Сущность и параметры рабочего процесса поршневого двигателя внутреннего сгорания

Рис. 5. Схема моторного стенда с электротормозом:

1, 2 – масляный и водяной радиаторы; 3 – вентилятор; 4 – двигатель; 5 – щиток приборов; 6 – стробоскоп; 7 – расходомер воздуха; 8 – весы; 9 – стойка; 10 – статор (корпус) электротормоза; 11 – ротор; 12 – циферблат измерителя крутящего момента; 13 – тя

га; 14 – эксцентриковый вал; 15 – стойка весового механизма; 16 – верхний валик; 17 – малая шестерня; 18 – стрелка; 19 – сектор большой шестерни; 20 – маятник; 21 – груз; 22 – отборник отработавших газов; 23 – термопара

Рис. 6. Схемы моторного стенда и характеристик нагрузочных тормозов:

а, б – с гидравлическим тормозом; в – с электротормозом; г, д – варианты характеристик тормозов; 1 – расходомер воды; 2 – двигатель; 3 – смеситель; 4 – расходомер топлива; 5 – датчик температуры воды; 6 – термопара; 7 – щиток приборов; 8 – весы; 9 – дроссельный расходомер воздуха; 10 – стробоскоп; 11, 12 – тахометры; 13 – гидротормоз; 14 – динамометр; 15, 16 – статор и ротор электротормоза; 17 – зонд газоанализатора; NТ – мощность, поглощаемая тормозом; Nе – эффективная мощность двигателя; a1, b1, cl, d1, a2, b2, d2 – характерные точки зависимостей NТ =f(п)

Значение ge min снимается с внешней скоростной характеристики двигателя как минимальная величина зависимости ge=f(n), ge= gemin.

Аналитически ge находится по формуле:

ge=

где – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг; – эффективный к.п.д. двигателя.

При ηе= ηеmax, ge= gemin. Для современных автомобильных двигателей gemin»185¸350 г/(кВт·ч).

Экспериментальное определение параметров двигателя производится в стандартных условиях на моторном стенде, типичные схемы которого показаны на рис. 5 и 6.

5. Идеальный цикл ДВС

Рассмотрим схему смешанного идеального (термодинамического) цикла как упрощенную модель действительных циклов многих типов поршневых двигателей без наддува (рис. 7).

Рис. 7. Смешанный идеальный цикл

Координаты: V – надпоршневой объем, р=f(V) – давление в цилиндре. Отметки: ВМТ и НМТ – верхняя и нижняя мертвые точки. Характерные процессы и параметры (стрелками показаны направления процессов): ас – адиабатическое сжатие рабочего тела (например, воздуха) в цилиндре двигателя; сz¢ – подведение теплоты Q1-1 от условного источника к рабочему телу при V=cоnst (по изохоре); z´z – продолжение подведения теплоты Q1-2 при p=cоnst (по изобаре) и начало расширения рабочего тела; zb – адиабатическое расширение; ba – отведение теплоты Q2 холодному источнику при V=cоnst (по изохоре).

Как видно из схемы данного цикла, общее количество теплоты Q1= Q1-1+ Q1-2 подводится к рабочему телу по смешанному закону: первая часть Q1-1 при V=cоnst, вторая Q1-2 при p=cоnst; поэтому данный цикл обычно называется смешанным.

Характерным точкам: а (начало цикла, начало сжатия), с (конец сжатия), z¢, z, b – соответствуют параметры, в частности температуры и давления: Ta, pa; Tc, рс; Tz¢, рz¢=рz; Tz, рz; Tb, pb.

Общепринятые параметры цикла:

– показатель адиабатического сжатия и расширения (ср, cv –теплоемкости рабочего тела при p= cоnst и V=cоnst);

– степень повышения давления;

– степень предварительного расширения;

– степень последующего расширения; e=r×d.

Работа цикла Lt=Q1-Q2.

К.п.д. смешанного идеального цикла

(1)

Величина ht характеризует совершенство (полноту) использования теплоты Q1 при частичном превращении ее в работу.

Среднее давление цикла

(2)

Это давление (удельная работа цикла) косвенно характеризует тепловую нагрузку единицы рабочего объема (л, см3) – форсирование двигателя по нагрузке. Геометрический смысл величины pt (рис. 7) – высота прямоугольника, равновеликого площадке Lt, в р-V-координатах.

Если r=1, смешанный цикл преобразуется в цикл с подведением теплоты Q1= Q1-1 при V=cоnst – цикл Отто. При этом: Q1-2=0, d=e,

, (3)

. (4)

автомобильный двигатель поршневой

Количественные зависимости (1)–(4) позволяют ответить на ряд практических вопросов, в частности, оценить приближенно относительное улучшение параметров ht и рt при увеличении e и повышение рt при возрастании рa (например, за счет наддува двигателя воздухом).

Зависимость ht=f(e) цикла Отто при прочих неизменных условиях (Q1 =cоnst, к= cоnst, Vh= cоnst) можно проиллюстрировать схематично (рис. 8).

Рис. 8. Идеальный цикл с подведением теплоты Q1 при V= cоnst

Величине соответствует работа Lt, где Vа – максимальный надпоршневой объем цилиндра при положении поршня в НМТ. При увеличении e до и Q1=const появляется приращение работы DLt. Следовательно, .

Для известных значений e1 и e2 по формуле (3) можно подсчитать отношение ht2/ht1, которое приближенно равно соответствующему отношению эффективных к.п.д. двигателя:

(5)

Равенство (5) позволяет количественно оценить изменение топливной экономичности двигателя в эксплуатационных условиях при изменении величины e, например, при переходе на иной вид топлива (допустим, с бензина А-76 на марку АИ-95).

6. Индикаторные диаграммы и параметры

Совершенство протекания рабочего процесса и степень форсирования двигателя оценивают по его индикаторным (внутрицилиндровым) параметрам, получаемым обычно путем обработки индикаторных диаграмм. Экспериментально такие диаграммы снимаются с помощью приборов-индикаторов (отсюда название – индикаторные диаграммы). Данные диаграммы представляют зависимости надпоршневого давления р от надпоршневого объема V, p=f(V) или от угла поворота коленчатого вала p=f(j). При необходимости один вид индикаторной диаграммы можно перестроить в другой, используя известную зависимость V= f(j).

 Скачать реферат