Среднее давление цикла, мощность, экономичность и характеристики двигателей

31/03/2012 в 14:06

В процессе совершения рабочего хода давление газов в цилиндре непрерывно меняется. Это изменение изображено на рис. 8, а в виде диаграммы. По горизонтали в выбранном масштабе откладывают отрезок, соответствующий ходу поршня между в.м.т. и н.м.т. В точках, соответствующих каждому положению поршня, откладывают вертикальные отрезки прямой, которые в определенном масштабе изображают давление в цилиндре. Соединяя вершины отрезков, получают кривую, которая является графическим изображением изменения давления в цилиндре во время рабочего хода. Для большей наглядности величина давления условно показана в виде уровня жидкости в манометре.

На рис. 8, б показано изменение давления газов в цилиндре четырехтактного дизеля на протяжении каждого из тактов. Если совместить все четыре кривые на одной диаграмме (рис. 8, в), получится замкнутая кривая, характеризующая рабочий цикл. Эта диаграмма называется индикаторной и может быть записана с помощью индикатора.

Среднее давление цикла, мощность, экономичность и характеристики двигателей

Рис. 8. Изменение давления в цилиндре четырехтактного дизеля: а -при сжатии в цилиндре, 6 - на протяжении каждого из тактов, в - индикаторная диаграмма

Среднее индикаторное давление. Ввиду сложности процессов, происходящих в двигателе, и трудности их математического описания при определении его мощности пользуются некоторой условной величиной - средним индикаторным давлением. Под этим давлением понимают условное постоянное давление, действующее на поршень па протяжении всего рабочего хода, при котором совершается работа, равная работе за цикл при переменном давлении. Среднее индикаторное давление может быть высчитано аналитически, однако чаще всего его определяют по индикаторной диаграмме (см. рис. 8, в).

Чтобы определить среднее индикаторное давление по индикаторной диаграмме, необходимо найти ее площадь и длину, а также знать масштаб давлений, зависящий от жесткости пружины индикатора, с помощью которого была снята диаграмма.

Площадь диаграммы обычно определяют специальным прибором-планиметром. Если его нет, пользуются миллиметровой бумагой, предварительно скопировав диаграмму на кальку. Кальку накладывают на миллиметровую бумагу и подсчитывают количество квадратных миллиметров, размещающихся внутри контура индикаторной диаграммы. Площадь диаграммы делят на длину и получают высоту равновеликого по площади прямоугольника, которая будет пропорциональна среднему индикаторному давлению.

Масштаб давления зависит от упругости пружины индикатора и показывает, какое давление в паскалях соответствует одному миллиметру высоты диаграммы. Для получения среднего индикаторного давления среднюю высоту умножают на масштаб давления.

Индикаторная мощность. Мощность, развиваемая газами внутри цилиндров двигателя, называется индикаторной мощностью или работой, совершаемой во всех цилиндрах в 1 с. Поскольку работа L выражается произведением действующей силы Р (в ньютонах) на пройденный путь S (в метрах), т. е. L = Р- S ( в джоулях), то для ее определения нужно знать силу, действующую на поршень в течение рабочего хода. Сила Р определяется как произведение среднего индикаторного Давления pt ( в паскалях) на площадь поршня лЈ)г1А (в квадратных миллиметрах), где D - диаметр цилиндра, м.

Если двигатель вращается с частотой а об/с, то индикаторная мощность, Вт, двигателя, имеющего i цилиндров,

Среднее давление цикла, мощность, экономичность и характеристики двигателей

где т - коэффициент тактиостп, равный числу оборотов, за которое совершается один цикл. Для двухтактного двигателя т = 1, для четырехтактного т = 2. Произведение kD2S14 представляет собой величину рабочего объема цилиндра Vh. Поэтому индикаторная мощность, кВт, двигателя Среднее давление цикла, мощность, экономичность и характеристики двигателей Найденная таким образом индикаторная мощность представляет собой мощность, развиваемую б рабочих цилиндрах двигателя.

Индикаторный к. п. д. и индикаторный расход топлива. Индикаторным коэффициентом полезного действия называется отношение количества тепла, превращенного в индикаторную работу, ко всему количеству тепла, затраченному на получение этой работы, т. е. пг = >3,1>2Н. Величина индикаторного к.п.д колеблется - для карбюраторных двигателей от 0,28 до 0,35, для быстроходных дизелей от 0,42 до 0,48, для газовых двигателей от 0,28 до 0,33.

