Лекция 4

ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЕ ЦИКЛЫ ДВС

1. Отличие действительных циклов четырехтактных двигателей от теоретических

1.1. Индикаторная диаграмма

2. Процессы газообмена

2.1. Влияние фаз газораспределения на процессы газообмена

2.2. Параметры процесса газообмена

2.3. Факторы, влияющие на процессы газообмена

2.4. Токсичность отработавших газов и пути предотвращения загрязнения окружающей среды

3. Процесс сжатия

3.1. Параметры процесса сжатия

4. Процесс сгорания

4.1. Скорость сгорания

4.2. Химические реакции при сгорании

4.3. Процесс сгорания в карбюраторном двигателе

4.4. Факторы, влияющие на процесс сгорания в карбюраторном двигателе

4.5. Детонация

4.6. Процесс сгорания топливной смеси в дизеле

4.7. Жесткая работа дизеля

5. Процесс расширения

5.1. Назначение и протекание процесса расширения

5.2. Параметры процесса расширения

Отличие действительных циклов четырехтактных двигателей от теоретических

Наибольший КПД можно теоретически получить только в результате использования термодинамического цикла, варианты которого были рассмотрены в предыдущей главе.

Важнейшие условия протекания термодинамических циклов:

· неизменность рабочего тела;

· отсутствие всяких тепловых и газодинамических потерь, кроме обязательного отвода теплоты холодильником.

В реальных поршневых ДВС механическая работа получается в результате протекания действительных циклов.

Действительным циклом двигателя называется совокупность периодически повторяющихся тепловых, химических и газодинамических процессов, в результате которых термохимическая энергия топлива преобразуется в механическую работу.

Действительные циклы имеют следующие принципиальные отличия от термодинамических циклов:

Действительные циклы являются разомкнутыми, и каждый из них осуществляется с использованием своей порции рабочего тела;

Вместо подвода теплоты в действительных циклах происходит процесс сгорания, который протекает с конечными скоростями;

Изменяется химический состав рабочего тела;

Теплоемкость рабочего тела, представляющего собой реальные газы изменяющегося химического состава, в действительных циклах постоянно меняется;

Идет постоянный теплообмен между рабочим телом и окружающими его деталями.

Все это приводит к дополнительным потерям теплоты, что в свою очередь ведет к снижению КПД действительных циклов.

Индикаторная диаграмма

Если термодинамические циклы изображают зависимость изменения абсолютного давления (р ) от изменения удельного объема (υ ), то действительные циклы изображаются как зависимости изменения давления (р ) от изменения объема (V ) (свернутая индикаторная диаграмма) или изменения давления от угла поворота коленчатого вала (φ), которая называется развернутой индикаторной диаграммой.

На рис. 1 и 2 показаны свернутая и развернутая индикаторные диаграммы четырехтактных двигателей.

Развернутая индикаторная диаграмма может быть получена экспе­риментально с помощью специального прибора - индикатора давления. Индикаторные диаграммы можно получить и расчетным путем на основе теплового расчета двигателя, но менее точные.

Рис. 1. Свернутая индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя
с принудительным воспламенением

Рис. 2. Развернутая индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля

Индикаторные диаграммы используются для изучения и анализа процессов, протекающих в цилиндре двигателя. Так, например, площадь свернутой индикаторной диаграммы, ограниченная линиями сжатия, сгорания и расширения, соответствует полезной или индикаторной работе L i действительного цикла. Величиной индикаторной работы характеризуется полезный эффект действительного цикла:

, (3.1)

где Q 1 - количество подведенной в действительном цикле теплоты;

Q 2 - тепловые потери действительного цикла.

В действительном цикле Q 1 зависит от массы и теплоты сгорания топлива, вводимого в двигатель за цикл.

Степень использования подводимой теплоты (или экономичность действительного цикла) оценивают индикаторным КПД η i , который представляет собой отношение теплоты, преобразованной в полезную работу L i , к теплоте подведенного в двигатель топлива Q 1 :

, (3.2)

С учетом формулы (1) формулу (2) индикаторного КПД можно записать так:

, (3.3)

Следовательно, теплоиспользование в действительном цикле зависит от величины тепловых потерь. В современных ДВС эти потери составляют 55 –70 %.

