Побудова індикаторної діаграми дизельного двигуна. Індіцірованіе двигуна. Середнє ефективне тиск ДВС

Індикаторна діаграма двигуна внутрішнього згоряння будується з використанням даних розрахунку робочого процесу.

При побудові на осі абсцис відкладається відрізок АВ, (рис 8) відповідний робочому об'єму циліндра, а по величині рівний ходу поршня в масштабі M s. Масштаб M s зазвичай приймається 1: 1, 1,5: 1 або 2: 1.

Відрізок ОА (мм), відповідний об'єму камери згоряння, визначається з рівняння

ОА \u003d АВ / (ε - 1) (2.28)

Відрізок z'z для дизелів, що працюють за циклом зі змішанням підведенням теплоти (рис. 9)

z'z \u003d ОА (ρ - 1) (2.29)

За тим за даними розрахунку параметрів дійсного циклу на діаграмі відкладають в обраному масштабі величини тисків у характерних точках: a, c, z, z, b, r.

Побудова політропи стиснення і розширення можна виробляти аналітичним або графічним методом. При аналітичному методі побудови політропи стиснення і розширення обчислюється ряд точок для проміжних обсягів, розташованих між V c і V a і між V z і V b, За рівнянням політропи.

Мал. 8. Індикаторна діаграма двигуна внутрішнього згоряння

Мал. 9. Індикаторна діаграма дизельного двигуна

Для політропи стиснення , звідки

, (2.30)

де p x і V x - тиск і обсяг в шуканої точці процесу стиснення.

ставлення V a / V x змінюється в межах 1 ÷ ε.

Аналогічно для політропи розширення

(2.31)

для бензинових двигунів відношення V b / V x змінюється в інтервалі 1 ÷ ε, для дизелів - 1 ÷ δ.

Визначення ординат розрахункових точок політропи стиснення і розширення зручно проводити в табличній формі.

Побудова індикаторної діаграми виробляють, поєднуючи точки а і з, z і b плавними кривими, а точки b і a, c і z - прямими лініями.

Процеси впуску та випуску приймають протікають при р \u003d const і V \u003d const

Для перевірки правильності побудови діаграми визначають

р i \u003d M p / AB

де F - площа діаграми ac'c "z д b'b" a.

Розрахунок індикаторних та ефективних показників ДВС

індикаторні показники

Робочий цикл двигуна внутрішнього згоряння характеризується середнім індикаторним тиском, індикаторною потужністю, індикаторним ККД і питомою індикаторним витратою палива.

Теоретичне середнє індикаторне тиск - це відношення теоретичної розрахункової роботи газів за один цикл до ходу поршня.

Для бензинових двигунів, що працюють за циклом з підведенням теплоти при V \u003d const, теоретичне середнє індикаторне тиск

Для дизеля, що працює по циклу з змішанням підведенням теплоти при V \u003d Const і р \u003d const

Середнє індикаторне тиск p i дійсного циклу відрізняється від значення на величину, пропорційну зменшенню розрахункової діаграми за рахунок заокруглення в точках с, z, b.

Зменшення теоретичного середнього індикаторного тиску внаслідок відхилення дійсного процесу від розрахункового циклу оцінюється коефіцієнтом повноти діаграми φ і і величиною середнього тиску насосних втрат Δp i.

Коефіцієнт повноти діаграми φ і приймається рівним:

для карбюраторних двигунів ......................... .... 0,94 ÷ 0,97

для двигунів з електронним уприскуванням палива ...... 0,95 ÷ 0,98

для дизелів ....................................................... 0,92 ÷ 0,95

Середній тиск насосних втрат (МПа) при процесах впуску та випуску

Δp i \u003d p r - p a. (3.3)

Для чотиритактних двигунів без наддуву величина Δp i позитивна. У двигунах з наддувом від приводного нагнітача при p a > p r величина Δp i негативна. При газотурбінному наддуванні значення p aможе бути як більше, так і менше p r, Тобто величина Δp i може бути як негативною, так і позитивною.

При проведенні розрахунків втрати на газообмін враховуються в роботі, що витрачається на механічні втрати. У зв'язку з цим приймають, що середнє індикаторне тиск p i відрізняється від тільки на коефіцієнт повноти діаграми

p i \u003d Φ і. (3.4)

При роботі на повному навантаженні величина p i (МПа) досягає:

для чотиритактних бензинових двигунів ........................ 0,6 ÷ 1,4

для чотиритактних форсованих бензинових двигунів ... до 1,6

для чотиритактних дизелів без наддуву ............................ 0,7 ÷ 1,1

для чотиритактних дизелів з наддувом ........................... .. до 2,2

Індикаторна потужність N i - робота, що здійснюються газами всередині циліндра в одиницю часу.

Для багатоциліндрового двигуна індикаторна потужність (кВт) дорівнює

N i \u003d p i V h in/(30τ ), (3.5)

де p i - середнє індикаторне тиск, МПа;

V h - робочий об'єм одного циліндра, л (дм 3);

i - число циліндрів;

n - частота обертів колінчастого вала двигуна, хв -1;

τ - тактность двигуна. Для чотиритактного двигуна τ \u003d 4.

Індикаторна потужність одного циліндра

N i \u003d p i V h n/(30τ ), (3.6)

індикаторний ККД η i характеризує ступінь використання в дійсному циклі теплоти палива для отримання корисної роботи і являє собою відношення теплоти, еквівалентній індикаторної роботі циклу, до всієї кількості теплоти, внесеної в циліндр з паливом.

Для 1 кг палива

η i \u003d L i / Н і, (3.7)

де L i - теплота, еквівалентна індикаторної роботі, МДж / кг;

Н і - нижча теплота згоряння палива, МДж / кг.

Для автомобільних і тракторних двигунів, що працюють на рідкому паливі

η i \u003d p i · l 0 · α / (Н і · ρ k · η V), (3.8)

де p i виражено в МПа; l 0 - в кг / кг палив .; Н і - в МДж / кг палив .; ρ k - в кг / м 3.

В автомобільних і тракторних двигунах, що працюють на номінальному режимі, величина індикаторного ККД становить:

для двигунів з електронним уприскуванням палива ......... 0,35 ÷ 0,45

для карбюраторних двигунів ................................. 0,30 ÷ 0,40

для дизелів .......................................................... 0,40 ÷ 0,50

Питома індикаторний витрата палива g i характеризує економічність дійсного циклу

g i = 3600/ (Η i Н і) або g i = 3600 ρ 0 η V / (p i · l 0 · α). (3.10)

Питома витрата палива на номінальному режимі:

для двигунів з електронним уприскуванням палива ... g i \u003d 180 ÷ 230 г (кВт · год)

для карбюраторних двигунів ........................... g i \u003d 210 ÷ 275 г (кВт · год)

для дизелів .............................................. ...... g i \u003d 170 ÷ 210 г (кВт · год)

ефективні показники

Ефективними показниками називають величини, що характеризують роботу двигуна, що знімається з його валу і корисно використовувану. До числа ефективних показників відносяться: ефективна потужність, крутний момент, середнє ефективне тиск, питома ефективна витрата, ефективний ККД.

ефективна потужність. Корисна робота, одержувана на валу двигуна в одиницю часу називається ефективною потужністю N e.

N e=N i - N мп (3.9)

де N мп потужність механічних втрат.

Ефективна потужність дана студенту у вихідних даних для проектування ДВС (див. Завдання на виконання курсового проекту).

Під механічними втратами розуміють втрати на всі види механічного тертя, здійснення газообміну, привід допоміжних механізмів (водяного, масляного, паливного насосів, вентилятора, генератора та ін.), Вентиляційні втрати, пов'язані з рухом деталей двигуна в середовищі повітряно-масляної емульсії і повітря, а також на привід компресора.

Механічні втрати оцінюють середнім тиском механічних втрат p мп, яке характеризує питому роботу механічних втрат (що припадає на одиницю робочого об'єму) при здійсненні робочого циклу.

При аналітичному визначенні N e (КВт) вона розраховується за формулою:

N e \u003d p e V h in/(30τ ) (3.10)

де p e=L e / V h- середнє ефективне тиск (МПа), т. Е. Корисна робота, що отримується за цикл з одиниці робочого об'єму;

V h - робочий об'єм циліндра, л;

n - число оборотів колінчастого валу, хв -1

Ефективний крутний момент М е (Н ∙ м)

М е \u003d (3 ∙ 10 4 / π) ( N e / n) (3.11)

При розрахунку ДВС середнє ефективне тиск (МПа) визначають як

p e= p i - p мп (3.12)

Середній тиск механічних втрат p мп (МПа) для двигунів різного типу визначається за визначається за емпіричними формулами:

для бензинових двигунів з числом циліндрів до шести і ставленням S / D\u003e 1

p мп \u003d 0,049 + 0,0152 V п.ср;

для бензинових двигунів з числом циліндрів до шести і ставленням S / D≤1

p мп \u003d 0,034 + 0,0113 V п.ср

для чотиритактних дизелів з нерозділеним камерами

p мп \u003d 0,089 + 0,0118 V п.ср

У чотиритактному двигуні робочі процеси відбуваються наступним чином:

• 1. Такт впуску. При русі поршня від ВМТ до НМТ внаслідок утвориться розрядження з воздухоочистителя в порожнину циліндра через відкритий впускний клапан надходить атмосферне повітря. Тиск повітря в циліндрі становить 0.08 - 0.095 МПа, а температура 40 - 60 С.
• 2. Такт стиску. Поршень рухається від НМТ до ВМТ; впускний і випускний клапани закриті, внаслідок цього переміщається вгору поршень стискає надійшов повітря. Для займання палива необхідно, щоб температура стисненого повітря була вище температури самозаймання палива. При ході поршня до ВМТ циліндр через форсунку впорскується дизельне паливо, Що подається паливним насосом.
• 3. Такт розширення, або робочий хід. Впорснути в кінці такту стиснення паливо, перемішуючись з нагрітим повітрям, запалюється, і починається процес згоряння, що характеризується швидким підвищенням температури і тиску. При цьому максимальний тиск газів досягає 6-9 МПа, а температура 1800-2000 С. Під дією тиску газів поршень 2 переміщується від ВМТ в НМТ - відбувається робочий хід. Близько НМТ тиск знижується до 0.3-0.5 МПа, а температура до 700 - 900 С.
• 4. Такт випуску. Поршень переміщається від НМТ у ВМТ і через відкритий випускний клапан 6 відпрацьовані гази виштовхуються з циліндра. Тиск газів знижується до 0.11-0.12 МПа, а температура до 500-700 С. Після закінчення такту випуску при подальшому обертанні колінчастого вала робочий цикл повторюється в тій же послідовності.

Індикаторну діаграму, зняту за допомогою приладу-індикатора, називають індикаторної діаграмою (рис.1).

Мал. 1

Розглянемо діаграму:

• 0-1 - заповнення циліндра повітрям (при внутрішньому сумішоутворення) або робочої сумішшю (при зовнішньому сумішоутворення) при тиску трохи нижче атмосферного через гідродинамічного опору впускних клапанів і всмоктуючого трубопроводу,
• 1-2 - стиснення повітря або робочої суміші,
• 2-3 "-3 - період горіння робочої суміші,
• 3-4 - робочий хід поршня (розширення продуктів згоряння), відбувається механічна робота,
• 4-5 - вихлоп відпрацьованих газів, падіння тиску до атмосферного відбувається практично при постійному обсязі,
• 5-0 - звільнення циліндра від продуктів згоряння.

У реальних теплових двигунах перетворення теплоти в роботу пов'язане з протіканням складних необоротних процесів (маються тертя, хімічні реакції в робочому тілі, кінцеві швидкості поршня, теплообмін і ін.) Термодинамічний аналіз такого циклу неможливий Гельман В.М., Москвін М.В. Сільськогосподарські трактори та автомобілі. - М .: Агропромиздат, 1987, ч I і П ..

