Основные показатели работы двигателя – Тепловой расчет и расчет основных показателей работы двигателя (прототипом рассчитываемого двигателя является ВАЗ 21093)

Содержание

Основные показатели работы двигателя

Категория:

   Тракторы-2

Публикация:

   Основные показатели работы двигателя

Читать далее:



Основные показатели работы двигателя

Работа двигателя характеризуется главным образом его мощностью и экономичностью.

Действующая на поршень сила давления газов передается через шатун на кривошип, создавая крутящий момент на коленчатом валу двигателя. Двигатель, развивая крутящий момент, совершает работу. Работа, выполненная в единицу времени, называется мощностью. Различают индикаторную и эффективную (эксплуатационную) мощности.

Индикаторная мощность — мощность, развиваемая газами в цилиндрах двигателя (при испытаниях изменение давления этих газов записывается прибором-индикатором). Часть индикаторной мощности (10…12%) затрачивается на преодоление сопротивления трения движущихся деталей и приведение в действие вспомогательных механизмов двигателя.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Эффективная мощность (полезная) — мощность, передаваемая коленчатым валом на привод ведущих колес и рабочего оборудования машины. Она меньше индикаторной на величину потерь мощности на трение вспомогательных механизмов.

Мощность двигателя зависит от его литража, силы давления газов в цилиндрах и частоты вращения коленчатого вала. Мощность каждого двигателя непостоянна, она меняется в зависимости от количества сжигаемого топлива и частоты вращения коленчатого вала. С увеличением частоты вращения мощность двигателя сначала возрастает до определенного предела, а затем снижается, что объясняется ухудшением наполнения цилиндров воздухом или горючей смесью, а также увеличением потерь на трение и привод вспомогательных механизмов.

Удельный расход топлива увеличивается, если двигатель работает с недогрузкой, т. е. не использует всей своей эффективной мощности. Для повышения экономичности нужно загружать двигатель до мощности, близкой к максимальной.

Экономичность работы двигателя зависит от степени использования теплоты, выделяющейся при сгорании топлива. Чем больше ее преобразуется в полезную работу, тем экономичнее двигатель.

Эффективный коэффициент полезного действия — отношение количества теплоты, превращенной в механическую работу к количеству теплоты, содержащейся в топливе. У дизелей этот коэффициент находится в пределах 32…40%, а у карбюраторных двигателей 24…28%. Остальная теплота отводится системой охлаждения (20…30%) и отработавшими газами (25…35%).

Механический коэффициент полезного действия — отношение эффективной мощности к индикаторной. Он составляет 80…90% и зависит от качества обработки деталей, правильности сборки двигателя и смазывания трущихся поверхностей. Чем меньше изношен и лучше отрегулирован двигатель, тем меньше потери энергии на трение и привод вспомогательных механизмов, тем больше его эффективная мощность и экономичность.

Рекламные предложения:


Читать далее: Действующие силы и моменты

Категория: — Тракторы-2

Главная → Справочник → Статьи → Форум


Энергетические и экономические показатели работы двигателя

Энергетические и экономические показатели работы ДВС



Действительная индикаторная диаграмма

Полезная работа, которую совершает поршень при перемещении внутри цилиндра, получается в результате частичного преобразования теплоты при сгорании топлива. Эту работу называют индикаторной.
Индикаторная работа соответствует площади, заключенной между кривой сжатия и кривой расширения на индикаторной диаграмме (рис. 1).
Площадь на индикаторной диаграмме, заключенная между кривыми впуска и выпуска, соответствует работе, затраченной на процесс газообмена (насосные ходы поршня). Как известно, точки

с и z‘, полученные на расчетной индикаторной диаграмме, не соответствуют реально протекающим процессам сжатия и сгорания. В результате предварительного открытия клапанов и запаздывания их закрытия относительно ВМТ и НМТ поршня часть площади, соответствующей индикаторной работе, выпадает из индикаторной диаграммы (пунктирная линия b’bb”).

В результате площадь действительной индикаторной работы (сплошные линии) оказывается меньше расчетной (штриховые линии).
Для получения действительной индикаторной диаграммы используют коэффициент скругления φi. Значения коэффициента скругления в зависимости от типа четырехтактного двигателя могут принимать значения от 0,92 до 0,97.

***

Индикаторные показатели

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

К индикаторным показателям относятся:

  • индикаторная мощность Ni;
  • среднее индикаторное давление pi;
  • индикаторный КПД ηi;
  • удельный индикаторный расход топлива gi.

Среднее индикаторное давление

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

Li = piFS = piVh      (1),

где Li – работа газов за один цикл в одном цилиндре двигателя; p

i – среднее индикаторное давление; F – площадь поршня; S – ход поршня; Vh – рабочий объем цилиндра.

Тогда можно записать:

pi = Li/Vh      (2),

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

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

Li’ = L’yz + L’zb — L’ac      (3),

где L’yz + L’zb — индикаторная работа расширения расчетного цикла двигателя, L’

ac – работа сжатия.

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

Li = Li’φi,     pi = pi’φi.

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

pi = Fi/mрl,

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


Индикаторная мощность

Индикаторная мощность Ni – это мощность, которая развивается газами внутри цилиндра. В общем случае мощность – это скорость выполнения работы, т. е. работа, совершаемая в единицу времени. Работа газов в цилиндрах двигателя за

1 мин рассчитывается по формуле:

Li = piVh(2π/τ)i      (4),

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

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

Ni = piVhni/(30τ)      (5).


Индикаторный КПД

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

ηi = Qi/Q1 = Li/GтцHи      (6),

где Gтц– цикловая подача топлива; Hи – низшая теплотворная способность топлива.

Индикаторные КПД характеризует экономичность действительного цикла. Он всегда меньше термодинамического КПД вследствие дополнительных потерь в действительном цикле, которые не учитываются при определении ηi. К таким потерям относятся теплоотдача в стенки цилиндра, потери на неполноту и несвоевременность сгорания топлива, на диссоциацию (распад) продуктов сгорания.

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

ηо = ηit.


Индикаторный удельный расход топлива

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

gi = 103Gт/Ni      (7),

где Gт – часовой расход топлива.

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

gi = 3600/(ηiHи)      (8).

Из уравнения (6) получим:

Li = HиGтцηi/Vh      (9).

Подставив это выражение в уравнение (2), получим:

pi = HиGтцηi/Vh.

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

pi = (Hи/lo)(ηi/α)ηvρ      (10).

***



Факторы, влияющие на индикаторные показатели

На индикаторные показатели оказывают влияние следующие факторы:

1. Топливо

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

2. Состав смеси

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

3. Угол опережения зажигания

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

4.Частота вращения коленчатого вала

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

5. Нагрузка

У карбюраторных двигателей наибольшие значения индикаторного КПД соответствуют средним нагрузкам при экономичном составе смеси

1,05<α<1,15. У дизелей экономичный состав смеси соответствует 2,5<α<3,5, а диапазон средних нагрузок при максимальном значении индикаторного КПД более широк и составляет 25…45% максимальной нагрузки.

6. Тип камеры сгорания

В случае раздельных камер сгорания индикаторный КПД становится несколько меньше, так как возрастают тепловые и газодинамические потери, однако дизели с такими камерами сгорания имеют меньший период задержки воспламенения, работают бездымно и с допустимой токсичностью при меньших значениях коэффициента α, чем дизели с однополостными камерами сгорания. Поэтому, несмотря на меньшую величину индикаторного КПД, среднее индикаторное давление двигателей с раздельными камерами сгорания не уступает среднему индикаторному давлению двигателей с неразделенной камерой сгорания.

7. Степень сжатия

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

8. Климатические условия (окружающая среда)

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

***

Основные термины и определения теплотехники



Основные показатели, характеризующие работу тракторного двигателя

двигатель на трактореРабота тракторного двигателя характеризуется главным образом его мощностью и экономичностью.

Действующая на поршень сила давления газов передается через шатун на кривошип, создавая крутящий момент на коленчатом валу двигателя. Для определения величины крутящего момента умножают силу, вращающую кривошип (в кгс), на радиус кривошипа (в м). Величина крутящего момента выражается в килограммометрах (кгс-м).