Индикаторный удельный расход топлива оценивает экономичность двигателя по количеству топлива в граммах, израсходованного на 1 кВт-ч: gt - G.t/Nt, где GT - часовой расход тог.лива, г.

Индикаторный удельный расход топлива составляет для карбюраторных двигателей 245-300, а для быстроходных дизелей - 175- 205 г1(кВт-ч).

Эффективная мощность. Индикаторная мощность двигателей не полностью используется на полезную работу, часть мощности затрачивается на внутренние механические потери, например на трение поршней и колеи о стенки цилиндров, трение в подшипниках коленчатого вала, а также на привод различных механизмов и устройств. Мощность, затрачиваемая на совершение полезной работы, т. е. передаваемая на вал двигателя, называется эффективной мощностью Ne, Она меньше индикаторной мощности на величину механических потерь Nrp. Следовательно, Ne = Л; - NTp. Эффективную мощность определяют на специальном стенде, снабженном нагрузочным устройством (тормозом).

Механический к. п. д. Отношение эффективной мощности к индикаторной называется механическим коэффициентом полезного действия: г|м = NjNt.

Механический к. п. д. характеризует механические потери в двигателе и колеблется от 0,7 до 0,9, т. е. от 10 до 30% мощности, развиваемой в рабочих цилиндрах двигателя, теряется на трение. Значения механического к. п. д. различных двигателей приведены ниже:

четырехтактные двигатели без наддува с искровым зажиганием..........0,7-0,85 четырехтактные дизели без наддува ....0,7-0,82 четырехтактные дизели с наддувом.....0,8-0,90 двухтактные дизели............0,7-0,85 Эффективный удельный расход топлива, г1(кВт-ч), g,, = GT1Ne, где GT - часовой расход топлива, г. Эффективный удельный расход топлива составляет у карбюраторных двигателей 300-325, у быстроходных дизелей - 220-240 г1(кВт-ч).

Тепловой баланс. Этот баланс двигателя характеризует распределение тепла на полезную работу и тепловые потери. Если обозначить количество тепла, выделенного топливом при полном сгорании 1 кг, через QI, то тепловой баланс = Q„ + Qrar) + Q0XJ1 + Qxir5I + Q0CT, где Qf, - низшая теплота сгорания топлива; Qe - тепло, преобразованное в эффективную работу (полезное); Qra3 - тепло, унесенное отходящими газами; Q0XJ1 - тепло, унесенное охлаждающей водой; хпМ - потери тепла из-за химической неполноты сгорания; Q0CT- другие потери тепла (остаточный член баланса, в который частично входят потери на трение и в окружающую среду).

При выражении составляющих величин теплового баланса в процентах получаем уравнение: 100% = qe + qtda + qoxn + 7ХПМ + -f qocr. В табл. 4 приведены значения отдельных членов теплового баланса для двигателей различных типов при номинальной нагрузке.

Таблица 4 Тепловой баланс двигателей


Двигатели

Статки баланса

дизель

карбюратор

газовый

Потеря тепла с охлаждающей водой . Петеря тепла о уходящими газами .

41 - 32 29-35 25-40 5-8

26-18 15-20 45-50 8-12

28-18 30-35 34-40 8-10

Низшая теплота сгорания топлива .

100

100

100


Скоростная и нагрузочная характеристики. Характеристиками двигателей внутреннего сгорания называются графически изображенные зависимости показателей работы двигателя от изменения одной из величин, которая характеризует режим его работы. Скоростная и нагрузочная характеристики являются одними из самых главных показателей работы двигателя.

Скоростная характеристика (рис. 9, а) представляет собой кривые изменения эффективной мощности iV„, среднего эффективного давления р, или крутящего момента Мкр, часового расхода топлива GT и эффективного удельного расхода топлива g в зависимости от частоты вращения п коленчатого вала двигателя. Таким образом, совокупность этих кривых, отображающих зависимости Ne, pr, GT, ge = f (л), называется скоростной характеристикой двигателя.

Среднее давление цикла, мощность, экономичность и характеристики двигателей

Рис. 9. Скоростная (а) и нагрузочная (б) характеристики двигателя внутреннего сгорания

Скоростная характеристика двигателя снимается во время его испытания на специальном тормозном стенде при полностью открытой дроссельной заслонке в карбюраторном двигателе или при положении рейки топливного насоса соответствующем максимальной подаче топлива в дизеле.