Основные составляющие тепловых потерь Q 2 :

Потери теплоты с отработавшими газами в окружающую среду;

Потери теплоты через стенки цилиндра;

Неполнота сгорания топлива из-за местного недостатка кислорода в зонах горения;

Утечка рабочего тела из рабочей полости цилиндра из-за неплотности прилегающих деталей;

Преждевременный выпуск отработавших газов.

Для сравнения степени использования теплоты в действительных и термодинамических циклах используют относительный КПД

В автомобильных двигателях η o от 0,65 до 0,8.

Действительный цикл четырехтактного двигателя совершается за два оборота коленчатого вала и состоит из следующих процессов:

Газообмена - впуск свежего заряда (см. рис. 1, кривая frak ) и выпуск отработавших газов (кривая b"b"rd );

Сжатия (кривая аkс"с" );

Сгорания (кривая c"c"zz" );

Расширения (кривая z z"b"b" ).

При впуске свежего заряда поршень движется, освобождая над собой объем, который заполняется смесью воздуха с топливом в карбюраторных двигателях и чистым воздухом в дизелях.

Начало впуска определяется открытием впускного клапана (точка f ), конец впуска - его закрытием (точка k ). Начало и конец выпуска соответствуют открытию и закрытию выпускного клапана соответственно в точках b" и d .

Не заштрихованная зона b"bb" на индикаторной диаграмме соответствует потере индикаторной работы вследствие падения давления в результате открытия выпускного клапана до прихода поршня в НМТ (предварение выпуска).

Сжатие фактически осуществляется с момента закрытия впускного клапана (кривая k-с" ). До закрытия впускного клапана (кривая а-k ) давление в цилиндре остается ниже атмосферного (p 0 ).

В конце процесса сжатия топливо воспламеняется (точка с" ) и быстро сгорает с резким нарастанием давления (точка z ).

Так как воспламенение свежего заряда происходит не в ВМТ, и сгорание протекает при продолжающемся перемещении поршня, расчетные точки с и z не соответствуют реально протекающим процессам сжатия и сгорания. В результате площадь индикаторной диаграммы (заштрихованная зона), а значит и полезная работа цикла меньше термодинамической или расчетной.

Воспламенение свежего заряда в бензиновых и газовых двигателях осуществляется от электрического разряда между электродами искровой свечи.

В дизелях топливо воспламеняется за счет теплоты нагретого от сжатия воздуха.

Образовавшиеся в результате сгорания топлива газообразные продукты создают давление на поршень, вследствие чего совершается такт расширения или рабочий ход. При этом энергия теплового расширения газа преобразуется в механическую работу.

2. Процессы газообмена 2-х и 4-х тактных дизельных двигателей. Понятие наддува. Импульсный газотурбинный и наддув при постоянном давлении. Коэффициент избытка воздуха.

3. Генераторы судовой электростанции. Техническое обслуживание щеточного аппарата синхронного генератора.

2. Принцип работы холодильной установки. Холодильные агенты и хладоносители.

3. Техническое обслуживание кислотных аккумуляторных батарей (акб).

4. Техническое обслуживание судовых помещений.

1. Международная конвенция о грузовой марке 1966 года.

3. Измерение сопротивления изоляции электрооборудования. Техническое обслуживание распределительных устройств.

4.Техническое обслуживание судовых систем.

1.Категории затопленных отсеков. Влияние свободной поверхности на остойчивость на больших углах крена.

2.Судовые паровые котлы: классификация, устройство водотрубных, огнетрубных, комбинированных и утилизационных котлов, устройства для сжигания топлива в котлах.

Процесс сгорания топлива

Подача воздуха

Сгорание топлива

3. Средства, обеспечивающие распределение нагрузки при параллельной работе генераторов.

4.Осмотр судна в доке и на плаву.

