продуктов сгорания. Диссоциация (расщепление молекул) СО2 и НзО, находя щихся в продуктах сгорания, происходит с поглощением теплоты и зависит в основном от температуры и давления (возрастая с повы шением температуры и уменьшаясь с увеличением давления).Значительная диссоциация наблюдается при коэффициенте из бытка воздуха около а = 1, наддуве двигателя и температурах выше 2000°. В процессе расширения температура газов понижается, и часть теплоты, затраченной на диссоциацию, вновь освобождается в результате окисления элементов, образующихся при диссоциации; однако использование этой теплоты будет мало эффективным.В дизелях и газовых двигателях диссоциацией пренебрегают, так как они работают при высоких значениях коэффициента избытка воздуха, относительно низких температурах и высоких давлениях сгорания.
7.ПРОЦЕСС РАСШИРЕНИЯ
В процессе расширения тепловая энергия преобразуется в полез ную механическую работу. Началом процесса расширения условно считается момент достижения в цилиндре максимального давления цикла, что связано с окончанием процесса видимого сгорания.В отличие от теоретического цикла, где протекание процесса расширения предполагается адиабатным, в действительности про цесс расширения сопровождается интенсивным теплообменом между газами и стенками (цилиндра, головки и днищем поршня), некото рой утечкой газа через неплотности, подводом теплоты к газам в ре зультате догорания топлива и восстановления некоторого количе ства продуктов диссоциации, а также уменьшением теплоемкости газов вследствие понижения температуры их при расширении. Теплоотдача от газа в стенки имеет место в течение всего процесса расширения, так как температура расширяющихся газов значительно выше температуры стенок цилиндра, головки и днища поршня. Те плоотдача в стенки при расширении зависит от тех же факторов, что и теплоотдача в процессе сгорания. Интенсивность теплоотдачи от газа в стенки не одинакова для различных участков процесса расши рения при движении поршня от в. м. т., так как температура газов понижается, а поверхность стенок, соприкасающихся с газами, уве личивается.Суммарное выделение теплоты вследствие догорания топлива и восстановления некоторого количества продуктов диссоциации на различных участках процесса расширения протекает с различной интенсивностью. Наиболее интенсивное выделение теплоты проис ходит при более высоких температурах в цилиндре, т. е. в начальной части процесса расширения; причем будет больше при бедных сме сях ввиду малых скоростей сгорания этих смесей.Наибольшая утечка газов из цилиндра через неплотности порш невых колец и клапанов будет происходить в начале процесса расширения вследствие большого давления газов и малой скорости пере мещения поршня.В результате влияния указанных факторов действительный про цесс расширения газов протекает по политропе с переменным пока зателем и колеблется от 1,0 до 1,5.В начале процесса расширения приток теплоты к газам вслед ствие интенсивного догорания будет значительно больше, чем тепло отдача в стенки; поэтому показатель политропы расширения будет меньше показателя адиабаты. По мере уменьшения явления догора ния значение показателя политропы тга будет повышаться. Если выделяемая теплота при догорании будет равна тепловым потерям в стенки, то п2 = k.При дальнейшем расширении газа тепловые потери в стенки бу дут больше, чем приток теплоты от догорания, а поэтому величина показателя политропы расширения будет увеличиваться.Увеличение числа оборотов коленчатого вала сопровождается усилением завихрения и повышением скорости сгорания смеси, что должно привести к увеличению показателя nz. Однако при увеличе нии числа оборотов догорание в период расширения усиливается, уменьшается теплоотдача в стенки и понижаются потери газов через неплотности поршневых колец и клапанов, все это приводит к умень шению показателя тг2. В итоге при увеличении числа оборотов по казатель nz уменьшается, что объясняется значительным догоранием и уменьшением теплоотдачи в стенки.Меньшие значения давления и температуры в конце расширения для дизелей объясняются большей степенью расширения газов и меньшей температурой сгорания.
8. ПРОЦЕСС ВЫПУСКА
Процесс выпуска должен протекать таким образом, чтобы давле ние остаточных газов в конце выпуска рг и затрата работы на осу ществление этого процесса были минимальными.В двигателях выпускной клапан открывается с опережением, что способствует уменьшению работы, затрачиваемой на процесс вы пуска, и улучшению очистки цилиндра от остаточных газов.Давление отработавших газов в цилиндре во время выпуска не остается постоянным, так как в выпускной системе возникают упру гие колебания газов. Наибольшие колебания газового потока будут происходить при длинном выпускном трубопроводе. При выпуск ном трубопроводе, обслуживающем несколько цилиндров, измене ние давления выпускных газов будет зависеть и от чередования так тов выпуска в отдельных цилиндрах.Ввиду затруднительности расчета в системе выпуска колебаний давления газов давление в процессе выпуска обычно принимают постоянным, равным среднему за весь процесс.Величина давления выпуска зависит от числа оборотов коленча того вала, конструкции и размеров выпускной системы и колеблется в пределах Меньшие значения берутся для двигателей с малыми и средними оборотами, а большие — для двигателей с высокими оборотами и сложными глушителями.Температура отработавших газов зависит в основном от тех же факторов, что и температура в конце процесса расширения.Отработавшие газы обладают значительной тепловой энергией, при использовании которой в газовой турбине достигается увели чение экономичности. Газовая турбина применяется также и для привода нагнетателя, служащего для наддува поршневого двига теля .При использовании энергии отработавших газов в газовой тур бине получается увеличенное сопротивление в выпускной системе, т. е. увеличение рг. Однако это увеличение сопротивления вполне компенсируется повышением давления на впуске.
9. индикаторные показатели рабочего цикла ДВС
Индикаторные показатели: Среднее индикаторное давление теоретического цикла: Среднее индикаторное давление действительного цикла для двухтактного двигателя:. Индикаторный к.п.д.:. Удельный индикаторный расход топлива:.а) Среднее индикаторное давление и индикаторная мощностьДля определения мощности двигателя необходимо знать средне индикаторное давление pi, под которым подразумевается условное постоянное давление на поршень в течение одного рабочего хода совершающее работу, равную индикаторной работе газов за весь цикл.Работу насосных ходов принято относить к механическим поте рям. Это делается потому, что практически механические потери (потери на трение) чаще всего определяются путем прокрутки про гретого двигателя от электромотора. При таком способе испыта ния в мощность, затрачиваемую на прокрутку, естественно, вклю чается и мощность, затрачиваемая на осуществленже впуска и вы пуска воздуха из двигателя, т. е. мощность насосных потерь.Если линия процесса впуска располагается выше линии процесса выпуска ра >>рг> например при наддуве от приводного нагнетателя, то работа, затрачиваемая на вспомогательные процессы, оказывается положительной. Эта работа также учитывается величиной механи ческих потерь двигателя.Следовательно, величина A Pj_ для четырехтактных двигателей может быть как отрицательной, так и положительной.
10. эффективные показатели ДВС
Эффективные показатели: Среднее эффективное давление и к.п.д.Удельный эффективный расход топлива: . Эффективная номинальная мощность: где в МПа; W в л; m – коэффициент тактности (для двухтактных двигателей m = 2). л.с.
б) Экономичность действительного цикла. В действительном рабочем цикле, определяемом индикаторной диаграгммой, имеется ряд дополнительных потерь по сравнению с тео-ретичесским циклом. Указанные потери получаются вследствие тепло обмена между газом и стенками, зависимости величины теплоемко сти от температуры, диссоциации продуктов сгорания, неполноты сгоранния и догорания топлива на линии расширения.Экономичность действительного рабочего цикла характеризуется индикаторным к. п. д. т]4, представляющим собой отношение тепло ты, обращаемой в полезную работу цикла AL{, к теплоте затрачен ного топлива
Значения индикаторного к. п. д. r\i всегда ниже термического к. п. д. %. Степень совершенства действительного рабочего цикла по отношению к теоретическому циклу оценивается относительным к. п. д., который равен Величина этого коэффициента колеблется в пределах 0,6—0,8. Экономичность действительного цикла также может быть оценена величиной расхода топлива, приходящегося на одну индикаторную л. с. ч., т. е. индикаторным удельным расходом топлива Если теплотворность различных жидких топлив нефтяного про исхождения примерно одинакова, то теплотворность газообразных топлив изменяется в очень широких пределах. Поэтому для газо вых двигателей вместо индикаторного расхода топлива F{ опре деляют расход теплоты на 1 и. л. с. ч. по формуле или в) Эффективная мощность и механические потери Индикаторная мощность, развиваемая в цилиндре двигателя, не может быть полностью использована для полезной работы. Часть этой мощности расходуется на преодоление трения между трущи мися поверхностями деталей двигателя (цилиндром и поршнем, ко ленчатым валом и подшипниками и др.), и между движущимися де талями (маховик, шатун, кривошип вала и др.) и воздухом; на на сосные потери, на приведение в действие вспомогательных механиз мов (насосы, вентилятор, генератор и др.) и на привод нагнетателя.
11. Характеристики автомобильных двигателей
УСТАНОВКИ И АППАРАТУРА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИИ ДВИГАТЕЛЯ Стенд для проведения контрольных испытаний и испытаний для выявления показателей двигателя должен иметь следующие основные установки и приборы: а) устройство для установки и закрепления двигателя; б) тормозную установку;в) приборы для измерения крутящего момента двигателя; г) приборы для измерения числа оборотов коленчатого вала двигателя; д) установку для замера расхода топлива; е) установку для замера расхода воздуха; ж) устройство для измерения угла опережения зажигания; з) приборы для измерения температур; и) приборы для измерения давлений; к) приборы для индицирования двигателя (индикаторы); л) вспомогательные приборы (секундомер, ареометр, психро метр и др.).
а) Устройство для установки и закрепления двигателя
Для проведения стендовых испытаний двигатель обычно устана вливают на фундамент. Фундамент служит для уменьшения вибра ций, возникающих при работе двигателя из-за наличия в нем неурав новешенных сил и моментов, передающихся на стены здания, в кото ром расположен стенд. Устройство для установки и крепления дви гателя к фундаменту, как правило, делают универсальным. Верхняя часть фундамента представляет собой литую чугунную или сборную плиту, заливаемую бетоном. На верхней плоскости плиты имеются продольные пазы для ввода в них головок анкерных болтов крепления универсальных стоек.Универсальные стойки, служащие для установки двигателя на различной высоте, изготовляют литыми из чугуна. Каждая стойка имеет суппорт, который перемещается вертикально в основании стойки с помощью пары винт-гайка. После установки суппорта по высоте закрепляют его стяжным винтом.Испытуемый двигатель устанавливают непосредственно на суп портах универсальных стоек. Соединение двигателя осуществляется с тормозом при помощи короткого двухшарнирного карданного вала. Для уменьшения нагрузок на подшипники необходимо добиться максимально возмож ной соосности вала двигателя и вала тормоза. Прочность карданного вала должна соответствовать передаваемому крутящему моменту.
б)Тормозные установкиЭффективная мощность, развиваемая на валу двигателя, при стендовых испытаниях поглощается тормозной установкой. Тормоз ная установка должна обеспечивать: поглощение эффективной мощ ности двигателя в заданном диапазоне скоростных и нагрузочныхрежимов, устойчивость тормо жения (т. е. способность тор моза к саморегулированию), стабильность торможения (т. е. поддержание неизменного тор мозного момента в течение требуемого промежутка вре мени) и возможность доста точно точного измерения мощ ности на валу двигателя. Указанным требованиям в зна чительной степени отвечают гидравлические и электриче ские тормозные установки, которые, как правило, и при меняются в лабораториях для определения мощности двига теля, а следовательно, и кру тящего момента.Гидравлические тормоза. Принцип действия гидравли ческих тормозов основан на использовании силы сопротивления Движения тела и жидкости Водой, заполняющей статор тормоза, создается сопротивление вращению диска (ротору). Величина силы сопротивления (нагрузки) зависит от уровня воды в статоре. При работе тормоза вращающийся диск через воду увлекает за собой статор. Окружное усилие, которое необходимо приложить к статору, чтобы удержать его от вращения, будет равно силе сопротивления вращению диска. Электрические тормоза. Наиболее удобными тормозами, приме няемыми для торможения автотракторных двигателей, являются электрические тормоза, посредством которых можно замерять не только полезную мощность, отдаваемую двигателем, но и мощность, затрачиваемую на работу трения. Кроме того, установка может быть использована для холодной обкатки и пуска двигателя, а выра батываемая при торможении двигателя энергия может отдаваться в сеть. Регулирование мощности у электрических тормозов, выполненных в виде балансирной динамомашины постоянного тока, производится двумя способами: 1) воздействием на цепь возбуждения с изменением магнитного потока; 2) изменением сопротивления в цепи якоря.Для возможности сопоставления мощности и крутящих моментов, (полученных при испытании карбюраторных двигателей в разное время при разных атмосферных условиях, а также для сравнения двигателей, испытанных в разных местностях и на разных высотах, необходимо замеренную при опыте эффективную мощность и крутящий момент приводить к нормальным атмосферным условиям (т. е. к тем пературе окружающего воздуха to = 15° и барометрическому давле нию В о = 760 мм рт. ст.), пользуясь следующими эмпирическими формулами.
Характеристика тормоза. Каждый тормоз имеет свою характери стику, которая устанавливает пределы использования его в зависи-мости от мощности и числа оборотов. На фиг. 206 приведена типовая характеристика гидравлического или электрического тормоза. За штрихованная площадь OABCDO соответствует рабочей области скоростных и нагрузочных режимов, в которой тормоз обеспечивает поглощение эффективной мощности двигателя.Линия ОА соответствует мощности, поглощаемой при полной нагрузке тормоза. Закон протекания линии ОА определяется типом тормозной установки и может быть выражен следующим образом.При выборе тормозной установки для испытания двигателя необходимо в первую очередь сопоставить ожидаемые характери стики двигателя с характеристикой тормоза. При правильном выборе характеристики тормоза исследуемый диапазон скоростных и нагру зочных режимов двигателя должен находиться в пределах рабочей области, тормоза. Если характеристика испытуемого двигателя не вписывается в контуры характеристики тормоза, то тормозная уста новка не пригодна для данного двигателя.Внешние скоростные характеристики: Максимальные развиваемые обороты двигателя:. Произведем расчет для диапазона оборотов:.Эффективная мощность двигателя:, Удельный расход топлива:, Крутящий момент:,
S – ход поршня); s – путь поршня; – угол поворота коленчатого вала; - угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра; R – радиус кривошипа lш – длина шатуна;
– отношение радиуса кривошипа к длине шатуна; п – угловая скорость вращения коленчатого вала.Задача кинематического расчета – нахождение перемещений, скоростей и ускорений в зависимости от угла поворота коленчатого вала. На основе кинематического расчета проводятся динамический расчет и уравновешивание двигателя.Перемещение поршня: шаг 10.,
Приведение масс деталей поршневой группы: Конструктивная масса поршневой группы: ; масса поршневой группы (массы собственно поршня, поршневых колец, поршневого пальца и заглушки): . Приведение масс деталей шатунной группы: Конструктивная масса шатуна: ; Масса шатуна: . Длина шатуна: , принимаем. Зная длину шатуна определяем длину от оси нижней головки шатуна до центра тяжести из соотношения: ; Длина от оси верхней головки шатуна до центра тяжести: . Заменим массу шатуна на две эквивалентные массы, сосредоточенные на концах шатуна. Тогда масса шатуна. Силы и моменты, действующие в КШМ:Силы инерции:Сила инерции поступательно движущихся масс:шаг 10.Эти силы действуют по оси цилиндра и как и силы давления газов считаются положительными, если направлены к оси коленчатого вала, и отрицательными, если направлены от коленвала.Сила инерции вращающихся масс:Сила приложена в центре шатунной шейки, постоянна по величине и направлению и направлена по радиусу кривошипа.Силы давления газов: Силы давления газов в цилиндре двигателя в зависимости от хода поршня определяются по индикаторной диаграмме, построенной по данным теплового расчета.Сила давления газов на поршень действует по оси цилиндра:, Суммарная сила: Сила, действующая вдоль кривошипа:. Сила, создающая крутящий момент:. Крутящий момент двигателя.Опрокидывающий момент:Момент стремящийся опрокинуть двигатель называется реактивным моментом. Он всегда равен крутящему моменту двигателя но противоположен ему по направлению.Уравновешивание двигателяВ уравновешенном двигателе при установившемся режиме работы силы и моменты сил, передаваемые на его опоры, постоянны по величине и направлению или равны нулю.Уравновешивание можно осуществить двумя способами:
1.расположение определенным образом цилиндров и выбором такой кривошипной системы коленчатого вала, чтобы переменные силы инерции и их моменты взаимно уравновешивались;
2. созданием с помощью дополнительных масс (противовесов) новых сил, в любой момент времени равных по величине, но противоположных по направлению основным уравновешиваемым силам.