На скоростной характеристике видно, что вначале, по мере увеличения частоты вращения, мощность возрастает примерно пропорционально ей. Затем при дальнейшем увеличении частоты вращения приращение мощности замедляется и при частоте вращения, равной 1гм, достигает своего максимального значения и начинает падать. Это объясняется тем, что с увеличением частоты вращения больше «м уменьшается время, отводимое на совершение процессов, протекающих в двигателе, снижается наполнение цилиндра, понижается механический к. п. д., ухудшаются условия для протекания процесса сгорания. Такими же причинами объясняется увеличение эффективного удельного расхода топлива g,, и понижение среднего эффективного давления ре. При понижении частоты вращения коленчатого вала уменьшается число рабочих циклов в единицу времени, значительно возрастают время соприкосновения нагретых газов со стенками цилиндра и потери тепла, уносимого от стенок цилиндра охлаждающей средой. Кроме того, из-за уменьшения скорости перемещения поршня увеличится утечка газов через уплотнения поршневой группы. По этим причинам происходит снижение мощности и среднего эффективного давления и увеличение эффективного удельного расхода топлива. Как видно из графика, часовой расход топлива GT растет до точки пм прямо пропорционально частоте вращения коленчатого вала.

Качество работы двигателя одной скоростной характеристикой нельзя оценить полностью, так как работа двигателя в эксплуатационных условиях происходит не только при полностью открытой дроссельной заслонке у карбюраторных двигателей или при положении рейки топливного насоса, соответствующем максимальной подаче топлива у дизелей, но и при другом их положении. Поэтому наряду со скоростной характеристикой двигателя снимают также и нагрузочную характеристику (рис. 9, б), которой называется зависимость основных показателей двигателя (часового расхода топлива G,r и эффективного удельного расхода топлива gP) от нагрузки при постоянной частоте вращения коленчатого вала. Нагрузочная характеристика снимается на специальном тормозном стенде при работе двигателя с постоянной частотой вращения коленчатого вала и при эксплуатационных регулировках топливо подающей системы у дизелей (или карбюратора) и зажигания (у карбюраторных и газовых двигателей).

Рассматривая эту характеристику, видим, что кривая удельного расхода ge = 1 с увеличением нагрузки понижается и наиболее экономичная работа двигателя соответствует нагрузке, близкой к номинальной. С уменьшением нагрузки двигателя удельный расход топлива непрерывно возрастает. Такой характер кривой удельного расхода топлива объясняется тем, что с уменьшением нагрузки двигателя потери на трение и приведение в движение вспомогательных механизмов почти не изменяются, а тепловые потери возрастают. Поэтому в целях экономичной эксплуатации двигателей внутреннего сгорания необходимо стремиться к более полной нагрузке двигателя. Часовой расход топлива GT растет прямо пропорционально нагрузке двигателя.

Еще по теме

  • Системы жидкостного охлаждения
    Наиболее широко распространена жидкостная система охлаждения, при которой температура деталей двигателя поддерживается на необходимом уровне путем охлаждения их принудителыю-цирку-лируемой водой. Преимуществами жидкостной системы охлаждения являются снижение температуры деталей двигателя, благодаря чему улучшается наполнение цилиндров, а в карбюраторных двигателях - требований к октановому числу бензинов, меньшая шумность при работе двигателя, так[..]
  • Реактивные масляные центрифуги
    На многих двигателях для тонкой очистки масла устанавливают реактивную масляную центрифугу, которая хорошо отбирает из масла абразивные частицы, снижает износ основных трущихся деталей двигателя примерно в два раза, увеличивает срок использования картерного масла. Масляные центрифуги значительно выгоднее сменных картонных фильтров ДАСФО, работающих неравномерно и часто неудовлетворительно. В основу движения масляной[..]
  • Топливные фильтры
    Фильтрация топлива осуществляется с помощью фильтров грубой очистки, тонкой очистки и предохранительных высокого давления. Фильтрация дизельного топлива является чрезвычайно важным средством обеспечения нормальной и бесперебойной работы дизелей. Срок службы топливной аппаратуры до ремонта во многом зависит от чистоты топлива. Наличие в топливе абразивных механических примесей приводит к повышенному износу сопряженных[..]