Cykl pracy - zespół procesów cieplnych, chemicznych i gazowo-dynamicznych, kolejno powtarzających się okresowo w cylindrze silnika w celu zamiany energii cieplnej paliwa na energię mechaniczną. Cykl obejmuje pięć procesów: wlot, sprężanie, spalanie (spalanie), rozprężanie, uwalnianie.
Czterosuwowe silniki wysokoprężne i gaźnikowe montowane są w ciągnikach i pojazdach używanych w przemyśle drzewnym i leśnym. Pojazdy leśne wyposażone są głównie w czterosuwowe silniki wysokoprężne,
Podczas procesu ssania cylinder silnika jest napełniany świeżym wsadem, który jest oczyszczonym powietrzem w silnik wysokoprężny lub palna mieszanina oczyszczonego powietrza z paliwem (gazem) do silnika gaźnikowego i gazowego silnika wysokoprężnego. Palna mieszanka powietrza z drobno rozpylonym paliwem, jego oparami lub palnymi gazami musi zapewniać rozprzestrzenianie się frontu płomienia w całej zajmowanej przestrzeni.
Proces sprężania w cylindrze spręża mieszankę roboczą składającą się ze świeżego ładunku i gazów resztkowych (silniki gaźnikowe i gazowe) lub świeżego ładunku, rozpylonego paliwa i gazów resztkowych (diesle, silniki wielopaliwowe iz wtryskiem benzyny oraz gazowe silniki Diesla).
Gazy resztkowe nazywane są produktami spalania pozostałymi po zakończeniu poprzedniego cyklu i uczestniczącymi w kolejnym cyklu.
W silnikach z zewnętrznym tworzeniem mieszanki cykl pracy przebiega w czterech cyklach: dolotowy, sprężający, rozprężny i wydechowy. Skok ssania (ryc. 4.2a). Tłok 1, pod wpływem obrotu wału korbowego 9 i korbowodu 5, przemieszczając się do BDC, wytwarza podciśnienie w cylindrze 2, co skutkuje świeżym ładunkiem mieszanina palna przepływa rurociągiem 3 przez zawór wlotowy 4 do cylindra 2.
Skok sprężania (rys. 4.2b). Po napełnieniu cylindra świeżym ładunkiem zawór wlotowy zamyka się, a tłok, przemieszczając się do GMP, spręża mieszankę roboczą. Powoduje to wzrost temperatury i ciśnienia w cylindrze. Pod koniec cyklu mieszanina robocza zostaje zapalona przez iskrę występującą między elektrodami świecy zapłonowej 5 i rozpoczyna się proces spalania.
Skok wysuwu lub skok mocy (rys. 4.2e). W wyniku spalania mieszaniny roboczej powstają gazy (produkty spalania), których temperatura i ciśnienie gwałtownie wzrastają w momencie dojścia tłoka do GMP. Pod wpływem wysokiego ciśnienia gazu tłok przesuwa się do BDC, wykonując jednocześnie użyteczną pracę przenoszoną na obracający się wał korbowy.
Skok zwolnienia (patrz rys. 4.2d). W tym skoku cylinder jest oczyszczany z produktów spalania. Tłok, przemieszczając się do GMP, przez otwarty zawór wydechowy 6 i rurociąg 7 wypycha produkty spalania do atmosfery. Pod koniec suwu ciśnienie w cylindrze nieznacznie przekracza ciśnienie atmosferyczne, więc część produktów spalania pozostaje w cylindrze, które mieszają się z palną mieszanką wypełniającą cylinder podczas suwu ssania w kolejnym cyklu roboczym.
Zasadnicza różnica pomiędzy cyklem pracy silnika z wewnętrznym tworzeniem mieszanki (diesel, gaz-diesel, wielopaliwowy) polega na tym, że podczas suwu sprężania układ zasilania paliwem układu zasilania silnika wtryskuje drobno rozpylone ciekłe paliwo silnikowe, które jest zmieszany z powietrzem (lub mieszaniną powietrza z gazem) i zapala się. Wysoki stopień sprężania silnika o zapłonie samoczynnym pozwala na podgrzanie mieszanki w cylindrze powyżej temperatury samozapłonu paliwa ciekłego.
Cykl pracy dwusuwowego silnika gaźnikowego (rys. 4.3) służącego do rozruchu diesla skidera realizowany jest w dwóch suwach tłoka lub w jednym obrocie wału korbowego. W takim przypadku jeden cykl działa, a drugi jest pomocniczy. W dwusuwowym silniku gaźnikowym nie ma zaworów dolotowych i wydechowych, ich funkcję pełnią okna wlotowe, wydechowe i przedmuchowe, które otwierają się i zamykają wraz z ruchem tłoka. Przez te okna wnęka robocza cylindra komunikuje się z rurociągami wlotowymi i wylotowymi, a także z uszczelnioną skrzynią korbową silnika.
Schemat wskaźników. Cykl roboczy lub rzeczywisty silnika wewnętrzne spalanie różni się od teoretycznej badanej w termodynamice właściwościami płynu roboczego, jakim są gazy rzeczywiste o zmiennym składzie chemicznym, szybkością dostarczania i odprowadzania ciepła, charakterem wymiany ciepła między płynem roboczym a otaczającymi go częściami, oraz inne czynniki.
Rzeczywiste cykle pracy silnika są przedstawiane graficznie we współrzędnych: ciśnienie – objętość (p, V) lub we współrzędnych: ciśnienie – kąt obrotu wału korbowego (p, φ). Takie graficzne zależności od określonych parametrów nazywane są diagramami wskaźnikowymi.
Najbardziej wiarygodne wykresy wskaźnikowe uzyskuje się eksperymentalnie, metody instrumentalne, bezpośrednio na silnikach. Wykresy indykatorowe otrzymane w wyniku obliczeń na podstawie termicznych danych obliczeniowych różnią się od rzeczywistych cykli ze względu na niedoskonałość metod obliczeniowych i przyjętych założeń.
Na ryc. 4.4 przedstawia schematy wskaźników dla czterosuwowych silników gaźnikowych i wysokoprężnych.
Obwód r, a, c, z, b, r jest schematem cyklu pracy silnika czterosuwowego. Odzwierciedla pięć naprzemiennych i częściowo nakładających się na siebie procesów: wlot, sprężanie, spalanie, rozprężanie i wydech. Proces ssania (r, a) rozpoczyna się przed dotarciem tłoka do BMT (w pobliżu punktu r) i kończy się po HMT (w punkcie k). Proces sprężania kończy się w punkcie c, w momencie zapłonu mieszaniny roboczej w silniku gaźnikowym lub w momencie rozpoczęcia wtrysku paliwa w silniku wysokoprężnym. W punkcie c rozpoczyna się proces spalania, który kończy się po punkcie r. Proces rozszerzania lub skok roboczy (r, b) kończy się w punkcie b. Proces uwalniania rozpoczyna się w punkcie b, tj. w momencie otwarcia zaworu wydechowego, a kończy się po punkcie r.
Obszar r, a, c, b, r jest zbudowany we współrzędnych p-V, dlatego w pewnej skali charakteryzuje pracę wywoływaną przez gazy w butli. Wykres indykatorowy silnika czterosuwowego składa się z obszarów dodatnich i ujemnych. Obszar dodatni jest ograniczony liniami ściskania i rozszerzania k, c, z, b, k i charakteryzuje pracę użytkową gazów; ujemna jest ograniczona przez przewody ssące i wydechowe i charakteryzuje pracę gazów wydatkowanych w celu pokonania oporów podczas wlotu i wydechu. Ujemny obszar wykresu jest nieznaczny, jego wartość można pominąć, a obliczenia wykonuje się tylko wzdłuż konturu wykresu. Obszar tego konturu odpowiada pracy wskaźnika, planowane jest określenie średniego ciśnienia wskaźnika.
Praca wskaźnikowa cyklu nazywana jest pracą w jednym cyklu, określoną przez diagram wskaźnikowy.
Średnie ciśnienie indykatora to takie warunkowe stałe ciśnienie w cylindrze silnika, przy którym praca gazu w jednym skoku tłoka jest równa pracy indykatora cyklu.
Średnie ciśnienie indykatorowe p wyznacza się z wykresu indykatorowego:
Wykład 4
RZECZYWISTE CYKLE LODOWE
1. Różnica między rzeczywistymi cyklami silników czterosuwowych a teoretycznymi
1.1. Schemat wskaźników
2. Procesy wymiany gazu
2.1. Wpływ faz dystrybucji gazu na procesy wymiany gazowej
2.2. Parametry procesu wymiany gazowej
2.3. Czynniki wpływające na procesy wymiany gazowej
2.4. Toksyczność spalin i sposoby zapobiegania zanieczyszczeniu środowiska
3. Proces kompresji
3.1. Opcje procesu kompresji
4. Proces spalania
4.1. szybkość spalania
4.2. Reakcje chemiczne podczas spalania
4.3. Proces spalania w silniku gaźnikowym
4.4. Czynniki wpływające na proces spalania w silniku gaźnikowym
4.5. Detonacja
4.6. proces spalania mieszanka paliwowa w oleju napędowym
4.7. Ciężka praca z silnikiem Diesla
5. Proces ekspansji
5.1. Cel i przebieg procesu ekspansji
5.2. Opcje procesu rozszerzenia
Różnica między rzeczywistymi cyklami silników czterosuwowych a teoretycznymi
Najwyższą sprawność teoretycznie można uzyskać dopiero w wyniku zastosowania cyklu termodynamicznego, którego warianty zostały omówione w poprzednim rozdziale.
Najważniejsze warunki przepływu cykli termodynamicznych:
niezmienność płynu roboczego;
· brak jakichkolwiek strat cieplnych i dynamicznych gazów, z wyjątkiem obowiązkowego odprowadzania ciepła przez lodówkę.
W rzeczywistych silnikach spalinowych tłokowych pracę mechaniczną uzyskuje się w wyniku rzeczywistych cykli.
Właściwy cykl silnika to zespół cyklicznie powtarzających się procesów termicznych, chemicznych i gazowo-dynamicznych, w wyniku których energia termochemiczna paliwa zamieniana jest na pracę mechaniczną.
Cykle rzeczywiste mają następujące podstawowe różnice w stosunku do cykli termodynamicznych:
Rzeczywiste cykle są otwarte, a każdy z nich jest wykonywany przy użyciu własnej porcji płynu roboczego;
Zamiast dostarczać ciepło w rzeczywistych cyklach, zachodzi proces spalania, który przebiega w skończonych szybkościach;
Zmienia się skład chemiczny płynu roboczego;
Pojemność cieplna płynu roboczego, którym są rzeczywiste gazy o różnym składzie chemicznym, stale się zmienia w rzeczywistych cyklach;
Między płynem roboczym a otaczającymi go częściami zachodzi stała wymiana ciepła.
Wszystko to prowadzi do dodatkowych strat ciepła, co z kolei prowadzi do spadku wydajności rzeczywistych cykli.
Schemat wskaźników
Jeśli cykle termodynamiczne przedstawiają zależność zmiany ciśnienia bezwzględnego ( r) od zmiany objętości właściwej ( υ ), to rzeczywiste cykle są przedstawiane jako zależności zmiany ciśnienia ( r) od zmiany głośności ( V) (zwinięty wykres indykatorowy) lub zmiana ciśnienia wraz z kątem korby (φ), co nazywamy rozszerzonym wykresem indykatorowym.
Na ryc. 1 i 2 przedstawiają zwinięte i rozwinięte diagramy wskaźników dla silników czterosuwowych.
Rozszerzony wykres indykatorowy można uzyskać eksperymentalnie za pomocą specjalnego urządzenia - wskaźnika ciśnienia. Wykresy indykatorowe można również uzyskać poprzez obliczenia oparte na obliczeniach termicznych silnika, ale mniej dokładne.
Ryż. 1. Zwinięty schemat wskaźników silnika czterosuwowego
wymuszony zapłon
Ryż. 2. Rozszerzony schemat wskaźników czterosuwowego diesla
Diagramy wskaźnikowe służą do badania i analizy procesów zachodzących w cylindrze silnika. Na przykład obszar zwiniętego wykresu wskaźnikowego, ograniczony liniami sprężania, spalania i rozprężania, odpowiada pracy użytecznej lub wskaźnikowej L i rzeczywistego cyklu. Wartość pracy wskaźnika charakteryzuje efekt użytkowy rzeczywistego cyklu:
, (3.1)
gdzie Q1- ilość ciepła dostarczonego w rzeczywistym cyklu;
Q2- straty cieplne rzeczywistego cyklu.
W aktualnym cyklu Q1 zależy od masy i ciepła spalania paliwa wprowadzanego do silnika w cyklu.
Stopień wykorzystania dostarczonego ciepła (lub sprawność rzeczywistego obiegu) szacowany jest wskaźnikiem sprawności η i, czyli stosunek ciepła zamienionego na pracę użyteczną L ja, do ciepła paliwa dostarczanego do silnika Q1:
, (3.2)
Biorąc pod uwagę wzór (1), wzór (2) efektywności wskaźnika można zapisać w następujący sposób:
, (3.3)
Dlatego wykorzystanie ciepła w rzeczywistym cyklu zależy od wielkości strat ciepła. W nowoczesnych silnikach spalinowych straty te wynoszą 55–70%.
Główne składniki strat ciepła Q2:
Utrata ciepła wraz ze spalinami do środowiska;
Straty ciepła przez ściany cylindra;
Niepełne spalanie paliwa z powodu miejscowego braku tlenu w strefach spalania;
Wyciek płynu roboczego z wnęki roboczej cylindra z powodu wycieku sąsiednich części;
Przedwczesne uwalnianie spalin.
Do porównania stopnia wykorzystania ciepła w cyklach rzeczywistych i termodynamicznych stosuje się sprawność względną
W silniki samochodowe o od 0,65 do 0,8.
Rzeczywisty cykl silnika czterosuwowego jest realizowany w dwóch obrotach wału korbowego i składa się z następujących procesów:
Wymiana gazowa - wlot świeżego wsadu (patrz rys. 1, krzywa frakcja) i spalin (krzywa b”b”rd);
Kompresja (krzywa ak"s");
spalanie (krzywa c”c”z”);
Rozszerzenia (krzywa z z"b"b").
Po wpuszczeniu świeżego ładunku tłok porusza się, uwalniając nad nim objętość, która jest wypełniona mieszanką powietrza i paliwa w silniki gaźnikowe i czyste powietrze w silnikach wysokoprężnych.
Początek ssania jest określony przez otwarcie zaworu wlotowego (punkt F), koniec wlotu - przez jego zamknięcie (punkt k). Początek i koniec zwolnienia odpowiadają odpowiednio otwarciu i zamknięciu zaworu wydechowego w punktach b" I D.
Obszar niezacieniony b"bb" na wykresie indykatorowym odpowiada utracie pracy indykatora spowodowanej spadkiem ciśnienia w wyniku otwarcia zaworu wydechowego przed dotarciem tłoka do BDC (wstępne wydechy).
Kompresja jest faktycznie wykonywana od momentu zamknięcia zaworu wlotowego (krzywa k-s"). Przed zamknięciem zaworu wlotowego (krzywa a-k) ciśnienie w butli pozostaje poniżej atmosferycznego ( p0).
Pod koniec procesu sprężania paliwo zapala się (punkt od") i szybko wypala się z gwałtownym wzrostem ciśnienia (punkt z).
Ponieważ zapłon nowego ładunku nie występuje w GMP, a spalanie przebiega z ciągłym ruchem tłoka, obliczone punkty od I z nie odpowiadają rzeczywistym procesom sprężania i spalania. W rezultacie obszar wykresu indykatorowego (obszar zacieniony), a co za tym idzie użyteczna praca cyklu, jest mniejsza niż termodynamiczna lub obliczona.
Zapłon świeżego ładunku w benzynie i silniki gazowe odbywa się z wyładowania elektrycznego między elektrodami świecy zapłonowej.
W silnikach wysokoprężnych paliwo zapala się pod wpływem ciepła powietrza ogrzanego przez sprężanie.
Produkty gazowe powstałe w wyniku spalania paliwa wytwarzają ciśnienie na tłok, w wyniku czego wykonywany jest suw rozprężania lub suw pracy. W tym przypadku energia rozszerzalności cieplnej gazu zamieniana jest na pracę mechaniczną.
Studium pracy realnej silnik tłokowy wskazane jest wykonanie według wykresu, który podaje zmianę ciśnienia w cylindrze w zależności od położenia tłoka dla całego
cykl. Taki diagram, wykonany za pomocą specjalnego urządzenia wskaźnikowego, nazywa się diagramem wskaźnikowym. Obszar zamkniętej figury diagramu wskaźnikowego przedstawia w określonej skali pracę wskaźnika gazu w jednym cyklu.
Na ryc. Rysunek 7.6.1 przedstawia wykres indykatorowy silnika pracującego na szybko palącym się paliwie przy stałej objętości. Jako paliwo do tych silników stosuje się benzynę lekką, gaz oświetleniowy lub generatorowy, alkohole itp.
Kiedy tłok przesuwa się z lewego martwego położenia do skrajnego prawego położenia, przez zawór ssący zasysana jest palna mieszanina składająca się z oparów i małych cząstek paliwa i powietrza. Proces ten jest przedstawiony na wykresie krzywej 0-1, który nazywa się linią ssania. Oczywiście linia 0-1 nie jest procesem termodynamicznym, ponieważ nie zmieniają się w niej główne parametry, a jedynie zmienia się masa i objętość mieszanki w cylindrze. Gdy tłok cofa się, zawór ssący zamyka się, a palna mieszanina zostaje sprężona. Proces kompresji na wykresie przedstawia krzywa 1-2, zwana linią kompresji. W punkcie 2, gdy tłok nie osiągnął jeszcze lewego martwego położenia, palna mieszanina jest zapalana przez iskrę elektryczną. Spalanie mieszanki palnej następuje niemal natychmiast, tj. prawie ze stałą objętością. Proces ten jest przedstawiony na wykresie za pomocą krzywej 2-3. W wyniku spalania paliwa gwałtownie wzrasta temperatura gazu i wzrasta ciśnienie (pkt 3). Następnie produkty spalania rozszerzają się. Tłok przesuwa się do właściwej martwej pozycji, a gazy wykonują pożyteczną pracę. Na diagramie wskaźnikowym proces ekspansji jest przedstawiony za pomocą krzywej 3-4, zwanej linią ekspansji. W punkcie 4 zawór wydechowy otwiera się, a ciśnienie w cylindrze spada do prawie ciśnienia zewnętrznego. Przy dalszym ruchu tłoka od prawej do lewej strony produkty spalania są usuwane z cylindra przez zawór wydechowy pod ciśnieniem nieco wyższym niż ciśnienie atmosferyczne. Proces ten jest przedstawiony na wykresie krzywej 4-0 i nazywany jest linią wydechową.
Moc efektywna N e nazywa się mocą otrzymaną na wał korbowy silnik. Ona jest mniejsza moc wskaźnika N i o wielkości mocy zużywanej na tarcie w silniku (tarcia tłoków o ściany cylindrów, czopy wału korbowego o łożyska itp.) oraz o zadziałanie mechanizmów pomocniczych (mechanizm dystrybucji gazu, wentylator, pompy wody, oleju i paliwa, generator, itp.).
Do wyznaczenia wartości mocy efektywnej silnika można wykorzystać powyższy wzór na moc indykowaną, zastępując w nim średnie ciśnienie indykowane pi średnim ciśnieniem efektywnym pe (pe jest mniejsze od pi o wielkość strat mechanicznych w silnik)
moc wskaźnika N i to moc wytwarzana przez gazy wewnątrz cylindra silnika. Jednostki mocy są konie mechaniczne(KM) lub kilowatów (kW); 1 l. od. = 0,7355 kW.
Do wyznaczenia mocy indykowanej silnika niezbędna jest znajomość średniego ciśnienia indykowanego pi, czyli takiej warunkowej stałej wartości ciśnienia, która działając na tłok tylko przez jeden cykl spalania-rozprężania mogłaby wykonać pracę równą pracy gazów w butli przez cały cykl.
Bilans cieplny przedstawia rozkład ciepła powstającego w silniku podczas spalania paliwa na ciepło użyteczne dla pełnego funkcjonowania samochodu i ciepło, które można zakwalifikować jako straty ciepła. Istnieją takie podstawowe straty ciepła:
- spowodowane przezwyciężeniem tarcia;
- powstające w wyniku promieniowania cieplnego z nagrzanych powierzchni zewnętrznych silnika;
- straty na napędzie niektórych mechanizmów pomocniczych.
Normalny poziom bilansu cieplnego silnika może się różnić w zależności od trybu pracy. Określają to wyniki testów w warunkach stałego reżimu termicznego. Bilans cieplny pomaga określić stopień zgodności z konstrukcją silnika i ekonomię jego pracy, a następnie podjąć działania w celu dostosowania niektórych procesów w celu uzyskania lepszej pracy.
SCHEMAT DZIAŁANIA 4-SUWOWEGO DIESLA.
ZNAKOWANIE LODOWE.
Krajowe silniki wysokoprężne są oznaczone zgodnie z GOST 4393-74. Każdy typ silnika ma konwencjonalne oznaczenie literowe i liczbowe:
H - czterosuwowy
D - dwusuwowy
DD - dwusuwowe podwójne działanie
R - odwracalny
C - ze sprzęgłem wstecznym
P - s przekładnia redukcyjna
K - poprzeczka
H - doładowany
G - do pracy na paliwie gazowym
GZh - do pracy na paliwie gazowo-cieczowym
Liczby przed literami oznaczają liczbę cylindrów; cyfry po literach oznaczają średnicę/skok cylindra w centymetrach. Na przykład: 8DKRN 74/160, 6ChSP 18/22, 6Ch 12/14
Oznakowanie zagranicznych firm diesla:
Silniki fabryki SKL w Niemczech (była NRD)
Czterosuwowe silniki spalinowe nazywane są silnikami, w których jeden suw (suw) wykonywany jest w czterech suwach tłoka lub dwóch obrotach wału korbowego. Skoki to: wlot (napełnianie), sprężanie, skok (rozprężanie), wydech (wydech).
mierzę - NAPEŁNIANIE. Tłok przemieszcza się z GMP do BDC, w wyniku czego w komorze nadtłokowej cylindra powstaje podciśnienie, a powietrze z atmosfery dostaje się do cylindra przez otwarty zawór wlotowy (ssący). Objętość w cylindrze stale rośnie. Zawór zamyka się w BDC. Po zakończeniu procesu napełniania powietrze w butli ma następujące parametry: ciśnienie Pa=0,85-0,95 kg/cm2 (86-96 kPa); temperatura Ta=37-57°C (310-330 K).
II środek - KOMPRESJA. Tłok porusza się w przeciwnym kierunku i kompresuje świeży ładunek powietrza. Zmniejsza się objętość cylindra. Wzrost ciśnienia i temperatury do wartości: Pc=30-45kg/cm2 (3-4 MPa); Tc = 600-700°C (800-900 K). Parametry te muszą być takie, aby nastąpił samozapłon paliwa.
Pod koniec procesu sprężania do cylindra silnika wtryskiwane jest drobno rozpylone paliwo z dyszy pod wysokim ciśnieniem 20-150 MPa (200-1200 kg/cm2), które samoczynnie zapala się pod wpływem wysoka temperatura i szybko się wypala. W ten sposób w drugim cyklu następuje sprężanie powietrza, przygotowywanie paliwa do spalania, formowanie mieszaniny roboczej i rozpoczynanie jej spalania. W wyniku procesu spalania parametry gazu wzrastają do wartości: Pz=55-80kg/cm2 (6-8,1 MPa); Tz=1500-2000°C (1700-2200 K).
III beat - EKSPANSJA. Pod działaniem sił wynikających z ciśnienia produktów spalania paliwa tłok przesuwa się do BDC. Energia cieplna gazów zamieniana jest na pracę mechaniczną ruchu tłoka. Pod koniec suwu rozprężania parametry gazu obniżają się do następujących wartości: Pb=3,0-5,0 kg/cm2 (0,35-0,5 MPa); Tb=750-900°C (850-1100 K).
IV środek - ZWOLNIENIE. Pod koniec suwu rozprężania (do BDC) zawór wydechowy otwiera się i gazy z energią i ciśnieniem większym niż pośpiech atmosferyczny kolektor wydechowy ponadto, gdy tłok przesuwa się do GMP, spaliny są zmuszane do usunięcia przez tłok. Pod koniec cyklu wydechowego parametry w cylindrze będą następujące: ciśnienie P 1 = 1,1-1,2 kg/cm 2 (110-120 kPa); temperatura T1 =700-800°C (800-1000 K). Po TDC zawór wydechowy zamyka się. Cykl pracy się skończył.
W zależności od położenia tłoka zmianę ciśnienia w cylindrze silnika można przedstawić graficznie na osiach współrzędnych PV (ciśnienie - objętość) zamkniętej krzywej, która nazywa się wykresem indykatorowym. Na schemacie każda linia odpowiada określonemu procesowi (cyklowi):
1-a - proces napełniania;
a-c - proces kompresji;
c-z" - proces spalania przy stałej objętości (V=const);
z"-z - proces spalania przy stałym ciśnieniu (P=const);
z-b - proces rozszerzania (skok roboczy);
b-1 - proces uwalniania;
Po - linia ciśnienia atmosferycznego.
Notatka: jeśli schemat znajduje się powyżej linii Po, to silnik jest wyposażony w układ ciśnieniowy i ma dużą moc.
Skrajne położenia tłoka (TDC i BDC) są pokazane liniami przerywanymi.
Objętości zajmowane przez płyn roboczy w dowolnym położeniu tłoka i zamknięte między jego dnem a pokrywą cylindra są wykreślone na osi odciętej wykresu, które mają następujące oznaczenia:
Vc to objętość komory sprężania; Vs to objętość robocza cylindra;
Va. to całkowita objętość butli; Vx to objętość nad tłokiem w dowolnym momencie jego ruchu. Znając położenie tłoka, zawsze możesz określić objętość cylindra nad nim.
Na osi y (w wybranej skali) połóż ciśnienie w cylindrze.
Rozważany wykres wskaźnikowy przedstawia cykl teoretyczny (obliczony), w którym przyjmuje się założenia, tj. skoki zaczynają się i kończą w martwych punktach, tłok znajduje się w GMP, komora spalania jest wypełniona resztkowymi spalinami.
W prawdziwe silniki momenty otwierania i zamykania zaworów zaczynają się i kończą nie w martwych punktach położenia tłoka, ale z pewnym przesunięciem, co wyraźnie widać na kołowym schemacie rozrządu. Momenty otwarcia i zamknięcia zaworów wyrażone w stopniach obrotu wału korbowego (pkv) nazywane są rozrządem. Optymalne kąty otwarcia i zamknięcia zaworów oraz początek podawania paliwa ustalane są eksperymentalnie podczas testowania prototypu na stanowisku producenta. Wszystkie kąty (fazy) są wskazane w dzienniku silnika.
Zanim ładunek powietrza dostanie się do cylindra silnika, zawór ssący otwiera się. Punkt 1 odpowiada położeniu korby, gdy zawór się otwiera. W celu lepszego napełnienia cylindra powietrzem zawór wlotowy otwiera się do GMP i zamyka po przejściu tłoka BDC przez kąt równy 20-40 ° c.c.v., który jest określany jako kąt wyprzedzenia i opóźnienia zaworu wlotowego. Zwykle kąt p.k.v. odpowiada procesowi ssania 220-240 °. Gdy zawór się zamyka, napełnianie cylindra kończy się, a korba przyjmuje pozycję odpowiadającą punktowi (2).
Po procesie sprężania samozapłon paliwa wymaga czasu na jego rozgrzanie i odparowanie. Ten okres czasu nazywany jest okresem opóźnienia zapłonu. Dlatego wtrysk paliwa odbywa się z pewnym wyprzedzeniem, aż tłok osiągnie GMP pod kątem 10-35 ° c.c.v.
KĄT WPROWADZANIA PALIWA
Kąt między kierunkiem korby a osią cylindra w momencie rozpoczęcia wtrysku paliwa nazywany jest kątem wyprzedzenia paliwa. UOPT liczony jest od początku zasilania do GMP i zależy od układu zasilania, rodzaju paliwa i prędkości obrotowej silnika. UOPT w silnikach wysokoprężnych wynosi od 15 do 32° i ma ogromne znaczenie dla pracy silnika spalinowego. Bardzo ważne jest określenie optymalnego kąta posuwu posuwu, który musi odpowiadać wartości producenta podanej w paszporcie silnika.
Optymalne SPTA ma ogromne znaczenie dla normalna operacja silnik i jego ekonomia. Przy odpowiedniej regulacji spalanie paliwa powinno rozpocząć się zanim tłok osiągnie GMP o 3-6°p.c.v. Maksymalne ciśnienie Pz, równy obliczonej, osiąga się, gdy tłok mija GMP pod kątem 2-3 ° c.c.v. (patrz „Fazy spalania”).
Wraz ze wzrostem UOPT wydłuża się okres opóźnienia samozapłonu (faza I) i w momencie przejścia tłoka do GMP większość paliwa ulega spaleniu. Prowadzi to do ciężkiej pracy silnika wysokoprężnego, a także do zwiększonego zużycia części CPG i wału korbowego.
Spadek UOPT powoduje, że główna część paliwa dostaje się do cylindra, gdy tłok mija GMP i spala się w większej objętości komory spalania. Zmniejsza to moc cylindra silnika.
Po procesie rozprężania, w celu obniżenia kosztów wyrzucania spalin przez tłok, zawór wydechowy jest otwierany z wyprzedzeniem do momentu dojścia tłoka do BDC o kąt równy 18-45° pcv, który nazywany jest zaworem wydechowym kąt wyprzedzenia otwarcia. Kropka (). W celu lepszego oczyszczenia cylindrów z produktów spalania zawór wydechowy zamyka się po przejściu tłoka GMP do kąta opóźnienia równego 12-20 ° c.c.v., odpowiadającego punktowi () na wykresie kołowym.
Jednak z wykresu widać, że zawory ssący i wydechowy są przez pewien czas jednocześnie w pozycji otwartej. To otwarcie zaworów nazywamy kątem nakładania się faz zaworów, który wynosi łącznie 25-55 ° c.c.v.
Budowa wykresów wskaźnikowych
Diagramy wskaźników są zbudowane we współrzędnych p-V.
Konstrukcja wykresu indykatorowego silnika spalinowego opiera się na obliczeniach termicznych.
Na początku budowy na osi odciętej wykreślony jest odcinek AB, odpowiadający objętości roboczej cylindra, o wielkości równej skokowi tłoka na podziałce, który w zależności od skoku tłoka projektowanego silnika, można przyjąć jako 1:1, 1,5:1 lub 2:1.
Segment OA, odpowiadający objętości komory spalania,
określa się ze stosunku:
Segment z "z dla silników Diesla (rys. 3.4) wyznacza równanie
Z,Z=OA(p-1)=8(1,66-1)=5,28mm, (3,11)
ciśnienia = 0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,07; 0,10 MPa w mm, aby
uzyskaj wysokość wykresu równą 1,2 ... 1,7 jego podstawy.
Następnie zgodnie z danymi obliczeń cieplnych na schemacie układa się je w
wybrana skala wartości ciśnienia w punktach charakterystycznych a, c, z", z,
b, r. punkt z dla silnik benzynowy odpowiada pzT.
Schemat wskaźnika czterosuwowego silnika wysokoprężnego
Zgodnie z najpowszechniejszą metodą graficzną Brouwera, politropy kompresji i ekspansji są konstruowane w następujący sposób.
Narysuj promień od początku ok pod dowolnym kątem do osi odciętej (zaleca się przyjmowanie = 15 ... 20 °). Co więcej, od początku promienie OD i OE są rysowane pod pewnymi kątami i do osi y. Kąty te są określone z relacji
0,46 = 25°, (3,13)
Politrop kompresji jest budowany przy użyciu promieni OK i OD. Od punktu C rysowana jest linia pozioma, aż przetnie się z osią y; od punktu przecięcia - linia pod kątem 45 ° do pionu do przecięcia z wiązką OD, a od tego punktu - druga linia pozioma równoległa do osi odciętej.
Następnie rysowana jest pionowa linia od punktu C, aż przetnie się z wiązką OK. Z tego punktu przecięcia pod kątem 45° do pionu rysujemy linię, aż przetnie się ona z osią odciętych, a od tego miejsca druga pionowa linia równoległa do osi y, aż przetnie się z drugą linia pozioma. Punktem przecięcia tych linii będzie punkt pośredni 1 politropy ściskanej. Podobnie znajduje się punkt 2, przyjmując punkt 1 jako początek budowy.
Politrop rozprężny budowany jest za pomocą promieni OK i OE, począwszy od punktu Z”, podobnie do konstrukcji politropu ściskanego.
Kryterium poprawnej konstrukcji politropy rozciągliwej jest jej dotarcie do wykreślonego wcześniej punktu b.
Należy pamiętać, że budowę krzywej politropowej rozszerzalności należy rozpocząć od punktu z, a nie z ..
Po zbudowaniu politropów skurczowych i rozprężnych wytwarzają:
zaokrąglenie wykresu wskaźnika z uwzględnieniem wstępnego otwarcia zaworu wydechowego, czasu zapłonu i szybkości wzrostu ciśnienia, a także zastosowanie przewodów dolotowych i wydechowych. W tym celu pod osią odciętej na długości skoku tłoka S jak na średnicy rysuje się półokrąg o promieniu R=S/2. Z geometrycznego środka Оґ w kierunku n.m.t. segment jest przełożony
gdzie L- długość korbowodu dobierana jest z tabeli. 7 lub prototyp.
Promień O 1.OD 1 odbywa się pod kątem Q o = 30° odpowiadający kątowi
czas zapłonu ( Qo= 20…30° do w.m.t.), a punkt OD 1 zburzony dnia
politrop skurczowy, uzyskując punkt c1.
Aby zbudować linie do czyszczenia i napełniania butli, kładzie się belkę O 1?W 1 pod kątem g=66°. Ten kąt odpowiada kątowi wstępnego otwarcia zaworu wydechowego lub otworów wydechowych. Następnie rysowana jest linia pionowa, aż przetnie się z politropem rozszerzającym (punkt b 1?).
Z punktu b 1. narysuj linię, która definiuje prawo zmiany
ciśnienie w sekcji wykresu wskaźników (linia b 1.s). Linia Jak,
charakteryzujący kontynuację czyszczenia i napełniania butli, może
być trzymanym prosto. Należy zauważyć, że punkty s. b 1. możesz również
znaleźć według wartości utraconej części skoku tłoka tak.
Jak=tak.S. (3.16)
Schemat wskaźników silniki dwusuwowe podobnie jak silniki z doładowaniem, zawsze leży powyżej linii ciśnienia atmosferycznego.
Na wykresie wskaźnika silnika doładowanego linia dolotowa może znajdować się wyżej niż linia wydechowa.