1. Конструктивные меры противопожарной безопасности.

2.Основные термодинамические процессы для идеальных газов.

3.Судовые силовые трансформаторы.

4.Техническое обслуживание дизелей и их отдельных сборочных единиц и деталей.

1. Конвенция солас.

2. Цикл Карно.

3. Техническое обслуживание взрывозащищенного электрооборудования и сетей. Осмотры электрооборудования

4.Очистки, осмотры и испытания котлов.

1. Международный кодекс по спасательным средствам. Индивидуальные и коллективные спасательные средства.

3. Аварийные дизель - генераторы и система их автоматического запуска.

4.Техническое обслуживание элементов котла.

1. Международная конвенция марпол по предотвращению загрязнения с судов. Судовые документы по пзм, сроки их действия, возобновление документов.

2.Основные понятия о машинах и механизмах. Кинематическая пара, кинематическая цепь. Виды передач.

3. Классификация полупроводниковых преобразователей электроэнергии.

4.Техническое обслуживание вспомогательных механизмов и оборудования.

2. Сопротивление материалов: виды деформаций, напряжений, нагрузок.

3. Частотные преобразователи для управления асинхронными электродвигателями.

4.Смазывание вспомогательных механизмов и оборудования, техническое обслуживание подшипников.

1. Судовые системы, предназначенные для предотвращения возникновения или распространения пожара. Средства пожаротушения на судах и их классификация. Противопожарное снабжение.

2.Детали машин: детали и узлы общего и специального назначения, виды соединений.

3. Щитовые электроизмерительные приборы (эп). Подключение электроизмерительных приборов. Погрешность результата измерения.

4.Техническое обслуживание холодильных установок. Удаление хладона. Наполнение системы хладоном и дозарядка.

1. Классификация судовых помещений по назначению. Размещение помещений в основном корпусе судна.

2. Основные неподвижные и подвижные детали судовых дизелей.

3. Электрическое освещение – основное и аварийное. Судовые электронагревательные и отопительные приборы и устройства. Обслуживание и предъявляемые к ним требования.

4. Система технического обслуживания судна. Общие требования по то судна. План-графики по то стс и к.

1. Судовые документы, требуемые ктм рф. Судовые документы, выдаваемые рмрс России в соответствии с требованиями мк солас 74/88 с поправками. Мппсс-72 и регламента радиосвязи 1997 г.

2. Подготовка дизельной установки к действию после длительной стоянки, во время которой производились работы, связанные с разборкой. Подготовка дизельной установки к действию в зимнее время.

3. Режимы работы судовых электроприводов. Факторы, обеспечивающие нормальную работу судовых электрических машин. Защита электродвигателей в электроприводах.

4. Надзор за судами в эксплуатации. Использование результатов в процессе технического надзора за судами.

2. Работа дизеля в режимах и условиях, отличных от нормальных. Подготовка к манёврам и остановка дизельной установки.

3. Приборы контроля и сигнализации. Датчики и индикаторы, применяемые в судовых системах. Аварийно-предупредительная сигнализация (апс).

4. Виды и порядок прохождения инструктажа по технике безопасности.

1. Мкуб - его цели и требования. Основные резолюции имо по внедрению мкуб.

International Management Code for the Safe Operation of Ships and for Pollution Prevention (International Safety Management (ism) Code) » - мкуб

2. Ввод дизеля в режим эксплуатационной нагрузки. Работа гд и обслуживающих его систем в сложных условиях.

3. Средства автоматики и дистанционного управления. Готовность к действию и ввод в действие электрических систем автоматики. Основные требования к системам дау.

4. Техника безопасности при обслуживании дизельных установок.

1. Система управления безопасностью судоходной компании. Назначенное лицо. Национальные нормативные документы по внедрению мкуб.

2. Контроль и регулировка параметров рабочего процесса судовых дизелей.

3. Техническая документация по судовому электрооборудованию, виды технической документации. Электрические схемы и чертежи, их отличие друг от друга.

4. Работа главной дизельной установки в аварийных условиях и во время обкатки.

1. Международная конвенция марпол-73/78: правила регистрации операций с нефтью и нефтепродуктами. Ответственность и контроль.

2.Подготовка котла к действию, обслуживание котла в действии, вывод котла из действия.

3. Проверки работы адг, сети аварийного освещения, авральной и пожарной сигнализации, водонепроницаемых дверей; периодичность проверок.

1. Кодекс торгового мореплавания рф. Устав службы на судах ммф. Дисциплинарный устав.

2. Обслуживание котла на режимах, отличных от нормальных. Водный режим котла. Меры предосторожности при упуске воды из котла. Хранение бездействующего котла.

3. Электробезопасность. Защита от поражения электрическим током, защитное заземление. Диэлектрические средства защиты, периодичность проверок их на электрическую прочность.

4. Контроль технического состояния корпусных конструкций. Виды и методы неразрушающего контроля и диагностики технического состояния корпуса и конструкций судна.

2.Типы насосов, входящих в состав судовых систем. Птэ насосов по типам.

3. Функции элементов сар и назначение. Система дистанционного автоматического управления гд.

4. Требования птэ по технической эксплуатации и обслуживанию машинных и котельных помещений. Предремонтная дефектация элементов корпуса судна, организация и этапы выполнения.

1. «Наставление по предотвращению загрязнения с судов». Пломбирование клапанов на судне. Бункеровочные операции.

2. Работа гд с выключенными цилиндрами. Регулировка параметров рабочего процесса гд.

4. Взаимодействие должностных лиц в процессе ремонта. Доковый ремонт. Доковый ремонт

2. Работа гд с перегрузкой. Работа гд в режиме холостого хода. Подготовка гд к маневрам и остановке.

3. Аварийный безбатарейный телефон для связи мостик-цпу- румпельная. Частоты судовой рабочей носимой укв.

4. Написание ремонтной ведомости. Проведение тендера на ремонт судна. Распределение обязанностей на предстоящий ремонт судна.

2. Указания по техническому обслуживанию вентиляторов и поршневых компрессоров.

3. Общая характеристика рулевых электроприводов и требования к ним.

4. Испытания судна после ремонта. Окончание ремонта на заводе. Гарантийный период после ремонта.

1. Якорное устройство, назначение и состав. Общие сведения и классификация. Швартовное устройство. Общие сведения, назначение и классификация. Якорное устройство.

Якорная цепь.

2. Указания по техническому обслуживанию теплообменных аппаратов, фильтров, сосудов под давлением и тормозных устройств.

3. Подготовка грузовых устройств к работе. Электрическое торможение грузоподъемников переменного тока.

Среднее эффективное Ре давление это давление которое зависит от количества топлива впрыскиваемого в цилиндр.

Эффективная мощность Ре - мощность, снимаемая с соединительного фланца вала двигателя, т. е. отдаваемая валопроводу, генератору или любому потребителю энергии на данном режиме работы

Индикаторная мощность Рz - мощность развиваемая газами внутри рабочих цилиндров двигателя, называют индикаторной.

3. Основные электрические величины – электрический ток, напряжение, мощность

электрического тока, единицы измерения.

ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЙ ТОК - УПОРЯДОЧЕННОЕ НЕКОМПЕНСИРОВАННОЕ ДВИЖЕНИЕ СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ.

НАПРЯЖЕНИЕ – КОЛЛИЧЕСТВО ЭНЕРГИИ ЗАТРАЧИВАЕМОЕ НА ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ИЗ ОДНОЙ ТОЧКИ В ДРУГУЮ.

МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА – СКОРОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ ЭНЕРГИИ. МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА РАВНА РАБОТЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА, ПРОИЗВОДИМОЙ В ТЕЧЕНИЕ ОДНОЙ СЕКУНДЫ.

4. Общие требования к техническому обслуживанию стс и к.

ПОД СУДОВЫМИ ТЕХНИЧЕСКИМИ СРЕДСТВАМИ ПОНИМАЮТСЯ УСТАНОВКИ, АГРЕГАТЫ, МЕХАНИЗМЫ И ДРУГОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СУДНА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ЕГО РАБОТОСПОБНОСТЬ В СООТВЕТСТВИИ С НАЗНАЧЕНИЕМ.

1. Общие положения 1.1. Техническая эксплуатация судовых технических средств и конструкций (СТС и К) должна производиться в соответствии с инструкциями заводов-изготовителей и требованиями настоя­щих Правил.

1.2. Все операции связанные с вводом в действие, изменени­ем режимов работы, выводом из действия, проворачиванием и разборкой технических средств, должны производиться с разре­шения, по указанию или с извещением должностных лиц (капитана, вахтенного помощника капитана, старшего механи­ка, вахтенного механика, ответственного по заведованию), если это предусмотрено соответствующими пунктами Правил или другими документами, регламентирующими действия судового экипажа. 1.3. Бездействия, связанные с техническим использованием, обслуживанием и ремонтом СТСиК должны регистрироваться вахтенным механиком в машинном журнале. 1.4. На судне должен быть организован учет технического со­стояния СТСиК а также учет наличия и движения сменно-запасных частей и предметов, материально-технического снабжения по заведованиям.

1.5. При в воде в действие оборудования, убедиться что оборудование исправно, КИП исправны и так далее.

БИЛЕТ 2.

1. Посадка и остойчивость судна, теоретические основы. Остойчивость, метацентрическая высота. Информация об остойчивости.

ОСТО́ЙЧИВОСТЬ - способность плавучего средства противостоять внешним силам, вызывающим его крен или дифферент и возвращаться в состояние равновесия.

Судно плавает на поверхности воды под действием двух основных сил: силы тяжести и Архимедовой силы. Сила тяжести -“тянет судно вниз”, равна его весу и приложена к центру тяжести судна ЦТ. Сила плавучести или Архимедова сила –“выталкивает судно из воды”, равна его водоизмещению и приложена в центре подводного объема ЦВ судна.

В “прямом” положении судна эти силы уравновешивают друг друга и лежат на одной вертикальной линии. При крене форма подводной части корпуса изменится, ЦВ сместится в сторону накрененного борта, и возникнет так называемыйвосстанавливающий момент, который противодействует крену. При наклонении судна ЦВ как бы поворачивается вокруг точки, называемой метацентром m.

Расстояние от метацентра m до центра тяжести ЦТ (метацентрическая высота) является характеристикой остойчивости судна. Чем меньше судно, тем больше должна быть метацентрическая высота. Чем ниже расположен центр тяжести, тем судно остойчивее. Существует простое правило: КАЖДЫЙ КИЛОГРАММ ПОД ВАТЕРЛИНИЕЙ ПОВЫШАЕТ ОСТОЙЧИВОСТЬ, А КАЖДЫЙ КИЛОГРАММ НАД ВАТЕРЛИНИЕЙ УХУДШАЕТ ЕЕ.

Индикаторная диаграмма двигателя внутреннего сгорания строится с использованием данных расчета рабочего процесса.

При построении на оси абсцисс откладывается отрезок АВ, (рис 8) соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе M s . Масштаб M s обычно принимается 1:1, 1,5:1 или 2:1.

Отрезок ОА (мм), соответствующий объему камеры сгорания, определяется из уравнения

ОА = АВ/(ε – 1) (2.28)

Отрезок z′z для дизелей, работающих по циклу со смешенным подводом теплоты (рис. 9)

z′z = ОА(ρ – 1) (2.29)

За тем по данным расчета параметров действительного цикла на диаграмме откладывают в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках: a, c, z, z, b, r.

Построение политроп сжатия и расширения можно производить аналитическим или графическим методом. При аналитическом методе построения политроп сжатия и расширения вычисляется ряд точек для промежуточных объемов, расположенных между V c и V a и между V z и V b , по уравнению политропы .

Рис. 8. Индикаторная диаграмма бензинового двигателя

Рис. 9. Индикаторная диаграмма дизельного двигателя

Для политропы сжатия , откуда

, (2.30)

где p x и V x – давление и объем в искомой точке процесса сжатия.

Отношение V a /V x изменяется в пределах 1÷ ε.

Аналогично для политропы расширения

(2.31)

Для бензиновых двигателей отношение V b /V x изменяется в интервале 1÷ε , для дизелей – 1÷ δ.

Определение ординат расчетных точек политроп сжатия и расширения удобно производить в табличной форме.

Построение индикаторной диаграммы производят, соединяя точки а и с, z и b плавными кривыми, а точки b и a, c и z – прямыми линиями.

Процессы впуска и выпуска принимают протекающими при р = const и V = const

Для проверки правильности построения диаграммы определяют

р i = M p /AB

где F – площадь диаграммы a c′c″z д b′b″a .

Расчет индикаторных и эффективных показателей ДВС

Индикаторные показатели

Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания характеризуется средним индикаторным давлением, индикаторной мощностью, индикаторным КПД и удельным индикаторным расходом топлива.

Теоретическое среднее индикаторное давление – это отношение теоретической расчетной работы газов за один цикл к ходу поршня.

Для бензиновых двигателей, работающих по циклу с подводом теплоты при V = const, теоретическое среднее индикаторное давление

Для дизеля, работающего по циклу со смешенным подводом теплоты при V = const и р = const

Среднее индикаторное давление p i действительного цикла отличается от значения на величину, пропорциональную уменьшению расчетной диаграммы за счет скругления в точках с, z, b.

Уменьшение теоретического среднего индикаторного давления вследствие отклонения действительного процесса от расчетного цикла оценивается коэффициентом полноты диаграммы φ и и величиной среднего давления насосных потерь Δp i .

Коэффициент полноты диаграммы φ и принимается равным:

для карбюраторных двигателей …………………….…. 0,94÷0,97

для двигателей с электронным впрыском топлива…… 0,95÷0,98

для дизелей………………………………………………. 0,92÷0,95

Среднее давление насосных потерь (МПа) при процессах впуска и выпуска

Δp i = p r – p a . (3.3)

Для четырехтактных двигателей без наддува величина Δp i положительна. В двигателях с наддувом от приводного нагнетателя при p a > p r величина Δp i отрицательна. При газотурбинном наддуве значение p a может быть как больше, так и меньше p r , т.е. величина Δp i может быть как отрицательной, так и положительной.

При проведении расчетов потери на газообмен учитываются в работе, затрачиваемой на механические потери. В связи с этим принимают, что среднее индикаторное давление p i отличается от только на коэффициент полноты диаграммы

p i = φ и . (3.4)

При работе на полной нагрузке величина p i (МПа) достигает:

для четырехтактных бензиновых двигателей…………………… 0,6÷1,4

для четырехтактных форсированных бензиновых двигателей… до 1,6

для четырехтактных дизелей без наддува………………………. 0,7÷1,1

для четырехтактных дизелей с наддувом……………………….. до 2,2

Индикаторная мощность N i – работа, совершаемая газами внутри цилиндра в единицу времени.

Для многоцилиндрового двигателя индикаторная мощность (кВт) равна

N i = p i V h in /(30τ ), (3.5)

где p i – среднее индикаторное давление, МПа;

V h – рабочий объем одного цилиндра, л (дм 3);

i – число цилиндров;

n – частота вращения коленчатого вала двигателя, мин -1 ;

τ – тактность двигателя. Для четырехтактного двигателя τ=4.

Индикаторная мощность одного цилиндра

N i = p i V h n /(30τ ), (3.6)

Индикаторный КПД η i характеризует степень использования в действительном цикле теплоты топлива для получения полезной работы и представляет собой отношение теплоты, эквивалентной индикаторной работе цикла, ко всему количеству теплоты, внесенной в цилиндр с топливом.

Для 1 кг топлива

η i = L i /Н и , (3.7)

где L i – теплота, эквивалентная индикаторной работе, МДж/кг;

Н и – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг.

Для автомобильных и тракторных двигателей, работающих на жидком топливе

η i = p i ·l 0 ·α /(Н и ·ρ k ·η V), (3.8)

где p i выражено в МПа; l 0 – в кг/кг топл.; Н и – в МДж/кг топл.; ρ k – в кг/м 3 .

В автомобильных и тракторных двигателях, работающих на номинальном режиме, величина индикаторного КПД составляет:

для двигателей с электронным впрыском топлива……… 0,35÷0,45

для карбюраторных двигателей…………………………… 0,30÷0,40

для дизелей…………………………………………………. 0,40÷0,50

Удельный индикаторный расход топлива g i характеризует экономичность действительного цикла

g i = 3600/(η i Н и) или g i = 3600 ρ 0 η V /(p i ·l 0 ·α) . (3.10)

Удельный расход топлива на номинальном режиме:

для двигателей с электронным впрыском топлива …g i = 180÷230 г(кВт·ч)

для карбюраторных двигателей………………………g i = 210÷275 г(кВт·ч)

для дизелей……………………………………….……g i = 170÷210 г(кВт·ч)

Эффективные показатели

Эффективными показателями называют величины, характеризующие работу двигателя, снимаемую с его вала и полезно используемую. К числу эффективных показателей относятся: эффективная мощность, крутящий момент, среднее эффективное давление, удельный эффективный расход, эффективный КПД.

Эффективная мощность . Полезная работа, получаемая на валу двигателя в единицу времени называется эффективной мощностью N e .

N e =N i - N мп (3.9)

где N мп мощность механических потерь.

Эффективная мощность дана студенту в исходных данных для проектирования ДВС (см. задание на выполнение курсового проекта).

Под механическими потерями понимают потери на все виды механического трения, осуществление газообмена, привод вспомогательных механизмов (водяного, масляного, топливного насосов, вентилятора, генератора и пр.), вентиляционные потери, связанные с движением деталей двигателя в среде воздушно-масляной эмульсии и воздуха, а также на привод компрессора.

Механические потери оценивают средним давлением механических потерь p мп, которое характеризует удельную работу механических потерь (приходящуюся на единицу рабочего объема) при осуществлении рабочего цикла.

При аналитическом определении N e (кВт) она рассчитывается по формуле:

N e = p e V h in /(30τ ) (3.10)

где p e =L e /V h - среднее эффективное давление (МПа), т. е. полезная работа, получаемая за цикл с единицы рабочего объема;

V h – рабочий объем цилиндра, л;

n – число оборотов коленчатого вала, мин -1

Эффективный крутящий момент М е (Н∙м)

М е = (3∙10 4 /π)(N e /n ) (3.11)

При расчете ДВС среднее эффективное давление (МПа) определяют как

p e = p i - p мп (3.12)

Среднее давление механических потерь p мп (МПа) для двигателей различного типа определяется по определяется по эмпирическим формулам:

для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D>1

p мп =0,049 + 0,0152V п.ср;

для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D≤1

p мп =0,034 + 0,0113V п.ср

для четырехтактных дизелей с неразделенными камерами

p мп =0,089 + 0,0118V п.ср

В четырехтактном двигателе рабочие процессы происходят следующим образом:

• 1. Такт впуска. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздухоочистителя в полость цилиндра через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 - 0.095 МПа, а температура 40 - 60 С.
• 2. Такт сжатия. Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом.
• 3. Такт расширения, или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, 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 ВМТ в НМТ - происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3-0.5 МПа, а температура до 700 - 900 С.
• 4. Такт выпуска. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан 6 отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов 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.

Индикаторную диаграмму, снятую с помощью прибора-индикатора, называют индикаторной диаграммой (рис.1).

Рис. 1

Рассмотрим диаграмму:

• 0-1 - заполнение цилиндра воздухом (при внутреннем смесеобразовании) или рабочей смесью (при внешнем смесеобразовании) при давлении несколько ниже атмосферного из-за гидродинамического сопротивления впускных клапанов и всасывающего трубопровода,
• 1-2 - сжатие воздуха или рабочей смеси,
• 2-3"-3 - период горения рабочей смеси,
• 3-4 - рабочий ход поршня (расширение продуктов сгорания), совершается механическая работа,
• 4-5 - выхлоп отработавших газов, падение давления до атмосферного происходит практически при постоянном объеме,
• 5-0 - освобождение цилиндра от продуктов сгорания.

В реальных тепловых двигателях преобразование теплоты в работу связано с протеканием сложных необратимых процессов (имеются трение, химические реакции в рабочем теле, конечные скорости поршня, теплообмен и др.) Термодинамический анализ такого цикла невозможен Гельман В.М., Москвин М.В. Сельскохозяйственные тракторы и автомобили. - М.: Агропромиздат, 1987, ч I и П..

Индикаторная диаграмма

графическое изображение изменения давления газа или пара в цилиндре поршневой машины в зависимости от положения поршня. И. д. вычерчивается обычно с помощью индикатора давления (См. Индикатор давления). По оси абсцисс откладывается объём, занимаемый газами в цилиндре, а по оси ординат - давление. Каждая точка на И. д. (рис. ) показывает давление в цилиндре двигателя при данном объёме, т. е. при данном положении поршня (точка r соответствует началу впуска; точка а - началу сжатия; точка с - концу сжатия; точка z - началу расширения; точка b - концу расширения).

И. д. даёт представление о значении работы, производимой двигателем внутреннего сгорания или насосом, и об их мощности. Рабочее тело совершает полезную работу только в течение рабочего хода. Поэтому для определения полезной работы необходимо из площади, ограниченной кривой расширения zb , вычесть площадь, ограниченную кривой сжатия ac. Различают теоретическую и действительную И. д. Теоретическая строится по данным теплового расчёта и характеризует теоретический цикл; действительная И. д. снимается с работающей машины при помощи индикатора и характеризует действительный цикл (см. рис. ).

Для удобства ведения расчётов и сопоставления между собой разных двигателей переменные по ходу поршня давления заменяются условным постоянным давлением, при котором за один ход поршня получается работа, равная работе газов за цикл с переменным давлением. Это постоянное давление называется средним индикаторным давлением и представляет собой работу газов, отнесённую к рабочему объёму поршневой машины.

Б. А. Куров.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Индикаторная диаграмма" в других словарях:

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 … Википедия

индикаторная диаграмма - Диаграмма зависимости давления в цилиндре поршневой машины от его переменного объема. [ГОСТ 28567 90] Тематики компрессор EN pressure volume diagram DE Indikatordiagramm … Справочник технического переводчика

Графическое изображение зависимости давления рабочего тела (пара, газа) в цилиндре поршневой машины (двигателя, насоса) от перемещения поршня. Представляет собой замкнутую кривую, площадь внутри которой пропорциональна работе, совершенной рабочим … Большой Энциклопедический словарь

Графическое изображение зависимости давления рабочего тела (пара, газа) в цилиндре поршневой машины (двигателя, насоса) от перемещения поршня. Представляет собой замкнутую кривую, площадь внутри которой пропорциональна работе, совершённой рабочим … Энциклопедический словарь

Графич. изображение изменения давления пара или газа в цилиндре поршневой машины в зависимости от перемещения поршня или угла поворота коленчатого пала (см. рис.). Площадь И. д. пропорциональна работе, соверш. рабочим телом внутри цилиндра за… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Графич. изображение зависимости давления рабочего тела (пара, газа) в цилиндре поршневой машины (двигателя, насоса) от перемещения поршня. Представляет собой замкнутую кривую, площадь внутри к рой пропорциональна работе, совершённой рабочим телом … Естествознание. Энциклопедический словарь

Индикаторная диаграмма - 97. Индикаторная диаграмма D. Indikalorcliagramm Е. Pressure volume diagram Диаграмма зависимости давления в цилиндре поршневой машины от его переменного объема

Фильтры