0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое индикаторная диаграмма поршневого двигателя

Индикаторная диаграмма поршневого ДВС

Процессы действительного цикла изучаются и анализируются с помощью индикаторной диаграммы. Индикаторная диаграмма определяется экспериментально на стенде и показывает изменение давления газа в цилиндре работающего двигателя.

Действительные циклы четырехтактных бензиновых (рис. 12.2 а) и дизельных (рис. 12.2, б) двигателей включают чередующие и частично перекрывающие друг друга следующие процесс впуск (rа), сжатие (ас’), сгорание (с’z), расширение (zb’) и выпуск (b’r).

Процесс впуска начинается до прихода поршня в ВМТ, 1 перед точкой r, и заканчивается в точке М. Начавшийся процесс сжатия заканчивается в точке с’ в момент воспламенения горючей смеси. Затем происходит процесс сгорания рабочей смеси, который заканчивается в точке z, и процесс расширения, оканчивающийся в точке b’ в момент открытия выпускного клапана. Процесс выпуска отработавших газов заканчивается после ВМТ – за точкой r.

Механическая работа, которую совершают газы в цилиндре двигателя за один цикл, определяют как разность площадей F1 и F2.

Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы.

Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Весь кривошипно-шатунный механизм можно делят на две группы:

1: группу неподвижных деталей:

– поддон картера двигателя;

– головку блока цилиндров;

– крышку распределительных зубчатых колес.

2: подвижные детали:

– коленчатый вал с подшипниками (вкладышами);

– шатуны с подшипниками (вкладыши для нижних головок и втулки для верхних головок);

Блок цилиндров является базовой деталью двигателей. На нем крепят и устанавливают все основные детали, а также механизмы и приборы различных систем двигателя. Блоки цилиндров двига­телей составляют одно целое с верхним картером.

Материалы.Блоки цилиндров могут изготавливаться из леги­рованных серых чугунов (двигатели автомобилей ЗИЛ-433100, КамАЗ-5320 и всех модификаций, ВАЗ-2110,-21102, -21103, -2111,-2112, «Ока» ВАЗ-1111,-11113 и др.) или из алюминиевого сплава (двигатели автомобилей ИЖ-2126, ГАЗ-3307, «Волга» ГАЗ-3102 и ее модификации, «ГАЗель» ГАЗ-2705, ГАЗ-3302, -33021, -33023, -33027, -330273, -27057 и другие модификации этих авто­мобилей). Для обеспечения сохранности геометрических форм и предотвращения коробления блоки цилиндров после отливки под­вергают искусственному старению.

Рис. 3.1. Детали кривошипно-шатунного механизма:

а -V-образного карбюраторного двигателя; б — V-образного дизеля; в — соеди­нение головки цилиндра, гильзы, головки и блока цилиндров дизеля КамАЗ-740: 1 — крышка блока распределительных зубчатых колес; 2 — прокладка головки блока цилиндров; 3 — камера сгорания; 4 — головка блока цилиндров; 5 — гильза цилиндра; 6, 19 — уплотнительные кольца; 7 — блок цилиндров; 8 — резиновая прокладка; 9 — головка цилиндра; 10 — прокладка крышки; 11 — крышка голов­ки цилиндра; 12, 13 — болты крепления крышки и головки цилиндра; 14 — пат­рубок выпускного коллектора; 15 — болт-стяжка; 16 — крышка коренного под­шипника; 17 — болт крепления крышки коренного подшипника; 18 — стальное опорное кольцо; 20 — стальная прокладка головки цилиндра

Блоки цилиндров, отлитые из чугуна, могут изготавливаться вместе с цилиндрами (двигатели автомобилей «Жигули» всех модификаций, «Ока» всех модификаций) или иметь вставные гильзы цилиндров (КамАЗ-5320 и все модификации, ЗИЛ-433100 и др.).

Конструкция(рис. 3.2). Блоки цилиндров, отлитые из алюминиевого сплава, имеют вставные гильзы цилиндров (двигатели ав­томобилей «ГАЗель» всех модификаций, ГАЗ-3307, ИЖ-2126 и др.). Гильзы цилиндров могут быть мокрыми и сухими. Гильза называется мокрой, если она непосредственно омывается охлаждающей жидкостью. Сухие гильзы контакта с охлаждающей жидкостью не имеют. Гильзы отливают из специального чугуна с дальнейшей закалкой ТВЧ шлифовкой и полировкой.

3.5. Коленчатые валы

Коленчатый вал в двигателе преобразует прямолинейное воз­вратно-поступательное движение поршня во вращательное движе­ние вала.

Материалы.Коленчатые валы изготавливают из высокопроч­ного чугуна (двигатели семейства «ГАЗель», «Волга» ГАЗ-31029, ВАЗ-211О, -2111, -2112, -1111, -11113) или высокоуглеродистой стали (двигатели ЯМЗ-740, -741, ЗИЛ-433100, -5301, ИЖ-2126 и др.). Чугунные коленчатые валы изготавливают литьем, стальные — ковкой.

Чугун дешевле стали, но он хрупкий, и изготовленные из него детали более массивны. Стоимость чугунного коленчатого вала, изготовленного отливкой в форму, ниже стоимости кованого из стали. Однако по причине большего расхода металла изготавли­вать коленчатые валы из чугуна для двигателей повышенной мощ­ности нельзя. С такими валами тяжело работать при ремонте и обслуживании двигателей.

Конструкция.Основными частями коленчатого вала (рис. 3.5) являются коренные 20 и шатунные 18 шейки, которые соединяют­ся щеками 34 и сопрягаются с ними переходными галтелями. По количеству коренных и шатунных шеек коленчатые валы подраз­деляются на полноопорные и неполноопорные. Полноопорными на­зываются коленчатые валы, у которых каждая шатунная шейка имеет с обеих сторон коренные шейки. Неполноопорный — это вал, у которого хотя бы одна шатунная шейка не имеет с обеих сторон коренных шеек.

У рядных двигателей количество шатунных шеек соответствует количеству цилиндров. У двигателей с У-образным расположением цилиндров количество шатунных шеек в два раза меньше, чем ци­линдров, так как у них на каждую шатунную шейку устанавливает­ся по два шатуна — один из правого, другой из левого рядов.

Читать еще:  Двигатели гринфилд аналог чего

Маховик – служит для накопления энергии во время рабочего хода и облегчения выхода поршней из мертвых точек.

Маховик отливают из серого чугуна.

Поршень предназначен для восприятия силы взрыва газов при рабочем ходе и для производства вспомогательных тактов – впуска, сжатия и выпуска отработавших газов.

Материал: алюминиевые сплавы (АК-4; АЛ-4; АЛ-25; АЛ-30)

Основная часть: днище поршня и юбка.

Поршни имеют овальность (0,18…0,80 мм) и конусность.

Поршневые кольца делятся на – компрессионные (2…3 шт) (серый чугун)

Стык замков (0,2…0,8 мм) называется замком служит для компенсации температурных расширений. При установке замки располагают под углом 180°.

Основными частями являются: стержень, верхняя и нижняя головка и крышка.

Шатуны изготавливают из высококачественной углеродистой или легированной стали. Втулки из оловянистой бронзы.

У карбюраторных двигателей камеры сгорания выполняются, как правило, в головке блока, дизелей — в головке поршня. У некоторых карбюраторных двигателей в днищах поршней выполняются углубления для увеличения объема камер сгорания (двигатель ЗМЗ-4061).

Наибольшее распространение в карбюраторных двигателях получили камеры сгорания полусферические (рис. 3.4, схема //) клиновые (схема ///). При нижнем расположении клапанов камеры сгорания имеют Г-образную форму (схема IV).

На дизелях применяются неразделенные камеры сгорания (схе мы V и VI) и разделенные (схемы VII и VIII).

Впрыск и воспламенение топлива происходит в предкамере или вихрекамере, из которых в виде горящего факела оно подаётся в основную камеру сгорания. Обеспечивается более полное сгорание топлива, но усложняется конструкция головки.

Индикаторная диаграмма

Затем топливную систему промывают испытуемым топливом и снимают внешние характеристики и индикаторные диаграммы рабочего процесса при работе двигателя на опытном топливе. Для проведения испытаний требуется не менее 16 кг опытного образца топлива.

После испытания опытного топлива двигатель прокручивают без подачи топлива электрической балансирной машиной, измеряют мощность трения на всех режимах внешней характеристики и снимают индикаторные диаграммы. На каждом режиме внешней характеристики двигатель должен проработать не менее 10 мин.

Рис. 17. Свернутая и развернутая индикаторные диаграммы :

Рис. 19. Индикаторные диаграммы карбюраторного двигателя при различном числе оборотов:

Рис. 21. Типичные индикаторные диаграммы

Рис. 23. Индикаторные диаграммы ряда последовательных циклов двигателя с резко выраженным преждевременным воспламенением от накаленной поверхности.

Рис. 24. Совмещенные индикаторные диаграммы двигателя с искровым зажиганием:

на 1° при нормальном сгорании. Индикаторные диаграммы приобретают характер острых пиков , при этом резко возрастают максимальные давления в камере сгорания. Наиболее часто встречается нарушение такого рода, названное «грохотом». Оно возникает обычно при переходе двигателя к режимам полного открытия дроссельной заслонки после длительной работы на малых нагрузках.

Фиг. 9. Индикаторные диаграммы.

процесс в двигателе очень велико. Момент впрыска топлива с цилиндр должен быть согласован с положением поршня в тот или иной период цикла и с физико-химическими свойствами применяемого топлива. На фиг. 20 представлены индикаторные диаграммы для нормального, слишком раннего и слишком позднего опережения впрыска топлива в цилиндр.

Качество горения топлив оценивалось на одноцилиндровой лабораторной установке, где были сняты индикаторные диаграммы для стандартного топлива, топлива каталитического крекинга из нефти алканового основания , топлива каталитического крекинга из нефти цикланово-ароматического основания и смеси топлива стандартного и топлива № 3 в соотношении 1:1.

Рис. 3.20. Индикаторная диаграмма двигателя с воспламенением от искры:

РИС. 41. Развернутая индикаторная диаграмма рабочего процесса дизеля.

Индикаторная диаграмма и индикаторная мощность. Если представить картину изменения давления в рабочей камере насоса в зависимости от перемещения поршня, то получим так называемую индикаторную диаграмму поршневого насоса . Практически такую диаграмму получают при помощи прибора — индикатора. Теоретическая идеальная диаграмма получается следующим образом . При ходе всасывания давление в рабочей камере мгновенно достигает величины рп и затем остается постоянным до точки Ь. Линией ab представлен процесс всасывания. В точке b поршень меняет направление движения, и давление мгновенно увеличивается по вертикальной прямой be

Действительная индикаторная диаграмма отличается от теоретической тем, что линии Ь’с’ и d’a’ отклоняются от

Таким образом, в отличие от теоретической индикаторной диаграммы поршневого насоса теоретическая индикаторная диаграмма компрессора характеризуется всегда криволинейным участком be, отвечающим процессу сжатия газа.

Фактическая индикаторная диаграмма отличается от теоретической тем, что процесс всасывания, вследствие наличия вредного пространства между поршнем и цилиндром, может начаться лишь после того, как оставшийся под давлением р2 в цилиндре газ расширится и его давление достигнет pt. Этот процесс характеризуется кривой d’a’, а работа, затрачиваемая на сжатие газа, — площадью a’b’c’ d’. Обозначим е = :

Действительная индикаторная диаграмма отличается от теоретической , что обусловлено наличием вредного пространства, сопротивлением всасывающего и нагнетательного клапанов, условиями теплообмена цилиндра и поршня и т. п.

Читать еще:  Что такое одеяло для двигателя

энергия 165 Измельчение 16 Изобары 239 Изоляция 170, 173 Изотермические процессы 106 Изотермы 250, 251, 316 Индекс противоточности 155 Индикаторная диаграмма97 ел., 108 ел.

Четырехтактный двигатель

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: 1 — 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.

Читать еще:  Давление масла в дизельном двигателе значение

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.

Что такое индикаторная диаграмма поршневого двигателя

Индикаторная диаграмма – график зависимости давление / объем в цилиндре работающего двигателя. Он представляет собой непрерывную линию, показывающую все изменения давления в течение одного полного машинного цикла. Индикаторная диаграмма помогает в понимании процессов, происходящих внутри двигателя. Многие современные двигатели комплектуются сложными пневмоэлектрическими, электрическими или компьютерными устройствами для измерения и записи давлений в цилиндрах как функции изменения объема или перемещения поршня в виде осциллограмм или компьютерных распечаток. На некоторых малооборотных двигателях можно получить индикаторные диаграммы каждого цилиндра, используя стандартный машинный индикатор.

Машинный индикатор
Основной узел индикатора – нагруженный пружинный поршень, который создает сжатие пружины пропорционально давлению в цилиндре. Поршень перемещает перо, присоединенное к концу рычага механизма параллельного перемещения. Индикаторная бумага с чувствительной поверхностью обернута вокруг барабана индикатора. Индикаторный штуцер выбранного цилиндра сначала продувается, чтобы очистить его от нагара, и затем к нему крепится индикатор. Шнур от барабана индикатора присоединяется через специальный индикаторный привод к какой-либо детали механизма главного движения двигателя, например, поперечине или ползуну крейцкопфа.

Соответствующие перемещению поршня изменения объема цилиндра регистрируются по горизонтальной оси в масштабе, зависящем от угла вращения барабана. Поворачивая индикаторный кран в положение вентиляции, получаем горизонтальную линию, представляющую атмосферное давление. Эта линия должна быть проведена на диаграмме для отсчета избыточного давления в цилиндре. Затем индикаторный кран открывают, и перо индикатора чертит на бумаге диаграмму для одного цикла двигателя. Давление записывается по вертикальной оси в масштабе, определяемом жесткостью пружины индикатора.

Могут быть получены четыре типа индикаторных диаграмм. Диаграмма для определения мощности снята с барабаном индикатора, вращающимся синфазно с движением поршня (см. рис. ниже).

Площадь этой диаграммы, в определенном масштабе, представляет работу, выполненную в течение цикла. Такая диаграмма используется для расчета индикаторной мощности и среднего индикаторного давления в цилиндре. Отклонения конфигурации диаграммы от идеальной свидетельствуют о нарушениях в протекании рабочих процессов. Максимальное или пиковое давление в цилиндре измеряется между атмосферной линией и наивысшей точкой диаграммы.

Диаграмма сжатия снимается как обычно с отключенной подачей топлива на цилиндр. Высота этой диаграммы показывает максимальное давление сжатия. Если кривые сжатия и расширения совпадают, это свидетельствует о правильной синхронизации механизма индикаторного привода с двигателем. Уменьшение высоты диаграммы сжатия обнаруживает ухудшение компрессии в цилиндре, которое может быть следствием износа цилиндровой втулки, неисправности поршневых колец, уменьшения подачи продувочного воздуха или неплотности выпускного клапана. Каждая из этих причин может повлечь за собой ухудшение условий процесса горения топлива.

Развернутая диаграмма снимается со смещением фазы вращения индикаторного барабана на 90 град. по отношению к движению поршня. Это позволяет более ясно представить изменение давления в процессе сгорания топлива. На основе анализа формы этой диаграммы проводится диагностика систем газораспределения и топливоподачи.

Диаграмма выпуска-впуска снимается на индикаторе со слабой пружиной. Это позволяет показать процессы выпуска-продувки в увеличенном масштабе, и таким образом выявить нарушение рабочих параметров этих процессов.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector