В двухтактном дизеле рабочий цикл совершается за два такта:
- первый такт – продувка цилиндра и сжатие воздуха
- второй такт – сгорание рабочей смеси, расширение и предварительный выпуск продуктов сгорания, продувка цилиндра.
ИНДИКАТОРНАЯ ДИАГРАММА 2Х ТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ.
Индикаторная мощность Рi двигателя, полезная работа, совершаемая газами в цилиндре поршневого двигателя в единицу времени.
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.
электрического тока, единицы измерения.
ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЙ ТОК — УПОРЯДОЧЕННОЕ НЕКОМПЕНСИРОВАННОЕ ДВИЖЕНИЕ СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ.
I=U/R
НАПРЯЖЕНИЕ – КОЛЛИЧЕСТВО ЭНЕРГИИ ЗАТРАЧИВАЕМОЕ НА ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ИЗ ОДНОЙ ТОЧКИ В ДРУГУЮ.
U=Ir
МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА – СКОРОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ ЭНЕРГИИ. МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА РАВНА РАБОТЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА, ПРОИЗВОДИМОЙ В ТЕЧЕНИЕ ОДНОЙ СЕКУНДЫ.
P = A/t
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.
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.
studfiles.net
СХЕМА РАБОТЫ 2-Х ТАКТНОГО ДИЗЕЛЯ.
Двухтактными называются двигатели, у которых весь рабочий цикл совершается за два хода поршня или один оборот коленчатого вала.
Для осуществления подачи воздуха и отвода газов в нижней части цилиндровой втулки по окружности сделаны специальные вырезы (окна), причём, продувочные окна расположены по одной части полуокружности, а выпускные - по другой. Эти ока имеют разную высоту. Как правило, высота выпускных окон больше, чем продувочных. Газораспределительные клапана отсутствуют. Открытие и закрытие окон осуществляется самим поршнем во время движения в цилиндровой втулке. Воздух подаётся в рабочий цилиндр через специальный резервуар (ресивер) принудительно от продувочного насоса (компрессора), который приводится в действие от коленчатого вала или газовой турбины наддува.
I такт - РАСШИРЕНИЕ. Процесс сжатия обеспечивает самовоспламенение топлива. Около ВМТ в цилиндр из форсунки впрыскивается под большим давлением мелкораспыленое топливо, которое самовоспламеняется и сгорает. Поршень под действием продуктов сгорания движется к НМТ, производя при этом полезную работу - процесс расширения.
В конце хода поршень своей верхней кромкой открывает выпускные окна. Затем поршень начинает открывать продувочные окна, по которым из ресивера под давлением 1,15-1,4 кг/см2 подаётся воздух. Благодаря наклонному расположению продувочных окон сжатый воздух омывает стенки цилиндра по периметру (см. «типы продувок») и, выталкивая остатки продуктов сгорания, осуществляет наполнение цилиндра свежим зарядом воздуха.
II такт - СЖАТИЕ. Поршень, двигаясь к ВМТ, последовательно закрывает своей верхней кромкой продувочные, а затем выпускные окна. После этого начинается процесс сжатия воздушного заряда. В конце процесса воздух в цилиндре имеет параметры: Pc=32-45кг/см2; Tc=650-800°C. После этого цикл повторяется.
Для 2-х тактных ДВС характерно то, что весь рабочий цикл совершается при давлении выше атмосферного и поэтому индикаторная диаграмма располагается над линией атмосферного давления (Po).
Точками на индикаторной диаграмме указаны положения поршня, соответствующие моментам открытия и закрытия окон. На круговой диаграмме газораспределения указаны точки положения кривошипа.
При открытии выпускных окон поршень не доходит до НМТ на угол 40-60° п.к.в. Полезный (рабочий) ход поршня меньше его полного (геометрического) хода на величину высоты выпускных окон. Продолжительность открытия этих окон равно 110-130° п.к.в.
Сравнительная оценка 4-х и 2-х тактных двигателей.
Таким образом, при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения, в 2-х тактных ДВС сгорает вдвое больше топлива и следовательно, может быть получена вдвое большая мощность, чем у 4-х тактных, но 4-х тактные более экономичны. Практически мощность 2-х тактного двигателя больше в 1,7-1,8 раза.
Конструкция 2-х тактых двигателей проще. У них нет клапанов и их приводов. Но необходим продувочный насос. Усложняется конструкция и изготовление цилиндровых втулок из-за наличия окон.
В 2-х тактных двигателях более равномерно происходит вращение коленчатого вала т.к. рабочий ход осуществляется за каждый его оборот.
Недостатки: менее совершенна очистка цилиндров от продуктов сгорания; меньшая экономичность из-за потери части горючей смеси через выпускные окна при продувке.
3-net.ru
Количество просмотров публикации ИНДИКАТОРНАЯ И КРУГОВАЯ ДИАГРАММЫ 2-Х ТАКТНОГО ДВС. - 864
СХЕМА РАБОТЫ 2-Х ТАКТНОГО ДИЗЕЛЯ.
Двухтактными называются двигатели, у которых весь рабочий цикл совершается за два хода поршня или один оборот коленчатого вала.
Для осуществления подачи воздуха и отвода газов в нижней части цилиндровой втулки по окружности сделаны специальные вырезы (окна), причём, продувочные окна расположены по одной части полуокружности, а выпускные - по другой. Эти ока имеют разную высоту. Как правило, высота выпускных окон больше, чем продувочных. Газораспределительные клапана отсутствуют. Открытие и закрытие окон осуществляется самим поршнем во время движения в цилиндровой втулке. Воздух подаётся в рабочий цилиндр через специальный резервуар (ресивер) принудительно от продувочного насоса (компрессора), который приводится в действие от коленчатого вала или газовой турбины наддува.
I такт - РАСШИРЕНИЕ. Процесс сжатия обеспечивает самовоспламенение топлива. Около ВМТ в цилиндр из форсунки впрыскивается под большим давлением мелкораспыленое топливо, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ самовоспламеняется и сгорает. Поршень под действием продуктов сгорания движется к НМТ, производя при этом полезную работу - процесс расширения.
В конце хода поршень своей верхней кромкой открывает выпускные окна. Далее поршень начинает открывать продувочные окна, по которым из ресивера под давлением 1,15-1,4 кг/см2 подаётся воздух. Благодаря наклонному расположению продувочных окон сжатый воздух омывает стенки цилиндра по периметру (см. ʼʼтипы продувокʼʼ) и, выталкивая остатки продуктов сгорания, осуществляет наполнение цилиндра свежим зарядом воздуха.
II такт - СЖАТИЕ. Поршень, двигаясь к ВМТ, последовательно закрывает своей верхней кромкой продувочные, а затем выпускные окна. После этого начинается процесс сжатия воздушного заряда. В конце процесса воздух в цилиндре имеет параметры: Pc=32-45кг/см2; Tc=650-800°C. После этого цикл повторяется.
Для 2-х тактных ДВС характерно то, что весь рабочий цикл совершается при давлении выше атмосферного и в связи с этим индикаторная диаграмма располагается над линией атмосферного давления (Po).
Точками на индикаторной диаграмме указаны положения поршня, соответствующие моментам открытия и закрытия окон. На круговой диаграмме газораспределения указаны точки положения кривошипа.
При открытии выпускных окон поршень не доходит до НМТ на угол 40-60° п.к.в. Полезный (рабочий) ход поршня меньше его полного (геометрического) хода на величину высоты выпускных окон. Продолжительность открытия этих окон равно 110-130° п.к.в.
Сравнительная оценка 4-х и 2-х тактных двигателей.
Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения, в 2-х тактных ДВС сгорает вдвое больше топлива и следовательно, должна быть получена вдвое большая мощность, чем у 4-х тактных, но 4-х тактные более экономичны. Практически мощность 2-х тактного двигателя больше в 1,7-1,8 раза.
Конструкция 2-х тактых двигателей проще. У них нет клапанов и их приводов. Но необходим продувочный насос. Усложняется конструкция и изготовление цилиндровых втулок из-за наличия окон.
В 2-х тактных двигателях более равномерно происходит вращение коленчатого вала т.к. рабочий ход осуществляется за каждый его оборот.
Недостатки: менее совершенна очистка цилиндров от продуктов сгорания; меньшая экономичность из-за потери части горючей смеси через выпускные окна при продувке.
referatwork.ru
Двухтактный дизель. У двухтактного дизеля наполнение цилиндра воздухом и очистка от продуктов сгорания производятся в конце хода расширения и в начале хода сжатия. Газы из цилиндра отводятся через выпускные окна в нижней части цилиндра или через выпускные клапаны в крышке цилиндра (у дизеля с прямоточно-клапанной продувкой). Воздух под давлением 150-330 кПа поступает в цилиндр через продувочные окна, также размещенные в нижней части цилиндра. Открытием и закрытием окон управляет поршень. Рабочий цикл дизеля осуществляется следующим образом.
\r\n \r\nПервый такт — продувка и сжатие. При движении поршня к НМТ открываются продувочные окна и воздух поступает в цилиндр из ресивера наддувочного воздуха. Такт начинается движением поршня от НМТ к ВМТ. В начале этого хода поршня продолжаются продувка и выпуск продуктов сгорания через выпускные окна (клапаны) в коллектор выпускных газов. Конец продувки и зарядки цилиндра воздухом (участок а'а на индикаторной диаграмме) определяется моментом закрытия продувочных и выпускных окон (или выпускных клапанов). После закрытия органов газообмена начитается процесс сжатия (линия ас), который заканчивается с приходом поршня в ВМТ. В конце сжатия (точка с) возрастают в цилиндре давление сжатия (рс= 4,5-7,5 МПа) и температура (Тс =530-730 °С). Второй такт — сгорание, расширение, выпуск и продувка – соответствует ходу поршня от ВМТ к НМТ. За 3-35о ПКВ ( в зависимости от типа дизеля) до прихода поршня в ВМТ происходит впрыск топлива в цилиндр, которое самовоспламеняется и сгорает (процесс сгорания — линия сz). Под действием давления газов поршень движется к НМТ, осуществляется процесс расширения газов (рабочий ход), что соответствует линии zа' на диаграмме. В момент открытия выпускных окон за 65-75o до НМТ (для выпускного клапана за80—91о до НМТ) начинается выпуск продуктов сгорания (точка b) из цилиндра в выпускной коллектор, из которого газы поступают в газовую турбину, при этом давление в цилиндре резко падает. Продувочные окна открываются поршнем после открытия выпускных окон, когда давление в цилиндре становится примерно равным (несколько меньшим) давлению воздуха, поступающего в цилиндр из ресивера. С открытием продувочных окон начинаются продувка и наполнение цилиндра свежим зарядом воздуха. Продувка продолжается вплоть до закрытия поршнем продувочных окон при его движении к ВМТ. На индикаторной диаграм-ме (см. рис. 5, б) указаны характерные процессы рабочего цикла: ас - сжатие,сz — сгорание топлива, zb-расширение (рабочий ход),bа'а – газообмен.
www.sealib.com.ua
ПОД ФАЗАМИ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ понимают моменты начала открытия и конца закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек. Фазы газораспределения обычно выражаются в углах поворота коленчатого вала и представляются графически в виде диаграммы фаз (круговой диаграммы). Для освобождения цилиндра четырехтактного дизеля от отработавших газов надо открыть выпускной клапан. Клапан открывается во время рабочего хода, т. е. до того, как поршень дойдет до крайнего нижнего положения. На первый взгляд это кажется невыгодным. В самом деле, зачем преждевременно выпускать из цилиндра газы, не потерявшие давления? Выпуск газов с опережением облегчает движение поршня вверх. Происходит это потому, что давление в цилиндре при движении поршня к наружной мертвой точке из-за опережения выпуска успевает значительно понизиться. Поэтому отработавшие газы будут оказывать незначительное противодействие обратному ходу поршня.
ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧЕТЫРЕХТАКТНЫХ И ДВУХТАКТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ.
Механизм газораспределения служит для управления процессами впуска воздуха в цилиндр и выпуска отработавших газов. Состоит из впускных и выпускных органов газораспределения и их приводов.
В четырехтактных дизелях применяют клапанное газораспределение. Клапанный механизм газораспределения состоит (рис. 1, а) из клапанов 1, расположенных в направляющих втулках 2 и удерживаемых в закрытом состоянии пружинами 3, распределительного вала 9, толкателя 8, штанги 7 и клапанного рычага (коромысла). Привод распределительного вала - шестеренный (рис. 1, а).
Механизм газораспределения действует путем вращения коленчатого вала двигателя, на конце которого посажена шестерня 11. Она приводит в движение шестерню 12, а та вращает шестерню 10 распределительного вала. При вращении распределительного вала его кулачок поднимает толкатель 8, который воздействует на штангу 7, поднимающую правое плечо коромысла 4, заставляя его немного повернуться вокруг оси и левым концом открыть клапан 1. Когда выступ кулачка распределительного вала выйдет из-под толкателя, давление на клапан прекращается и он под воздействием пружины 3 становится на место и закрывает отверстие в крышке цилиндра.
Рис. 1. Механизм газораспределения и его приводы: а - клапанный механизм газораспределения четырехтактного дизеля с шестеренным приводом; б - цепной привод распределительного вала малооборотного двухтактного дизеля.
Во время работы двигателя клапаны нагреваются и, следовательно, расширяются, т. е. увеличиваются в длину. Для компенсации этого расширения между торцом стержня каждого клапана и коромыслом должен быть некоторый зазор «А»: меньший для впускного клапана и больший для выпускного (более сильно нагревающегося). Требуемую величину зазора устанавливают регулировочным винтом 6, закрепляемым контргайкой 5. При завинчивании винта 6,нижний конец которого упирается в штангу, правое плечо клапанного рычага будет подниматься, а зазор «А»уменьшаться; при вывинчивании — наоборот. Номинальное значение зазора находится в пределах от 0,2 до 0,55 мм.
Шестеренный привод механизма газораспределения применяют в большинстве четырехтактных дизелей. У некоторых малооборотных двухтактных дизелей (рис. 1, б), у которых подача свежего воздуха в цилиндр осуществляется через окна, а выпуск отработавших газов — через клапаны, находит применение цепной привод распределительного вала. У такого привода дизеля фирмы «Бурмейстер и Вайн» вращение передается от коленчатого вала 13 через ведущую звездочку 12 с помощью втулочно-роликовой цепи 11 на ведомую звездочку 5, насаженную на вал привода выпускных клапанов и топливных насосов. Направление цепи осуществляется с помощью промежуточных звездочек 2, 3, 10. Натяжение цепи поддерживается постоянным.В двухтактном ДВС фазы газораспределения регулируются изменением положения распредвала.
НАДДУВ - Повышение давления воздуха при впуске в двигатель с целью увеличения количества подаваемого топлива и, соответственно, мощности снимаемой с единицы объёма двигателя.
Наддув дизелей может быть осуществлен по импульсной и изобарной схемам. При импульсном газотурбинном наддуве выпуск газов из трех соседних цилиндров осуществляется по отдельным выпускным трубопроводам, по которым энергия выпускных газов передается непосредственно на лопатки турбины турбокомпрессора.
При изобарном наддуве выпускные газы из всех цилиндров дизеля попадают в один общий коллектор.
КОЭФФИЦИЕНТ ИЗБЫТКА ВОЗДУХА |
Отношение действительного количества воздуха, вводимого в цилиндр для сгорания 1 кг топлива, к теоретически необходимому. Коэффициент избытка воздуха может быть больше единицы (бедная смесь) и меньше единицы (богатая смесь). |
studfiles.net
Условия горения
Для горения требуется 3 вещи: что-то, что может гореть, достаточное количество кислорода в воздухе и источник воспламенения. Существуют два пути воспламенения: вещество может загораться от пламени или от искры, или может воспламеняться от нагрева. Если солярку аккуратно нагревать в фарфоровой чашке без доступа к нему пламени, то при определенной температуре его пары воспламеняются. Температура, при которой это происходит, называется температурой самовоспламенения. В дизельном двигателе воспламенение происходит аналогичным образом, но где дизельный двигатель берет высокую температуру, необходимую для такого воспламенения? Если стоять около работающего воздушного компрессора, то можно обнаружить, что компрессор нагревается. Это происходит из-за нагревания воздуха при его сжатии. Аналогичным образом дизельный двигатель сжимает воздух, поднимая его температуру до необходимой для самовоспламенения. Давление воздуха в цилиндре превышает 30 кгс/см2, когда поршень находится в ВМТ. По мере роста давления, температура воздуха в цилиндре растет. В то же время, температура самовоспламенения дизельного топлива снижается с увеличением давления. Это означает, что чем выше давление, тем легче воспламеняется воздушно-топливная смесь.
Механизм горения
Топливо впрыскивается в цилиндр из форсунки, затем оно распыляется и самовоспламеняется. Пламя распространяется по всему цилиндру. В этот момент впрыск прекращается, но не сгоревшее топливо продолжает гореть. Процесс горения в дизельном двигателе продолжается очень короткое время и может разбит на 4 периода в соответствии с процессами, происходящем в каждом из них:
· - период задержки воспламенения;
· - период распространения пламени;
· - период прямого горения;
· - период догорания.
Период задержки воспламенения
Период от начала впрыска до момента начала горения называется периодом задержки воспламенения. Рассмотрим его более детально. Топливо впрыскивается форсунками в виде тумана в воздух, нагретый до высокой температуры и находящийся под высоким давлением. Этот туман состоит из множества капель. Даже, несмотря на то, что солярка впрыскивается в очень горячий воздух, она не воспламеняется немедленно, т.к. должна сначала испариться под действием высокой температуры. По мере испарения происходит ее перемешивание с воздухом и нагреваение до температуры самовоспламенения. Период задержки воспламенения - это период подготовки горения, во время которого горючее впрыскивается в разогретый воздух, перемешивается с ним и разогревается до температуры самовоспламенения. Этот период должен быть как можно короче, т.к. он оказывает существенное влияние на последующие периоды горения.
Период распространения пламени
Период от начала воспламенения до момента, когда пламя распространится на все топливо, впрыснутое в цилиндр во время периода задержки воспламенения, называется периодом распространения пламени. Смесь воздуха и топлива образуется в период задержки воспламенения, но воздух не перемешивается полностью с соляркой с самого начала. Воздушнотопливная смесь воспламеняется там, где топливо уже перемешалось с воздухом. В этот период происходит резкое увеличение температуры, и, как следствие, давления в цилиндре.
Период прямого горения
Форсунка продолжает впрыскивать горючее, которое сгорает немедленно после контакта с открытым пламенем в камере сгорания. В этот момент пламя уже распространилось по всей камере. Период от момента, когда пламя распространилось по всей камере сгорания до момента окончания впрыска горючего, называется периодом прямого горения. В это время давление в цилиндре достигает максимальной величины. Момент воспламенения регулируется таким образом, чтобы максимальная величина давления достигалась приблизительно при 10 градусах после ВМТ.
Период догорания
Период от конца впрыска до момента окончания горения, называется периодом догорания. Горение продолжается и после окончания впрыска. Несгоревшее горючее должно полностью сгореть в этот период. Поршень движется вниз во время этого периода, это позволяет воздуху в камере сгорания расширяться, в результате чего давление и температура падает.
Для нормального и полного сгорания дизельному двигателю требуется две вещи: достаточно высокое давление в камере сгорания, чтобы топливо могло самовоспламеняться и правильный впрыск. Правильный впрыск означает, что солярка впрыскивается в нужный момент и в нужном количестве. Попробуем разобраться, что же произойдет, если какое-то из этих условий не будет выполнено.
Неправильное давление или впрыск топлива
Низкая компрессия
В дизельном двигателе необходимая температура воспламенения достигается за счет сжатия воздуха в цилиндре. Когда давление в цилиндре низкое, температура сжатого воздуха также остается низкой. Иными словами, требуется больше времени, чтобы топливовоздушная смесь достигла температуры воспламенения.
Низкая компрессия вызывает увеличение периода задержки воспламенения. Смесь топлива с воздухом рано или поздно воспламенится, но количество топлива в этом случае будет больше нормального. Одновременно воспламенится большое количество топлива, что вызовет чрезмерный и быстрый рост давления и температуры в камере сгорания. Такое резкое увеличение давления вызывает ударную воздушную волну, действующую на днище поршня и стенки цилиндра. Действие ударной волны вызывает "металлический" звук, также называемый дизельным стуком.
Еще более низкое давление может также вызывать белый дым. Когда давление в цилиндре очень низкое, самовоспламенение не происходит до достижения ВМТ. Т.к. поршень уже идет вниз, температура падает и пламя не успевает распространиться в период распространения пламени. Испарение топлива продолжается в периодах прямого горения и догорания. Несгоревшее топливо выбрасывается из цилиндра в конце периода догорания. Именно поэтому виден белый дым.
Ранний впрыск
Если горючее впрыскивается слишком рано, также возникает характерный дизельный стук. Слишком ранний впрыск означает, что топливо впрыскивается в камеру сгорания тогда, когда температура воздуха еще не достигла нужного уровня. Капли солярки не испаряются также быстро, как в случае нормального горения и требуется больше времени, чтобы горючее воспламенилось. Это приводит к увеличению периода задержки воспламенения. Когда же топливо воспламеняется, одновременно загорается сразу большое его количество. Это и вызывает дизельный стук, который мы слышим.
Поздний впрыск
Белый дым может также быть вызван поздним впрыском. Давление и температура в камере сгорания достигает нужного уровня, но поздний впрыск не оставляет достаточного времени топливу, чтобы испариться. Воспламенение топлива происходит уже после ВМТ. Т.к. давление и температура в камере сгорания начинают немедленно падать, пламя не успевает распространиться по всей камере сгорания и период распространения пламени и горения, вскоре, прекращаются. Испарение продолжается и несгоревшее топливо выбрасывается из цилиндра. В результате мы видим белый дым из выхлопной трубы.
Низкое давление топлива
Дизельный стук может быть вызван, также, низким давлением впрыска. Если топливо впрыскивается при нормальном давлении, то оно распространяется нормально. Но, если давления впрыска низкое – горючее не распыляется нормально и величина капель топлива больше, чем надо. Большие капли не могут нормально испаряться и требуется больше времени, чтобы топливовоздушная смесь воспламенялась. Это вызывает увеличение периода задержки воспламенения. При воспламенении загорается сразу большое количество топлива, что вызывает дизельный стук.
Большой объем впрыска
И, наконец, давайте разберемся, почему может появиться черный дым, если количество впрыскиваемого горючего больше нормального. Если в камеру сгорания впрыскивается нормальное количество топлива, его капли полностью перемешиваются с воздухом и топливо сгорает до конца. Но, если количество впрыскиваемого горючего больше нормального, то, т.к. в камере находится ограниченное количество кислорода, кислород полностью выгорает в период прямого горения. Оставшееся топливо не может перемешаться с кислородом из-за его отсутствия и превращается в углерод, который и вызывает черный дым.
По дисциплине «Силовые агрегаты»
7 вопрос. Анализ процесса расширения и выпуска.
Ответ. В теоретическом цикле предполагают, что выпуск отработавших газов происходит мгновенно с приходом поршня в и. м. т. Газы, выходя из цилиндра под действием разности давлений продолжают расширяться до тех пор, пока их давление не будет равно давлению окружающей среды.
Вместе с газами удаляется часть теплоты. Однако без этого согласно второму закону термодинамики невозможно преобразовать теплоту в механическую работу.
Основными оценочными параметрами теоретического цикла являются: термический КПД и среднее индикаторное давление. Термический КПД характеризует теплоиспользование (экономичность) в цикле, а среднее индикаторное давление — механическую отдачу цикла.
Термический КПД % представляет собой отношение теплоты, превращенной в полезную работу, к теплоте, сообщенной газам.
В дизеле работа газов эквивалентна разности количества теплоты, введенной в цилиндр при V = const и р = const, и теплоты, уносимой с отработавшими газами.
Среднее индикаторное давление можно определить, если задана графически зависимость давления, газа от занимаемого объема. Тогда работа, совершаемая газом при его расширении или необходимая для его сжатия, эквивалентна площади, лежащей под линией зависимости р от V.
По дисциплине «Силовые агрегаты»
8 вопрос. Коэффициент остаточных газов γг. Влияние различных факторов на степень очистки цилиндра от продуктов сгорания.
Ответ.Коэффициент остаточных газов γг.Коэффициент остаточных газов. Заряд цилиндра к началу сжатия представляет собой смесь воздуха и остаточных газов, остающихся в цилиндре вследствие несовершенства очистки его от продуктов сгорания. В расчетах рабочих процессов дизеля относительное количество остаточных газов оценивают коэффициентом остаточных газов ?r = Mr/L (где Мr— количество остаточных газов). Под остаточными газами имеются в виду «чистые» продукты сгорания, образующиеся при (альфа) = 1. Коэффициент остаточных газов является критерием оценки качества очистки цилиндра от продуктов сгорания.
Его значения составляют для дизелей: четырехтактных 0,01 — 0,04; двухтактных с прямоточными схемами газообмена 0,04 — 0,09; двухтактных с контурными схемами газообмена 0,07—0,1.
Ответ. Влияние различных факторов на степень очистки цилиндра от продуктов сгорания. Дело в том, что у двухтактных дизелей очистка цилиндров от продуктов сгорания производится сжатым воздухом. Поэтому в двухтактном двигателе в отличие от четырехтактного обязательным условием для организации рабочего процесса (прежде всего для пуска дизеля) является установка приводного центробежного компрессора. Кроме того, при пуске дизеля и при малых нагрузках, когда энергии отработавших газов недостаточно для наддува дизеля только от турбокомпрессора, подача воздуха в цилиндры осуществляется главным образом приводным центробежным компрессором. Вот почему на дизелях 11Д-45, 10Д-100 пришлось установить еще один компрессор, приводимый в движение от коленчатого вала.
Рис. 35. Схема двухступенчатого комбинированного наддува
Охлаждение воздуха при высоком наддуве до поступления его в цилиндры позволяет увеличить плотность воздуха и понизить температуру газа в цилиндре, тем самым снизить тепловую и механическую напряженность деталей цилиндропоршневой группы дизеля. Поэтому охлаждение наддувочного воздуха находит все более широкое применение в современных тепловозных дизелях.
По дисциплине «Силовые агрегаты»
9 вопрос. Индикаторные показатели ДВС. Показатели рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания подразделяются на индикаторные(внутренние) и эффективные (внешние). Индикаторные показатели работы двигателя характеризуют совершенство рабочего процесса с учетом только тепловых потерь в рабочем цилиндре двигателя. К индикаторным показателям относятся: индикаторная работа и среднее индикаторное давление, индикаторная мощность и индикаторный КПД.
Полезную индикаторную работу газов за цикл можно определить из расчетной теоретической диаграммы цикла.Если работу двигателя за цикл отнести к рабочему объму цилиндра, то получим так называемое среднее индикаторное давление, представляющее собой удельную работу цикла. То есть под средним индикаторным давлением подразумевают такое условное постоянное по величине избыточное среднее давление, которое, оказывая воздействие на поршень, совершает за один ход работу, эквивалентную работе газов в цилиндре за цикл.Индикаторной мощностью называется мощность, соответствующая работе замкнутого цикла. Индикаторным КПД учитываются все тепловые потери в действительном цикле, он определяется отношением индикаторной работы в цилиндре к количеству теплоты, подведенной с топливом для совершения этой работы.
По дисциплине «Силовые агрегаты»
Эффективная мощность
Эффективная мощность Ne — это мощность на коленчатом валу двигателя, передаваемая трансмиссии. Эффективная мощность меньше индикаторной на величину мощности Nм, затрачиваемой на преодоление механических потерь:
Ne = Ni - Nм
По аналогии с индикаторной мощностью эффективную мощность (кВт) можно рассчитать по следующей формуле:
Ne = реVhni/(30Τдв).
Механический КПД
Механический КПД nм — оценочный показатель механических потерь в двигателе:
nм = LeLi = ре/рi = Me/Mi = Ne/Ni.
При работе автомобильных двигателей на номинальном режиме значение находится в следующих пределах: для четырехтактных карбюраторных двигателей 0,7...0,85; для четырехтактных дизелей без наддува 0,7...0,82, с наддувом 0,8—0,9; для газовых двигателей 0,75...0,85; для двухтактных высокооборотных дизелей 0,7-0,85.
Рис. 8.4. Формирование двухмассовой динамической модели КШМ
Первая замещающая масса mj сосредоточена в точке сопряжения поршня с шатуном и совершает возвратно-поступательное движение с кинематическими параметрами поршня, вторая mr располагается в точке сопряжения шатуна с кривошипом и вращается равномерно с угловой скоростью ω.
Детали поршневой группы совершают прямолинейное возвратно-поступательное движение вдоль оси цилиндра. Так как центр масс поршневой группы практически совпадает с осью поршневого пальца, то для определения силы инерции Рjп достаточно знать массу поршневой группы mп, которую можно сосредоточить в данной точке, и ускорение центра масс j, которое равно ускорению поршня: Рjп = - mп j.
Кривошип коленчатого вала совершает равномерное вращательное движение. Конструктивно он состоит из совокупности двух половин коренной шейки, двух щек и шатунной шейки. При равномерном вращении на каждый из указанных элементов кривошипа действует центробежная сила, пропорциональная его массе и центростремительному ускорению.
В эквивалентной модели кривошип заменяют массой mк, отстоящей от оси вращения на расстоянии r. Значение массы mк определяют из условия равенства создаваемой ею центробежной силы сумме центробежных сил масс элементов кривошипа: Kк = Krш.ш + 2Krщ или mкrω2 = mш.шrω2 + 2mщρщω2, откуда получим mк = mш.ш + 2mщρщω2/r.
Элементы шатунной группы совершают сложное плоскопараллельное движение. В двухмассовой модели КШМ массу шатунной группы mш разделяют на две замещающие массы: mш.п, сосредоточенную на оси поршневого пальца, и mш.к, отнесенную к оси шатунной шейки коленчатого вала. При этом необходимо выполнить следующие условия:
1) сумма масс, сосредоточенных в замещающих точках модели шатуна, должна быть равна массе замещаемого звена КШМ: mш.п + mш.к = mш
2) положение центра масс элемента реального КШМ и замещающего его в модели должно быть неизменным. Тогда mш.п = mш lш.к/lш и mш.к = mш lш.п/lш.
Выполнение этих двух условий обеспечивает статическую эквивалентность замещающей системы реальному КШМ;
3) условие динамической эквивалентности замещающей модели обеспечивается при равенстве суммы моментов инерции масс, расположенных в характерных точках модели. Данное условие для двухмассовых моделей шатунов существующих двигателей обычно не выполняется, в расчетах им пренебрегают из-за его малых численных значений.
Окончательно объединив массы всех звеньев КШМ в замещающих точках динамической модели КШМ, получим:
массу, сосредоточенную на оси пальца и совершающую возвратно-поступательное движение вдоль оси цилиндра, mj = mп + mш.п;
массу, расположенную на оси шатунной шейки и совершающую вращательное движение вокруг оси коленчатого вала, mr = mк + mш.к. Для V-образных ДВС с двумя шатунами, расположенными на одной шатунной шейке коленчатого вала, mr = mк + 2mш.к.
В соответствии с принятой моделью КШМ первая замещающая масса mj, движущаяся неравномерно с кинематическими параметрами поршня, вызывает силу инерции Рj = - mj j, а вторая масса mr, вращающаяся равномерно с угловой скоростью кривошипа, создает центробежную силу инерции Кr= Кrш + Кк = - mrrω2.
Сила инерции Рj уравновешивается реакциями опор, на которые установлен двигатель. Будучи переменной по значению и направлению, она, если не предусмотреть специальных мероприятий, может быть причиной внешней неуравновешенности двигателя (см. рис. 8.3, б).
При анализе динамики и особенно уравновешенности двигателя с учетом полученной ранее зависимости ускорения у от угла поворота кривошипа φ силу Рjпредставляют в виде суммы сил инерции первого (РjI ) и второго (РjII) порядка:
где С = - mjrω2.
Центробежная сила инерции Кr= - mrrω2 от вращающихся масс КШМ представляет собой постоянный по величине вектор, направленный по радиусу кривошипа и вращающийся с постоянной угловой скоростью ω. Сила Кr передается на опоры двигателя, вызывая переменные по величине реакции (см. рис. 8.3, в). Таким образом, сила Кr, как и сила Рj, может являться причиной внешней неуравновешенности ДВС.
Суммарные силы и моменты, действующие в механизме. Силы Рг и Рj, имеющие общую точку приложения к системе и единую линию действия, при динамическом анализе КШМ заменяют суммарной силой, являющейся алгебраической суммой: РΣ = Рг + Рj (рис. 8.5, а).
Рис. 8.5. Силы в КШМ:а - расчетная схема; б — зависимость сил в КШМ от угла поворота коленчатого вала
Для анализа действия силы РΣ на элементы КШМ ее раскладывают на две составляющие: S и N. Сила S действует вдоль оси шатуна и вызывает повторно-переменное сжатие-растяжение его элементов. Сила N перпендикулярна оси цилиндра и прижимает поршень к его зеркалу. Действие силы S на сопряжение шатун-кривошип можно оценить, перенеся ее вдоль оси шатуна в точку их шарнирного сочленения (S') и разложив на нормальную силу К, направленную по оси кривошипа, и тангенциальную силу Т.
Силы К и Т воздействуют на коренные опоры коленчатого вала. Для анализа их действия силы переносят в центр коренной опоры (силы К', Т' и Т" ). Пара сил Т и Т' на плече r создает крутящий момент Мк, который далее передается на маховик, где совершает полезную работу. Сумма сил К' и T" дает силу S", которая, в свою очередь, раскладывается на две составляющие: N' и .
Очевидно, что N' = - N и = РΣ . Силы N и N' на плече h создают опрокидывающий момент Мопр = Nh, который далее передается на опоры двигателя и уравновешивается их реакциями. Мопр и вызываемые им реакции опор изменяются по времени и могут быть причиной внешней неуравновешенности двигателя.
Основные соотношения для рассмотренных сил и моментов имеют следующий вид:
На шатунную шейку кривошипа действуют сила S', направленная по оси шатуна, и центробежная сила Кrш, действующая по радиусу кривошипа. Результирующая сила Rш.ш (рис. 8.5, б), нагружающая шатунную шейку, определяется как векторная сумма этих двух сил.
Коренные шейки кривошипа одноцилиндрового двигателя нагружаются силой и центробежной силой инерции масс кривошипа . Их результирующая сила , действующая на кривошип, воспринимается двумя коренными опорами. Поэтому сила, действующая на каждую коренную шейку, равна половине результирующей силы и направлена в противоположную сторону.
Использование противовесов приводит к изменению нагруженности коренной шейки.
По дисциплине «силовые агрегаты»
Увеличение рабочего объема
Увеличить рабочий объем - это самое простое решение. Чем больше сгорает топлива, тем выше мощность. Осуществляется данная процедура за счет замены коленчатого вала на другой (с большим ходом) или за счет увеличения диаметра цилиндров. Это кардинальное вмешательство, которое приводит к увеличению максимального крутящего момента. Такое увеличение мощности двигателяподходит практически для любой машины.
МИНУСЫ: Данная процедура - не из самых дешевых, и при этом существенно увеличивает габариты и массу конструкции. А также, что совсем нежелательно, приводит к падению общего КПД двигателя и повышению расхода топлива.
Увеличение степени сжатия
Самый простой способ увеличить степень сжатия - это уменьшение объема камеры сгорания путем фрезеровки нижней плоскости головки блока цилиндров (уменьшив ее высоту). Другой способ - установка поршней с более выпуклой верхней частью. Также на степень сжатия влияет установка модифицированного распределительного вала, который позволяет улучшить геометрические показатели степени сжатия за счет запаздывания закрытия впускных клапанов. Увеличение степени сжатия позволяет поднять КПД двигателя, добиться повышения мощности при одновременном снижении расхода бензина.
МИНУС: Возникает необходимость перейти на бензин с более высоким октановым числом и следить за его качеством, т.к. повышается риск детонации.
Чип-тюнинг
Пойти по этому пути увеличения мощностидвигателя можно, только если двигатель имеет впрыск с электронным управлением. Суть чип-тюнинга - в замене программы блока управления надвигателе путем перепрограммирования или замены микросхемы - чипа. Этим способом можно достигнутьувеличения мощности двигателя на 10%.
МИНУСЫ: Практикуемая в таких случаях отмена ограничения максимальных оборотов надвигатель ведет к повышению износа двигателя, а увеличение подачи топлива на переходных режимах подразумевает увеличение расхода топлива. Цена подобной модификации стоит немалых денег.
вопрос. Анализ индикаторной диаграммы 4-х тактного дизельного ДВС с наддувом.
Ответ. Цилиндр двигателя закрыт крышкой, в которой располагаются клапаны для впуска свежего заряда и клапаны выпуска газов. Клапаны удерживаются в закрытом состоянии пружинами и давлением в цилиндре при процессах сжатия, сгорания и расширения. Открытие клапанов в нужные моменты производится газораспределительным механизмом.
Газораспределительный механизм состоит из рычагов, штанг и толкателей, на которые воздействуют кулачки распределительного вала.
Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала двигателя и имеет вдвое меньшую частоту вращения, чем коленчатый вал, вследствие чего каждый клапан открывается один раз за два оборота коленчатого вала. Взаимосвязь газораспределительного механизма с коленчатым валом находится в определенной механической зависимости. Эта зависимость устанавливается заводом—изготовителем двигателя и изображается диаграммой фаз (углов) газораспределения.
Диаграмма фаз газораспределения — паспортная характеристика определенного типа двигателя. Она на графике указывает фазы (углы) положений колена коленчатого вала, при которых происходят изменения термодинамического процесса в наиболее экономичном режиме в цилиндре двигателя. Диаграмма фаз газораспределения является руководящим документом проверки и регулировки поршневого двигателя внутреннего сгорания как при сборке в процессе изготовления, так и при ремонте двигателя.
Изменение давления рабочего тела в цилиндре двигателя за рабочий цикл, который фиксируется специальным прибором — индикатором — на диаграммной бумаге в координатах давления Р и рабочего объема КЛ, называется индикаторной диаграммой.
Рассмотрим термодинамический процесс рабочего цикла в четырехтактном двигателе (рис. 6.5).
Фаза ф;_2 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала, при котором клапан впуска открыт. На индикаторной диаграмме
Рис. 6.5. Схема работы четырехтактного двигателя и индикаторные
диаграммы:
/ — начало открытия впускного клапана; 2 — закрытие впускного клапана; 3 — начало подачи топлива; 4 — начало открытия выпускного клапана; 5 — закрытие выпускного клапана; а—г — такты рабочего цикла; Р0 — атмосферное давление; I — точка максимального давления газов в цилиндре
этот процесс изображен линией 1—2 — процесс всасывания свежего заряда.
Фаза ф2-3 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала, при котором оба клапана закрыты. На индикаторной диаграмме наблюдается процесс сжатия свежего заряда, при этом температура его достигает 500... 700 °С.
Фаза у3_4 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала при закрытых клапанах впуска и выпуска. Точка 3 находится вблизи ВМТ. С этого момента в цилиндр двигателя подается топливо в мелкораспыленном виде, которое активно (при 7 = 500...700°С) испаряется, воспламеняется и сгорает. Этот процесс длится тысячные доли секунды. В цилиндре резко возрастают температура (»1700°С) и давление (Р^ образовавшихся газов, вследствие чего колено коленчатого вала успевает пройти ВМТ, и сила, равная произведению давления газов на площадь поршня, раскручивает коленчатый вал. Этот процесс расширения газов называют рабочим ходом поршня, и он заканчивается при положении колена коленчатого вала в точке 4.
Фаза ц>4_5 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала, при котором открыт клапан выпуска. На индикаторной диаграмме этот процесс — выпуск отработавших газов — изображен линией 4—5. В позиции колена коленчатого
вала 5 клапан выпуска закрывается, а клапан впуска открывается. Этим завершается рабочий цикл и начинается следующий.
Весь рабочий цикл совершился за четыре такта, поэтому такой двигатель называют четырехтактным.
Создание комбинированных двигателей явилось новым этапом в развитии ДВС. Цель создания комбинированных двигателей — получение более экономичного и мощного двигателя при малых его габаритах. Потребность в таких двигателях особенно велика на железнодорожном транспорте. Увеличение мощности двигателя при тех же габаритах осуществляется за счет компрессорного наддува. В комбинированном двигателе в качестве компрессорных машин используются почти все виды компрессоров, а в качестве расширительной машины применяется только газовая турбина.
Благодаря наддуву в цилиндры подается на каждый рабочий цикл больше воздуха, чем при всасывании, что дает возможность сжигать большее количество топлива. Это позволяет получать при одинаковых с обычным дизелем размерах цилиндров и той же частоте вращения вала большую мощность.
При сжатии в нагнетателе воздух нагревается, его удельный объем возрастает, что значительно уменьшает воздушный заряд в цилиндре; поэтому в дизелях со средним и высоким наддувом обязательно применяют охлаждение наддувочного воздуха перед поступлением его в цилиндры.
Охлаждение воздуха на каждые 10 °С дает увеличение мощности дизеля на 3...4% и снижение удельного расхода топлива примерно на 1,5...2,0 г/(кВт-ч). Экономичность комбинированного двигателя с наддувом повышается также вследствие увеличения механического КПД и дополнительного использования теплоты отработавших газов.
Индикаторная диаграмма комбинированного четырехтактного дизеля с газотурбинным наддувом представлена на рис. 6.6.
В двигателях с наддувом процесс зарядки цилиндра происходит иначе, чем у дизеля без наддува. Турбокомпрессор засасывает воздух при атмосферном давлении Р0 и сжимает его до давления Рк. Сжатый в компрессоре воздух проходит через охладитель и впускной коллектор. На пути от турбокомпрессора до цилиндра давление воздуха снижается от Рк до Ра, поэтому линия давления впуска расположена ниже линии Рк и выше линии Р0.
После заполнения цилиндра воздухом начинается процесс сжатия, который на индикаторной диаграмме изображен кривой 2— 3.
Рис. 6.6. Индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля с газотурбинным наддувом:
Р0— атмосферное давление; Р„ — давление в период наполнения; Рг — давление в цилиндре в период выпуска; Рк — давление воздуха в наддувочном коллекторе; Кс — объем камеры сжатия; КЛ — рабочий объем; К„ — полный объем цилиндра; 1 — 5 — процесс продувки: 1 — открытие клапанов впуска; 2 — закрытие клапанов впуска; 3 — впрыск топлива в цилиндр; 4 — открытие клапанов выпуска; 5— закрытие клапанов выпуска; I — точка максимального давления газов в цилиндре
В конце сжатия в цилиндр впрыскивается через форсунку топливо, которое воспламеняется в точке 3. Процесс сгорания показан линией 3—1, а расширение газов происходит по кривой г— 4. В точке 4 открываются выпускные клапаны, и отработавшие газы выталкиваются в газовую турбину при давлении Рт. Газы проходят через направляющий аппарат на лопатки турбины, а затем выбрасываются в атмосферу. На диаграмме линия выпуска газа из цилиндра расположена выше атмосферной и ниже линии наполнения.
В четырехтактных двигателях энергии отработавших газов вполне достаточно, чтобы нагнетатель сжимал воздух до давления Рк, более высокого, чем Рт. В результате наддува площадь индикаторной диаграммы, а следовательно, и мощность двигателя значительно возрастают.
По дисциплине «Силовые агрегаты»
2 вопрос.Параметры, характеризующие процесс впуска и их влияние на Pа , Tа.
Ответ. Процесс впуска
Давление и температура остаточных газов в начале впуска зависит главным образом от проходного сечения и коэффициента сопротивления выпускной системы, а также от числа оборотов двигателя. С увеличением числа оборотов давление остаточных газов возрастает. Это объясняется тем, что с увеличением оборотов продолжительность процесса выпуска сокращается, а скорость газов в выпускной системе увеличивается. С увеличением сопротивления выпускной системы давление остаточных газов возрастает, наполнение цилиндров ухудшается и мощность двигателя понижается.
Давление остаточных газов в начале впуска для двигателя без глушителя составляет по опытным данным:
,
где Р0 — давление окружающей среды.
Меньшие значения здесь относятся к малым и средним оборотам, большие – к оборотам двигателя, соответствующим максимальной мощности.
При установке глушителя давление остаточных газов возрастает.
Температура остаточных газов в начале впуска зависит главным образом от состава смеси и числа оборотов двигателя. С увеличением числа оборотов температура остаточных газов возрастает. Происходит это в основном вследствие ухудшения охлаждения продуктов сгорания из-за сокращения продолжительности цикла. По опытным данным, температура остаточных газов Tr в начале впуска при оборотах двигателя, соответствующих максимальной мощности, находится в следующих пределах: у карбюраторных двигателей 900–1200 К, у дизельных двигателей 600–800 К.
Действительное количество свежего заряда, поступившего в цилиндр двигателя за период впуска, значительно меньше теоретически возможного количества, которое могло бы заполнить рабочий объем цилиндра.
Качество газообмена оценивается не абсолютным, а относительным количеством свежего заряда, поступившего в цилиндр при впуске.
Отношение количества свежего заряда, поступившего в цилиндр за один цикл, к количеству, который имел бы заряд, заполняющий рабочий объем цилиндра при давлении и температуре на входе в систему впуска (Ро, То), называется коэффициентом наполнения.
.
У карбюраторных двигателей количество топлива, содержащегося в заряде, по сравнению с количеством воздуха сравнительно невелико. Поэтому коэффициент наполнения часто определяют по отношению количеств воздуха. Ошибка при этом не превышает 1–2%.
У карбюраторных и дизельных двигателей, работающих без наддува, параметры свежего заряда при поступлении его в систему впускасовпадают с параметрами окружающей среды (при расчетах двигателей без наддува принимают Ро = 0.101 МПа; Т0 =273 +15 = 288 К).
Количество газов, заполняющих цилиндр двигателя в конце впуска, составляет:
.
Характеристические уравнения для Ma, M0, Mr имеют следующий вид:
;;,
где: Рa , Тa – давление и температура газов в конце впуска;
Ra, R0, Rr – соответствующие газовые постоянные.
После подстановки характеристических уравнений в уравнение для Ma получим
.
Если допустить равенство газовых постоянных Ra, R0, Rr и разделить обе части полученного выражения на Vc, можно написать
.
Учитывая, что
,
после соответствующих преобразований получим:
.
Коэффициент наполнения зависит главным образом от давления и температуры газов в конце впуска, числа оборотов и нагрузки двигателя (рис. 2.4).
infopedia.su
СХЕМА РАБОТЫ 2-Х ТАКТНОГО ДИЗЕЛЯ.
Двухтактными называются двигатели, у которых весь рабочий цикл совершается за два хода поршня или один оборот коленчатого вала.
Для осуществления подачи воздуха и отвода газов в нижней части цилиндровой втулки по окружности сделаны специальные вырезы (окна), причём, продувочные окна расположены по одной части полуокружности, а выпускные - по другой. Эти ока имеют разную высоту. Как правило, высота выпускных окон больше, чем продувочных. Газораспределительные клапана отсутствуют. Открытие и закрытие окон осуществляется самим поршнем во время движения в цилиндровой втулке. Воздух подаётся в рабочий цилиндр через специальный резервуар (ресивер) принудительно от продувочного насоса (компрессора), который приводится в действие от коленчатого вала или газовой турбины наддува.
I такт - РАСШИРЕНИЕ. Процесс сжатия обеспечивает самовоспламенение топлива. Около ВМТ в цилиндр из форсунки впрыскивается под большим давлением мелкораспыленое топливо, которое самовоспламеняется и сгорает. Поршень под действием продуктов сгорания движется к НМТ, производя при этом полезную работу - процесс расширения.
В конце хода поршень своей верхней кромкой открывает выпускные окна. Затем поршень начинает открывать продувочные окна, по которым из ресивера под давлением 1,15-1,4 кг/см2 подаётся воздух. Благодаря наклонному расположению продувочных окон сжатый воздух омывает стенки цилиндра по периметру (см. «типы продувок») и, выталкивая остатки продуктов сгорания, осуществляет наполнение цилиндра свежим зарядом воздуха.
II такт - СЖАТИЕ. Поршень, двигаясь к ВМТ, последовательно закрывает своей верхней кромкой продувочные, а затем выпускные окна. После этого начинается процесс сжатия воздушного заряда. В конце процесса воздух в цилиндре имеет параметры: Pc=32-45кг/см2; Tc=650-800°C. После этого цикл повторяется.
Для 2-х тактных ДВС характерно то, что весь рабочий цикл совершается при давлении выше атмосферного и поэтому индикаторная диаграмма располагается над линией атмосферного давления (Po).
Точками на индикаторной диаграмме указаны положения поршня, соответствующие моментам открытия и закрытия окон. На круговой диаграмме газораспределения указаны точки положения кривошипа.
При открытии выпускных окон поршень не доходит до НМТ на угол 40-60° п.к.в. Полезный (рабочий) ход поршня меньше его полного (геометрического) хода на величину высоты выпускных окон. Продолжительность открытия этих окон равно 110-130° п.к.в.
Сравнительная оценка 4-х и 2-х тактных двигателей.
Таким образом, при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения, в 2-х тактных ДВС сгорает вдвое больше топлива и следовательно, может быть получена вдвое большая мощность, чем у 4-х тактных, но 4-х тактные более экономичны. Практически мощность 2-х тактного двигателя больше в 1,7-1,8 раза.
Конструкция 2-х тактых двигателей проще. У них нет клапанов и их приводов. Но необходим продувочный насос. Усложняется конструкция и изготовление цилиндровых втулок из-за наличия окон.
В 2-х тактных двигателях более равномерно происходит вращение коленчатого вала т.к. рабочий ход осуществляется за каждый его оборот.
Недостатки: менее совершенна очистка цилиндров от продуктов сгорания; меньшая экономичность из-за потери части горючей смеси через выпускные окна при продувке.
refoff.ru