Під індіцірованія розуміється зняття з подальшою обробкою індикаторних діаграм, що представляють собою графічну зави-ності розвивається в робочому циліндрі тиску в функції ходу поршня S або пропорційного йому обсягу циліндра V s (див. Рис. 1 і 2).

Індикатори «Майгак»

Діаграми знімаються з кожного робочого циліндра за допомогою спе-ціального приладу - індикатора поршневого типу «Майгак». Наявність діаграми дозволяє визначити важливі для аналізу робочого процесу параметри Р i, Р с і Р макс. Діаграма на рис. 1 типова для двигунів, при експлуатації яких головне завдання полягало в зниженні рівня і змісту у вихлопі оксидів азоту. Для цього, як уже раніше зазначалося, здійснюється більш пізній уприскування палива і згорання відбувається з меншим зростанням тиску і температур в камері згоряння.

Мал. 1 Індикаторна діаграма двигуна МАН-БВ KL-MC

Якщо ж головна мета полягає в підвищенні економічності двигуна, то згоряння організовується з більш ранньої подачею палива і, соответс-твенно, великим зростанням тисків. При наявності електронної системи управління подачею палива така перебудова легко здійснюється.

На діаграмі рис. 2 чітко видно два горба - стиснення і потім згорить-ня. Такий характер досягнуто за рахунок ще більш пізньої подачі палива. На малюнках приведені два види діаграм - згорнута, по якій оп-ределяется середнє індикаторне тиск, і розгорнута, що дозволяє візуально оцінити характер розвитку процесів. Подібні діаграми можна отримати при використанні поршневого індикатора «Майгак», для якого необхідна наявність, що дозволяє

синхронізувати обертання барабана індикатора з рухом поршня на дисплеї циліндра. Підключення приводу дозволяє отримати згорнуту діаграму, планіметрірованія площі якої визначаються-ється середнє індикаторне тиск, Що представляє собою деякий середнє умовний тиск, що діє на поршень і вчиняє протягом одного ходу роботу, рівну роботі газів за цикл.

P i \u003d F інд.д / L m, де F інд.д - площа діаграми, пропорційна роботі газів за цикл, L - довжина діаграми, пропорційна величині робочого об'єму циліндра, m - масштабний множник, що залежить від жорсткості пружини поршня індикатора.

за P i підраховується індикаторна потужність циліндра N i \u003d C P i n, де η - число оборотів 1 / хв і З - постійна циліндра. ефективна потужність N e \u003d N i η хутро кВт, η хутро -механічний ккд двигуна, Який можна знайти в документації по двигуну.

Перед тим, як приступити до індіцірованія, перевірте стан індикаторного крана і приводу. Можливі помилки в їх стані проілюстровані на рис. 3.

Гребінка (рис. 2) знімається при ручному управлінні шнуром, від'єднання від індикаторного приводу. Наявність гребінки поз-воляет оцінити стабільність циклів і більш точно заміряти Р макс. Якщо піки однакові, то це свідчить про стабільну роботу паливної апаратури.

Важливо відзначити, що поршневі індикатори мають малу часто-тій власних коливань. Остання повинна, як мінімум, в 30 разів перевищувати число обертів двигуна. В іншому випадку індикатор-ні діаграми будуть зніматися з спотвореннями. Тому застосування

поршневих індикаторів обмежується 300 об / хв. Індикатори зі стрижневою пружиною мають більшу частотою власних колі-баний і їх застосування допускається в двигунах з частотою обертання до 500-700 об / хв. Однак, в таких двигунах індикаторний привід відсутній і доводиться обмежуватися зняттям гребінок або раз-повернути діаграм, за якими середнє не визначена.

Друге обмеження стосується величини максимального тиску в циліндрах. В сучасних двигунах з високим рівнем форсування воно досягає 15-18 МПа. При використовуваному в індикаторі «Майгак» пор-шне для дизелів діаметром 9,06 мм максимально жорстка пружина огра-нічівает Р макс \u003d 15 МПа. При такій пружині точність вимірювання досить низька, так як масштаб пружини становить 0,3 мм на 0,1 МПа.

Істотно також, що робота по індіцірованія досить стоми-тельна і трудомістка, а точність результатів невисока. Мала точність обумовлюється помилками, що виникають через недосконалість інді-каторного приводу і неточності обробки індикаторних діаграм при їх ручному планіметрірованія. Для довідки - неточність індикатор-ного приводу, що виражається в зміщенні ВМТ приводу від її справжнього стану на 1 °, призводить до помилки приблизно в 10%.

індикаторна діаграма

графічне зображення зміни тиску газу або пари в циліндрі поршневої машини залежно від положення поршня. І. д. Викреслюється зазвичай за допомогою індикатора тиску (Див. Індикатор тиску). По осі абсцис відкладається обсяг, яку він обіймав газами в циліндрі, а по осі ординат - тиск. Кожна точка на І. д. ( мал. ) Показує тиск в циліндрі двигуна при даному обсязі, т. Е. При даному положенні поршня (точка r відповідає початку впускання; крапка а - початку стиснення; крапка з - кінця стиснення; крапка z - початку розширення; крапка b - кінця розширення).

І. д. Дає уявлення про значення роботи, виробленої двигуном внутрішнього згоряння або насосом, і про їх потужності. Робоче тіло виконує корисну роботу тільки протягом робочого ходу. Тому для визначення корисної роботи необхідно з площі, обмеженої кривою розширення zb, Відняти площу, обмежену кривою стиснення ac. Розрізняють теоретичну і дійсну І. д. Теоретична будується за даними теплового розрахунку і характеризує теоретичний цикл; дійсна І. д. знімається з працюючої машини за допомогою індикатора і характеризує дійсний цикл (див. мал. ).

Для зручності ведення розрахунків і зіставлення між собою різних двигунів змінні по ходу поршня тиску замінюються умовним постійним тиском, при якому за один хід поршня виходить робота, рівна роботі газів за цикл з перемінним тиском. Це постійний тиск називається середнім індикаторним тиском і є роботою газів, віднесену до робочого об'єму поршневої машини.

Б. А. Куров.

Велика Радянська Енциклопедія. - М .: Радянська енциклопедія. 1969-1978 .

Дивитися що таке "Індикаторна діаграма" в інших словниках:

Індикаторна діаграма для різних поршневих механізмів графічна залежність тиску в циліндрі від ходу поршня (або в залежності від обсягу, займаного газом або рідиною в циліндрі). Індикаторні діаграми будуються при дослідженні ... Вікіпедія

індикаторна діаграма - Діаграма залежності тиску в циліндрі поршневої машини від його змінного обсягу. [ГОСТ 28567 90] Тематики компресор EN pressure volume diagram DE Indikatordiagramm ... Довідник технічного перекладача

Графічне зображення залежності тиску робочого тіла (пари, газу) в циліндрі поршневої машини (двигуна, насоса) від переміщення поршня. Являє собою замкнуту криву, площа всередині якої пропорційна роботі, досконалої робочим ... Великий Енциклопедичний словник

Графічне зображення залежності тиску робочого тіла (пари, газу) в циліндрі поршневої машини (двигуна, насоса) від переміщення поршня. Являє собою замкнуту криву, площа всередині якої пропорційна роботі, досконалої робочим ... енциклопедичний словник

Графічні. зображення зміни тиску пари або газу в циліндрі поршневої машини залежно від переміщення поршня або кута повороту колінчастого впала (див. рис.). Площа І. д. Пропорційна роботі, соверш. робочим тілом всередині циліндра за ... ... Великий енциклопедичний політехнічний словник

Графічні. зображення залежності тиску робочого тіла (пари, газу) в циліндрі поршневої машини (двигуна, насоса) від переміщення поршня. Являє собою замкнуту криву, площа всередині до рій пропорційна роботі, досконалої робочим тілом ... Природознавство. енциклопедичний словник

індикаторна діаграма - 97. Індикаторна діаграма D. Indikalorcliagramm Е. Pressure volume diagram Діаграма залежності тиску в циліндрі поршневої машини від його змінного обсягу

Основна відмінність 2-тактного двигуна від 4-тактного полягає в способі газообміну - очищення циліндра від продуктів згоряння і зарядки його свіжим повітрям або гарячою сумішшю.

Пристрої газорозподілу 2-тактних двигунів - щілини у втулці циліндра, що перекриваються поршнем, і клапани або золотники.

Робочий цикл:

Після згоряння палива починається процес розширення газів (робочий хід). Поршень рухається до нижньої мертвої точки (НМТ). В кінці процесу розширення поршень 1 відкриває впускні щілини (вікна) 3 (точка b) або відкриваються випускні клапана, повідомляючи порожнину циліндра через вихлопну трубу з атмосферою. При цьому частина продуктів згоряння виходить з циліндра і тиск в ньому падає до тиску продувочного повітря Pd. У точці d поршень відкриває продувні вікна 2, через які в циліндр подається суміш палива з повітрям під тиском 1,23-1,42 бар. Подальше падіння сповільнюється, тому що в циліндр надходить повітря. Від точки d до НМТ одночасно відкриті випускні і продувні вікна. Період, протягом якого одночасно відкриті продувальні і випускні вікна, називається продувкою. У цей період циліндр наповнюється сумішшю повітря, а продукти згоряння витісняються з нього.

Другий такт відповідає ходу поршня від нижньої до верхньої мертвої точки. На початку ходу триває процес продувки. Точка f - кінець продувки - закриття впускних вікон. У точці а закриваються випускні вікна і починається процес стиснення. Тиск в циліндрі до кінця зарядки трохи вище атмосферного. Воно залежить від тиску продувочного повітря. З моменту закінчення продувки і повного перекриття випускних вікон починається процес стиснення. Коли поршень не доходить на 10-30град по куту поволрота колен.вала до ВМТ (точка с /), в циліндр через форсунку подається паливо або виробляється запалювання суміші і цикл повторюється.

При однакових розмірах циліндра і частоті обертання потужність 2-тактного значно більше, в 1,5-1,7 рази.

Середній тиск теоретичної діаграми ДВС.

Середнє індикаторне тиск ДВС.

Це таке умовно постійний тиск, яке, діючи на поршень, здійснює роботу, рівну внутрішню роботу газу протягом всього робочого циклу.

Графічно p i в певному масштабі дорівнює висоті прямокутника mm / hh /, по площі рівного площі діаграми і має ту ж довжину.

f- площа індикаторної діаграми (мм 2)

l- довжина інд.діаграмми - mh

k p - масштаб тиску (Па / мм)

Середнє ефективне тиск ДВС.

Цей твір механічного ККД на середнє індикаторне тиск.

Де η хутро \u003d N e / N i. При нормальному режимі роботи η хутро \u003d 0,7-0,85.

Механічний ККД ДВС.

η хутро \u003d N e / N i

Ставлення ефективної потужності до індикаторної.

При нормальному режимі роботи η хутро \u003d 0,7-0,85.

Індикаторна потужність ДВС.

Інд. потужність двигуна, що отримується всередині уіліндра, може бути визначена за допомогою індикаторної діаграми, що знімається спеціальним приладом - індикатором.

Інд.мощность - робота, що здійснюються робочим тілом в циліндрі двигуна в ед.времені.

Інд.мощность одного циліндра -

k- кратність двигуна

V-робочий об'єм циліндра

n-число робочих ходів.

Ефективна потужність ДВС.

Корисно використовувана потужність, що знімається з колен.вала

N e \u003d N i -N тр

N тр - сума втрат потужності на тертя між рухомими деталями двигуна і на приведення в дію допоміжних механізмів (насосів, генератора, вентилятора і ін.)

Визначення еф.мощності двигуна в лабораторних умовах або при стендових випробуваннях виробляють за допомогою спец.тормозних пристроїв - механічних, гідравлічних або електричних.