Двигатель на тракторе, развивая определенный крутящий момент, совершает работу. Работа, выполненная в единицу времени, называется мощностью.

Различают индикаторную и эффективную мощность.

Индикаторной называется мощность, развиваемая газами внутри цилиндров двигателя трактора. Ее определяют при помощи прибора — индикатора.

Эффективной, т. е. полезной, называется мощность, которая снимается с коленчатого вала двигателя и передается ведущим колесам или рабочему оборудованию трактора. Эффективная мощность меньше индикаторной на величину потерь мощности при работе двигателя (на трение его деталей и привод его механизмов) .

Мощность двигателя трактора зависит от литража двигателя, силы давления газов в цилиндре и числа оборотов двигателя. Мощность каждого двигателя непостоянна, она изменяется с изменением количества подаваемого за цикл топлива и скорости вращения коленчатого вала. С увеличением числа оборотов двигателя мощность сначала возрастает до определенного предела, а при дальнейшем повышении числа оборотов снижается главным образом потому, что ухудшается наполнение цилиндров воздухом.

Экономичность работы двигателя на тракторе оценивается, главным образом, величиной расхода топлива (в г) на единицу эффективной мощности за 1 ч (в э. л. с .-ч). Эта величина называется удельным расходом топлива и определяется путем деления часового расхода топлива (в г) на мощность двигателя (в л. е.). У современных дизельных двигателей тракторов удельный расход топлива не превышает 205 г/э. л. с.-ч.

Удельный расход топлива увеличивается, если двигатель на тракторе работает с недогрузкой, т. е. не использует полностью своей эффективной мощности. Для повышения экономичности тракторист должен всегда загружать двигатель до мощности, близкой к максимальной.

Экономичность работы двигателя на тракторе зависит от степени использования тепла, выделившегося при сгорании топлива. На полезную работу, получаемую на валу дизельного двигателя, расходуется не более 35% этого тепла. Вся остальная энергия топлива теряется в системе охлаждения двигателя (25—32%), уходит с отработавшими газами (20—25%), расходуется на преодоление трения и работу вспомогательных механизмов (10—23%).

Чем меньше изношен двигатель на тракторе и лучше отрегулированы его механизмы, тем меньше потери энергии топлива при работе двигателя, тем больше эффективная мощность.

Показатели рабочего цикла и двигателя (8 часов)

[1], с.105…108

Индикаторные показатели цикла

Аналитические выражения среднего индикаторного давления двигателей с воспламенением от искры и дизелей. Индикаторные крутящий момент, мощность, коэффициент полезного действия и удельный расход топлива; их аналитические выражения для двигателей, работающих на жидком и газообразном топливах. Связь между основными индикаторными показателями. Системный анализ влияния различных факторов на индикаторные показатели. Значения индикаторных показателей.

Механические потери двигателя

Составляющие механических потерь. Потери на трение, их распределение по основным узлам двигателя. Потери на приведение в действие вспомогательных механизмов. Потери на процессы газообмена. Среднее давление механических потерь. Механические потери в двигателях с наддувом.

Влияние некоторых режимных факторов и технического состояния двигателя на механические потери.

Эффективные и оценочные показатели двигателя

Аналитические выражения эффективного крутящего момента, мощности и среднего давления. Механический КПД, влияние его на величину режима работы, а также технического состояния двигателя. Аналитические выражения эффективного КПД и удельного расхода топлива.

Влияние на эффективные показатели двигателя его технического состояния, эксплуатационных регулировок и режимов работы. Значения эффективных показателей. Литровая и габаритная мощности двигателя. Анализ методов форсирования двигателя. Литровая и удельная масса двигателя, их зависимость от степени форсирования, типа и конструктивных особенностей двигателя. Значения оценочных показателей для современных автомобильных двигателей.

Методические основы прогнозирования индикаторной диаграммы и показателей двигателей с использованием ЭВМ. Тепловой расчет двигателя с искровым зажиганием. Тепловой расчет дизеля.

        1. Внешний тепловой баланс и тепловая напряженность двигателя (4 часа)

[1], с.108…109

Составляющие внешнего теплового баланса. Цели и методы их аналитического и экспериментального определения. Количество и доля теплоты воспринимаемой системой охлаждения; возможность улучшения показателей двигателя за счет ее уменьшения. Теплота, уносимая отработавшими газами; возможности ее утилизации.

Краткие сведения о тепловой напряженности основных деталей двигателя.

Оценочные параметры, влияющие факторы и методы снижения тепловой напряженности. Тепловая напряженность деталей дизеля с наддувом.

        1. Системы питания и наддува (4 часа)

[1], с.131…132, 136…138

Топливная аппаратура двигателей с воспламенением от искры и дизелей

Общая схема системы питания. Классификация систем питания двигателей с воспламенением от искры.

Дозирование топлива в карбюраторах. Регулировочные характеристики по составу смеси. Мощностная и экономическая регулировки. Скоростная и нагрузочная (дроссельная) характеристики идеального карбюратора. Рабочий процесс элементарного карбюратора. Корректирование характеристик элементарного карбюратора: система холостого хода, главная дозирующая система, экономайзер, насос – ускоритель. Дополнительные системы карбюраторов. Особенности работы многокамерных карбюраторов. Краткие сведения о карбюраторах с электронным управлением.

Применение впрыскивания бензина. Аппаратура для впрыскивания бензина с электронным управлением.

Особенности топливоподачи в двигателях с форкамерно-факельным зажиганием.

Топливоподача в газовых двигателях. Смесители и редукторы газовых двигателей. Требования к обслуживанию топливной аппаратуры двигателей с воспламенением от искры.

Классификация топливной аппаратуры дизелей, общая схема топливной системы, ее элементы и их функции. Рассмотрение процесса впрыскивания как явления гидравлического удара. Неустановившееся движение сжимаемой жидкости в процессе впрыскивания топлива.Возможность возникновения дополнительного впрыскивания топлива. Топливные насосы высокого давления. Нагнетательные клапаны. Форсунки, их разновидности и характеристики.

Методы изменения цикловой подачи и фаз впрыскивания в зависимости от нагрузки. Характеристики подачи топливной системы по частоте вращения коленчатого вала. Методы корректирования характеристик подачи по внешней скоростной характеристике.

Общая схема топливной системы газодизеля, ее элементы и их функции. Ограничение подачи газа в форсированных дизелях. Непосредственная подача газа в цилиндры дизеля. Требования к обслуживанию топливной аппаратуры дизелей.

Основные показатели двигателя и его характеристика

Категория:

   Устройство и работа двигателя

Публикация:

   Основные показатели двигателя и его характеристика

Читать далее:



Основные показатели двигателя и его характеристика

В двигателе внутреннего сгорания газы, образующиеся при сгорании смеси, перемещая поршни, совершают полезную работу, и двигатель развивает определенную мощность. Мощностью называется работа (в кГ •м), производимая в единицу времени (в 1 сек).

Рис. 1. Схема возникновения крутильных колебаний вала и гаситель крутильных колебаний

Мощность, развиваемая газами внутри цилиндров двигателя, называется индикаторной мощностью. Мощность, которая может быть снята с коленчатого вала двигателя и использована для осуществления движения автомобиля, называется эффективной мощностью.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Часть давления, развиваемого газами внутри цилиндров, затрачивается на преодоление внутренних потерь в двигателе, на трение между деталями (в основном поршней о стенки цилиндров и в подшипниках коленчатого вала) и на приведение в действие ряда механизмов двигателя (вентилятора, водяного насоса и т. п.). Поэтому эффективная мощность, снимаемая с коленчатого вала двигателя, всегда будет меньше индикаторной мощности, развиваемой газами внутри цилиндров, на величину указанных внутренних потерь.

Эффективная мощность двигателя зависит от величины силы давления газов внутри цилиндров. При увеличении давления газов мощность возрастает. Давление газов в цилиндре при рабочем ходе является переменной величиной. Например, в карбюраторных двигателях давление газов изменяется от наибольшего значения 25—30 кГ/см2 в начале рабочего хода до наименьшего значения 3—4 кГ/см2 в его конце. При подсчете мощности двигателя принимается некоторое среднее постоянное значение давления газов, которое производит ту же работу за цикл, что и переменное действительное давление газов. Величина этого давления зависит от количества горючей смеси, поступающей в цилиндры, от ее состава и т. д., т. е. от режима работы двигателя.

Величина среднего давления газов с учетом внутренних потерь, при полной подаче горючей смеси составляет для автомобильных карбюраторных двигателей примерно 6—8 кГ/см2. Это давление называется средним эффективным давлением.

Работа, производимая газами, а следовательно, и мощность двигателя зависят также от площади поршня и его хода, т. е. от рабочего объема цилиндра, а также от числа цилиндров двигателя и числа оборотов коленчатого вала в минуту. Кроме того, мощность двигателя зависит от его тактности; в четырехтактном двигателе рабочий ход в каждом цилиндре совершается через каждые два оборота коленчатого вала, а в двухтактном — через каждый его оборот.

Из приведенных выше величин постоянными, т. е. зависящими только от конструкции двигателя, являются размеры цилиндра, число цилиндров и тактность двигателя. Остальные величины переменные и зависят от режима работы двигателя и его состояния, а следовательно, и от ухода за ним. При внимательном и умелом уходе за двигателем, при его тщательном регулировании от него можно получить наибольшую мощность.

Очень важной величиной, характеризующей работоспособность двигателя, является крутящий момент, развиваемый на его валу.

Крутящим моментом называется произведение силы (в кГ) на плечо ее действия (в м).

При работе двигателя на его валу развивается определенный крутящий момент, который через силовую передачу передается ведущим колесам и приводит автомобиль в движение.

Крутящий момент двигателя зависит от силы Т, приложенной к кривошипам вала, и от радиуса кривошипа.

Экономичность работы автомобильного двигателя измеряется количеством топлива (в г), израсходованного на каждую единицу мощности (в д. с.) за 1 ч. Эта величина называется удельным расходом топлива ge. Величина удельного расхода топлива зависит от совершенства конструкции двигателя (степени сжатия и т. п.) и его обслуживающих систем и в значительной мере от состояния двигателя, качества ухода за ним и его регулировки. При хорошем уходе за двигателем можно значительно повысить экономичность его работы.

Эффективная мощность двигателя, развиваемая им при работе, не остается постоянной и изменяется в соответствии с изменением его числа оборотов. По мере увеличения числа оборотов коленчатого вала мощность двигателя возрастает, но до известного предела, определенного для каждого двигателя. При дальнейшем повышении числа оборотов мощность начинает уменьшаться вследствие того, что цилиндры . не успевают за все более сокращающиеся промежутки времени наполняться достаточным количеством горючей смеси или воздуха, а также вследствие ухудшения процесса сгорания топлива и увеличения потерь на трение в самом двигателе Поэтому при указании мощности двигателя всегда приводится число оборотов, которому эта мощность соответствует.

С изменением числа оборотов двигателя, кроме мощности, соответственно изменяются крутящий момент Мк и удельный расход топлива. Зависимость всех этих показателей от числа оборотов коленчатого вала при работе двигателя с полной подачей топлива (дизель) или при полностью открытой дроссельной заслонке (карбюраторный двигатель) представляется в виде графика, который называется внешней скоростной характеристикой двигателя. Эта характеристика получается путем соответствующих испытаний двигателя и является основной характеристикой, определяющей все показатели двигателя: мощность, крутящий момент и экономичность.

На рис. 1 показана скоростная характеристика двигателя автомобиля ЗИЛ-130. Из характеристики видно, что наибольшая мощность этого двигателя, равная примерно 150 л. е., развивается при числе оборотов около 3200 в минуту. Наибольший крутящий момент двигателя равен 40 кГ -м, а наименьший удельный расход топлива 240 г.л. с. ч. Аналогичный вид имеют скоростные характеристики и других автомобильных двигателей.

Рис. 1. Скоростная характеристика двигателя автомобиля ЗИЛ-130

Рекламные предложения:


Читать далее: Детали кривошипно-шатунного механизма и общая его компоновка

Категория: — Устройство и работа двигателя

Главная → Справочник → Статьи → Форум


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *