Среднее индикаторное давление

 

Среднее индикаторное давление p_i - такое условное постоянное давление, которое, действуя на поршень в течение хода расширения, совершает работу, равную индикаторной работе двигателя L_i,

                                                            (1)

Для определения р_i при проектировании последовательно строят процессы газообмена (впуска и выпуска), сжатия, сгорания и расширения по параметрам состояния рабочего тела конечных точек и получают теоретическую диаграмму (рис. 5).

 

Рис. 5 Теоретическая индикаторная диаграммы: а-дизельного

двигателя; б-карбюраторного или газового двигателей

 

Затем находят среднее давление p_m соответствующее этому условному процессу, а после внесения поправок получают среднее индикаторное давление р_i действительного процесса поршневого двигателя. В теоретической диаграмме рабочего процесса поршневого двигателя внутреннего сгорания линия сжатия подчиняется политропному закону с постоянным средним показателем n₁; предполагается, что процесс сгорания идет при

V=idem и р=idem у дизелей и V=idem у карбюраторных и газовых двигателей. Линия расширения подчиняется политропному закону с постоянным средним показателем п₂. Затраты работы на газообмен (насосные потери) относятся к механическим потерям.

Среднее давление теоретической диаграммы рабочего процесса в соответствии с его определением рассчитывается по предыдущему уравнению

                                            (2)

Работа кругового процесса (теоретическая диаграмма) дизельного двигателя L_m определяется как алгебраическая сумма работ предварительного расширения (f - z), политропного расширения (z - r) и сжатия (а - с)

                                      (3)

где: τ _zr — характеристика расширения; τ _ac — характеристика сжатия

 

                                  

V_H — рабочий объем цилиндра

Преобразуя исходное выражение для р_m путем замены L_m и V_H, в соответствии с уравнениями, получим следующее уравнение:

 

                                          (4. )

или

                                              (4а)

 

где р_z и р_a — граничные давления рабочего процесса; р_z — максимальное давление сгорания; р_a — начальное давление сжатия; ε — степень сжатия; ε =V_a/V_c.

Для карбюраторных и газовых двигателей среднее давление теоретической диаграммы получится из уравнения, если принять ρ =1

                                          ( 5. )

 

Действительные индикаторные диаграммы отличаются от теоретических тем, что процесс сгорания отклоняется от линий V=idem и p=idem начинается с некоторым опережением и протекает во времени; выпускной клапан (в четырехтактных двигателях и двухтактных с прямоточной продувкой) или окна (в двухтактных двигателях) открываются с опережением, вследствие чего начальный процесс выпуска не соответствует линии V=idem; процессы сжатия и расширения отклоняются от политроп со средними показателями n₁ и n₂. Перечисленныеотклонения действительных диаграмм от теоретических, приводят к тому, что площадь действительной диаграммы получается меньше и соответственно несколько меньше будет среднее индикаторное давление р_i. В термодинамическом расчете рабочего процесса указанные отклонения не могут быть определены, поэтому они учитываются на основе опытных данных путем введения коэффициента полноты индикаторной диаграммы φ:

для четырехтактных двигателей

             

для двухтактных двигателей

             

где φ — коэффициент полноты индикаторной диаграммы

             

ψ — относительная высота окон в двухтактных двигателях.

 

Значения среднего индикаторного давления (в МПа) при номинальной нагрузке для основных типов двигателей

Четырехтактные дизели без наддува 0, 6-1, 0

Четырехтактные дизели с наддувом 0, 8-2, 5

Двухтактные дизели 0, 6-0, 9

Четырехтактные карбюраторные двигатели 0, 7-1, 2

Четырехтактные газовые двигатели 0, 6-1, 9

 

При эксплуатации средне индикаторное давление (р_i ) определяется по формуле

Для этой цели с помощью индикатора получают действительную индикаторную диаграмму (рис. 6), затем определяют площадь ( ).

Рис. 6. Действительная индикаторная диаграмма ДВС

Далее площадь ( F)делят на основание диаграммы ( ) и с учетом масштаба т (МПа/мм)  полученный результат представляет собой среднее индикаторное давление.

Индикаторная и эффективная мощность поршневых двигателей внутреннего сгорания; экономичность рабочего процесса

 

Работа газов в единицу времени в цилиндре двигателя называется индикаторной мощностью N_i. Индикаторная работа за цикл в одном цилиндре определяется по уравнению

                                                         (7)

Индикаторная мощность (в кВт) ДВС с учетом тактности (2/i, i - число тактов), частоты вращения коленчатого вала (n, об/мин) и числа цилиндров (z) определяется по формуле

                                                          ( 8)

Эффективная мощность на валу двигателя N_e будет меньше индикаторной на величину мощности механических потерь N_м

                                                                              (9)

Мощность механических потерь состоит из мощностей, затрачиваемых на трение (N_тр), насосные потери (N_нас), привод вспомогательных механизмов (N_всп) и привод продувочного и наддувочного агрегатов (N_пр)

 

                                             (10)

 

Наибольшими потерями из всех слагаемых являются потери на трение поршня о стенки цилиндра и в подшипниках; эти потери составляют до 75% всех механических потерь.

Аналогично соотношению между мощностями можно написать и соотношение между средними давлениями (рис. 6)

                                                                          (11)

где р_е - среднее эффективное давление; р_м- среднее давление механических потерь.

Установлено, что р_м зависит от типа двигателя, средней скорости поршня (С_m), отношения хода поршня к диаметру цилиндра (S/D), числа и размера цилиндров, нагрузки и от других факторов.

Принято в практических расчетах р_м определять по эмпирическим зависимостям вида

                                    (12)

По аналогии с р_i среднее эффективное давление представляет собой некоторое условное постоянное давление на поршень, которое, действуя на поршень в течение хода расширения, совершает работу, равную эффективной работе на валу двигателя. Таким образом выражение эффективной мощности двигателя можно записать аналогично уравнению индикаторной мощности

                                           (13)

Механические потери также могут быть учтены механическим к. п. д., который представляет собой отношение эффективной мощности к индикаторной

                                             (14)

Учитывая, что и , последнее уравнение можно переписать

                        (15)

Значение механического к. п. д. для различных двигателей при номинальной нагрузке изменяется от 0, 7 до 0, 9.

Показатели экономичности в индикаторном и эффективном процессах могут быть определены из уравнений теплового баланса двигателя:

в индикаторном процессе

BQ_нрῃ _i = N_i;

в эффективном процессе

               BQ_нрῃ _е = N_е;

 

где В - расход топлива, кг/с; - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг; , — индикаторный и эффективный к. п. д.

Левая часть уравнений теплового баланса представляет собой количество полезно использованной теплоты, правая часть тех же уравнений тепловой эквивалент секундной. работы двигателя.

Используя понятие удельного расхода топлива в индикаторном g_i и в эффективном g_e, процессах как отношение расхода топлива В и индикаторной N_i или эффективной N_e мощности соответственно (g_i=B/N_i, g_e=В/N_e, ), можно написать расчетные формулы для определения g_i и g_e

                         ; .

Индикаторный и эффективный к. п. д. двигателя определяют из уравнений

где 𝜌 ₀ - плотность воздуха при давлении и температуре во всасывающем коллекторе; α L₀ — действительный расход воздуха; η _v -коэффициент наполнения,

⇐ Предыдущая40414243444546474849Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: