6 эффективные показатели работы двигателя

Внешняя скоростная характеристика (ВСХ)

Внешняя скоростная характеристика двигателя показывает зависимость мощности, расхода топлива и крутящего момента от числа оборотов коленвала. Все эти параметры показываются графически в виде кривых.

На рисунке можно видеть кривые с обозначениями Pe – мощность двигателя, Mе – крутящий момент, ge – удельный расход топлива. Как видно, с ростом числа оборотов и мощности увеличивается расход топлива. Крутящий момент растет до определенного уровня, а затем идет на спад. В точке, где наиболее эффективный крутящий момент и мощность двигателя, будет самый оптимальный показатель расхода топлива.

Производители моторов борются за то, чтобы максимальный крутящий момент двигатель развивал в как можно более широком диапазоне оборотов («полка крутящего момента была шире»), а максимальная мощность достигалась при оборотах, максимально приближенных к этой полке. Такой двигатель и из болота вытянет, и в городе позволяет быстро ускоряться.

Внешняя скоростная характеристика дает оценку динамическим характеристикам автомобиля, определяет КПД и топливный расход при разных параметрах.

Кафедра «Тепловозы и тепловые двигатели»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине:

« Локомотивные
энергетические установки»

Выполнил:
Проверил:

студент группы
МТ-41 преподаватель

2002

Введение ………………………………………………………………………….

Исходные данные ………………………………………………………………..

1
Определение основных показателей работы двигателя ……………………

2
Определение расхода топлива, воздуха и отработанных газов …………….

3
Определение основных параметров рабочего процесса двигателя …………

4
Расчет среднего индикаторного давления ……………………………………

5
Определение мощности агрегатов наддува …………………………………..

6
Построение индикаторной диаграммы ……………………………………….

7
Определение сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме двигателя ……………………………………………………………

8
Выполнение чертежа узла двигателя ………………………………………….

Список
использованной литературы …………………………………………….

Рекомендуемые файлы

Техническое задание
Инженерия требований и спецификация программного обеспечения
FREE

Маран Программная инженерия
Программаня инженерия
FREE

Антидемидович
Математический анализ
FREE

Китайский антидемидович
Математический анализ

2. По данным теплового расчёта на диаграмме на оси ординат откладываем в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках: а, с, b, z, z, l, r.

3. Проводим прямые через точки Р_r, P_a, P_z, параллельно осям. Причём отрезок zz для дизелей, работающих по циклу со смешанным подводом теплоты.

ρ – степень предварительного расширения.

а)

б)

в)

а – дизельный двигатель без наддува

б – карбюраторный двигатель

в — дизельный двигатель с наддувом

4. Соединяем точки а и с z и b по политропам сжатия (ас) и расширения (zb). Построение политроп сжатия и расширения можно производить аналитическим или графическим методами.

4.1.1 Аналитический метод построения политроп сжатия и расширения

При аналитическом методе построения политроп сжатия и расширения вычисляются ряд точек для промежуточных относительных объёмов (или хода поршня), расположенных между Vc (c) и Va (a) и между Vz и Vb (zb) по уравнению политропы:

— для политропы сжатия:

;

Отношение имеется в пределах (ε…1)

— Для политропы расширения:

Отношение изменяется в интервале:

— для карбюраторных двигателей – (1…ε) – сжатие, расширение

— для дизелей – (1…δ) расширение

(1…ε) сжатие

При аналитическом методе построения диаграммы определение ординат точек политроп сжатия и расширения удобно производить табличным методом.

1	к. д.	2	3	…
ε	ε/ρ	ε/2	ε/3	…	1(ε/ ε)
Точка «с»	…	…	…	…	Точка «а»
__	__	__	__	…	Точка «b»

Соединяя расчётные точки между точками «а» и «с» — получим политропу сжатия, а между точками «z» и «b» — политропу расширения.

Процессы выпуска и впуска принимаются протекающими при P=const и V=const (прямые bl, lr, r\r, r\a).

4.1.2 Графический способ построения политроп сжатия и расширения (Брауэра)

Порядок построения

1. Из начала координат (О) проводят луч Ос под углом α (лучше взять α=15).

2. Проводят лучи ОД и ОЕ под углами β₁и β₂

_{, .}

3. Политропу сжатия строят с помощью лучей ОС и ОД.

4. Из точки С проводят горизонталь до пересечения с осью ординат, а затем луч под углом 45 к вертикали линию до пересечения с лучом ОД, а из этой точки – вторую горизонталь.

5. Из точки С проводят вертикаль до пересечения с лучом ОС, а затем луч под углом 45 к вертикали линию до пересечения с осью абсцисс, а из этой точки вторую вертикальную линию, параллельную оси ординат.

6. Точка пересечения горизонтали и вертикали даёт промежуточную точку 1 политропы сжатия.

7. Точка 2 находится аналогичным способом, причём за начало построения принимается предыдущая точка, т. е. точка 1.

8. Политропу расширения строят с помощью лучей ОС и ОЕ, начиная от точки z, аналогично построению политропы сжатия.

На индикаторной диаграмме нужно установить место положение точек:

с — опережение зажигания (впрыска);

f – воспламенение топлива;

с\ — повышение давления в конце процесса сжатия;

z_д – максимальное действительное давление;

b — открытие выпускного клапана;

b\ — снижение давления в конце расширения;

r — начало открытия впускного клапана;

а\ — закрытие впускного клапана;

а\ — закрытие выпускного клапана.

Для этого необходимо установить связь между углом φ поворота коленчатого вала двигателя и перемещением поршня. Положение этих точек определяется углом поворота кривошипа к. в. д.

где λ – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна,

Что такое мощность двигателя

Под мощностью следует понимать физическую величину, которая показывает совершаемую двигателем работу за единицу времени. При вращательном движении мощность определяется как произведение крутящего момента на угловую скорость вращения коленчатого вала. Обычно она указывается в лошадиных силах (л.с.), но встречается измерение и в кВт.

Существует несколько единиц измерения под названием «лошадиная сила», но, как правило, имеется в виду так называемая «метрическая лошадиная сила», которая равная ≈ 0,7354 кВт. А вот в США и Великобритании лошадиные силы, касающиеся автомобилей, приравнивают к 0,7456 кВт, то есть как 75 кгс*м/с, что приблизительно равно 1,0138 метрической.

Если же конвертировать мощность 1 лошадиной силы в киловатты (в промышленности или энергетике), то она будет примерно равна 0,746 кВт. Понятие лошадиная сила не входит в международную систему измерений (СИ), поэтому измерение мощности в кВт будет более правильным.

Виды мощности

Для определения характеристик двигателя применяют такие понятия мощности как:

Индикаторной называют мощность, с которой газы давят на поршень. То есть, не учитываются никакие другие факторы, а только давление газов в момент их сгорания. Эффективная мощность, эта та сила, которая передается коленчатому валу и трансмиссии. Индикаторная будет пропорциональной литражу двигателя и среднему давлению газов на поршень.

Также есть параметр, называемый литровой мощность двигателя. Это соотношение объема двигателя к его максимальной мощности. Для бензиновых моторов литровая мощность составляет в среднем 30-45 кВт/л, а у дизельных – 10-15 кВт/л.

Как узнать мощность двигателя автомобиля

Конечно, значение можно посмотреть в документах на машину, но иногда требуется узнать мощность автомобиля, который подвергался тюнингу или давно находится в эксплуатации. В таких случаях не обойтись без динамометрического стенда. Его можно найти в специализированных организациях и на станциях техобслуживания. Колеса автомобиля помещаются между барабанами, создающими сопротивление вращению. Далее имитируется движение с разной нагрузкой. Компьютер сам определит мощность двигателя. Для более точного результата может понадобиться несколько попыток.

Основные показатели работы двигателя. Прямые и косвенные признаки, дающие возможность определить качество работы двигателя на слух и визуально.

Основные показатели работы двигателя. К ним относят мощность, экономичность и коэффициент полезного действия (КПД|Ш

Большая часть тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя, превращается в механическую. Сила давления газов, действующая на поршень, передается через шатун на кривошип, создавая вращающий момент на коленчатом валу двигателя. .

Мощность — это работа, выполненная в единицу времени. Единица измерения мощности двигателя трактора — киловатт (кВт). Различают индикаторную и эффективную мощность двигателя.

Индикаторная мощность — это мощность, развиваемая сгорающими газами внутри цилиндра работающего двигателя.

Эффективная мощность — мощность, получаемая на коленчатом валу двигателя. За счет тепловых потерь и затрат на работу эффективная мощность меньше индикаторной на 20. 30% (мощность затрачивается на преодоление сил трения в механизмах двигателя и приведение в действие вспомогательных устройств — насосов, вентилятора, генератора и др.). На повышение мощности двигателя могут влиять увеличение эффективного давления газов в цилиндре, литраж, частота вращения коленчатого вала, это следует из формулы эффективной мощности двигателя

#_в = /Л»(30т), где р_е— эффективное давление газов (для четырехтактных дизелей р_е= 0,5. 0,8 МПа); V„— литраж, л; п —частота вращения коленчатого вала, с» 1 ; т — тактность двигателя (число ходов поршня, за которые совершается рабочий цикл; для четырехтактных двигателей т = 4, для двухтактных т = 2).

Из формулы эффективной мощности двигателя видно, что при неизменных ъир_е она зависит от литража и частоты вращения коленчатого вала. С увеличением литража увеличиваются размеры двигателя. Чем выше тяговый класс трактора, тем больше литраж его двигателя, имеющего большую мощность.

Экономичность работы двигателя характеризуется удельным расходом топлива, который определяют делением часового расхода топлива на эффективную мощность двигателя. Удельный расход топлива в дизелях, применяемых на тракторах, не более 265 г/(кВтч). При изношенных, разрегулированных или недостаточно смазанных трущихся деталях мощность уменьшается и экономичность снижается.

Механический КПД двигателя — отношение эффективной мощности к индикаторной — зависит в основном от качества обработки деталей,/смазывания трущихся деталей и правильности сборки двигателя. В среднем значения механического КПД колеблются в пределах 0,7. 0,8.

Общее устройство дизелей. Все дизели, устанавливаемые на трактор, состоят из механизмов и систем, выполняющих определен-t ные функции, в частности:

кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное движение поршней во вращательное движение коленчатого вала;

механизм газораспределения управляет работой клапанов, что позволяет в определенных положениях поршня впускать воздух в цилиндры и удалять оттуда отработавшие газы;

система питания обеспечивает подачу в определенный момент воздуха и отмеренных порций топлива в распыленном состоянии в цилиндры двигателя;

смазочная система необходима для непрерывной подачи масла к трущимся деталям и отвода от них теплоты;

система охлаждения предохраняет стенки камеры сгорания и детали дизеля от перегрева и поддерживает в них нормальный тепловой режим;

система пуска нужна для проворачивания коленчатого вала с определенной частотой вращения во время пуска. Расположение основных агрегатов систем на тракторном дизеле Д-243 показано на рис. 6.

4.1 Порядок построения индикаторной диаграммы двигателей

Индикаторная диаграмма двс строится с использованием данных расчёта рабочего процесса.

Порядок построения:

Изобразим индикаторную диаграмму смешанного цикла

1. Выбор масштабов давления (μр) и объёма (μv) цилиндра. Высота диаграммы д. б. в 1,2…1,8 раза больше основания. Масштаб давлений рекомендуется брать:

μ_р=0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,08…0,10 МПа/мм;

По оси объёма (хода поршня) лучше всего откладывать не абсолютные, а относительные величины . Для этого выбираем единичный отрезок объёма камеры сгорания V_c=1. Далее в этом же масштабе откладываем относительный объём вплоть до т. к. V_c=1.

Вместе со шкалой V можно представить шкалу .

4.2 Индикаторные показатели двигателя

К индикаторным показателям двигателя относят:

— среднее индикаторное давление P_i;

— индикаторная мощность N_i;

— индикаторный удельный расход топлива q_i;

— индикаторный КПД η_i.

4.2.1 Среднее индикаторное давление

Среднее индикаторное давление – это значение условного постоянного давления в цилиндре двигателя, при котором, работа произведённая рабочим телом за один такт, равнялась бы индикаторной работе цикла.

[или, P_i – это такое условное постоянно действующее избыточное давление, при котором работа газов, произведённая за один ход поршня, равна индикаторной работе цикла.]

т. е. МНм (Мдж)

где P_i – среднее индикаторное давление, МПа

F – площадь поршня, м2

S – ход поршня, м

или , МПа.

а)

б)

Площадь нескругленной части диаграммы aczzba в определённом масштабе выражает теоретическую расчётную работу газов за цикл.

Площадь скруглённой части accz_дbb\a – действительная работа газов.

Рассмотрим определение теоретической индикаторной работы смешанного цикла дизеля, т. е. для наскруглённой расчётной диаграммы (aczzba).

Работа цикла:

Работа на участке zz при P=const.

т. к. .

Работа политропного процесса расширения, участок zb:

Умножим и разделим правую часть на V_c, и получим, что

Удельная работа политропного процесса.

Из характеристического уравнения

Работа политропного процесса сжатия:

(участок ас):

Теоретическая индикаторная работа цикла

4.2.2 Среднее теоретическое индикаторное давление цикла

Среднее теоретическое индикаторное давление цикла, или работа цикла, приходящаяся на единицу рабочего объема цилиндра для нескруглённой диаграммы.

, Дж/м3 , МПа

Подставим в формулу значение

Для смешанного цикла, с учётом , а:

.диз.

Для цикла при V=const, ρ=1 и δ=ε.

Тогда среднее теоретическое индикаторное давление:

, карб.

Среднее индикаторное давление P_i действительного цикла меньше среднего теоретического индикаторного давления на величину за счёт скругления в точках c, z, b. .

Это уменьшение P_i оценивается коэффициентом полноты диаграммы .

Значения : — карбюраторный двигатель

— дизельный двигатель

Среднее давление насосных потерь впуска и выпуска

ΔP_i= P_r— P_a, может быть положительной и отрицательной. Потери на газообмен учитываются в механических потерях двигателя.

Среднее индикаторное давление может быть определенно, планиметрированием площади диаграммы Fac(z)zba, мм2.

Теоретическое индикаторное давление нескруглённой диаграммы P_i

, МПа

где — площадь диаграммы в мм2

— масштаб давления, МПа/мм

АВ – длинна диаграммы, мм

— расширение

— сжатие

Среднее индикаторное давление процесса расширения и сжатия

Значения: P_i=0,6…1,4 МПа – карбюраторный двигатель

P_i=до 1,6 МПа карбюраторный двигатель форсированный

P_i=0,7…1,1 МПа дизельный без наддува

P_i=до 2,2 МПа дизельный с наддувом

4.2.3 Индикаторная мощность двигателя

Индикаторная мощность двигателя – работа, совершаемая газами внутри цилиндров в единицу времени:

КНм – индикаторная работа цикла

Время цикла , с время в одном цилиндре

КВт – индикаторная мощность всего двигателя

P_i – среднее индикаторное давление, МПа;

V_h – рабочий объём цилиндров двигателя, л;

n – частота вращения вала двигателя, об/мин;

I – число цилиндров двигателя;

— тактность двигателя (число ходов поршня за один цикл)

2n – число тактов в минуту в одном цилиндре,

— число одноимённых тактов (циклов) в минуту в одном цилиндре

4.2.4 Индикаторный удельный расход топлива

Эффективность использования теплоты в двигателях можно оценить по удельному расходу топлива.

Удельный индикаторный расход топлива – это количество топлива расходуемое на единицу выполняемой работы

, г/КВт ч

G_T – часовой расход топлива, кг/ч

N_I– индикаторная мощность двигателя, КВт.

4.2.5 Индикаторный КПД

Индикаторный КПД представляет собой отношение теплоты, эквивалентной индикаторной работе цикла ко всему количеству теплоты, внесённой в цилиндр с топливом.

где L_i – теплота, эквивалентная индикаторной работе цикла, МДж/кг;

Q_H – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг.

, (КВт ч/г); , (КВт ч/кг)

МДж/кг

т.е. 1КВт ч=3600КДж