Сухая масса двс

В сухую массу ДВС входит масса собственно двигателя и навешенных на него механизмов и трубопроводов, за исключением массы топлива, масла и воды.

Удельная масса двс

Удельная масса ДВС — это показатель его металлоемкости, измеряемый отношением сухой массы к эффективной мощности. По ГОСТ 4393—82 это отношение для малооборотных двухтактных дизелей в среднем 35 кг/кВт, для четырехтактных с частотой вращения до 1000 мин^-1 — меньше 15 кг/кВт, а для дизелей с частотой вращения свыше 1000 мин^-1 — меньше 12 кг/кВт. У карбюраторных ДВС этот показатель доходит до 2 кг/кВт

Литровая масса двс

Литровая масса ДВС — это показатель, измеряемый отношением массы ДВС к рабочему объему всех его цилиндров. Для тяжелых дизелей это отношение составляет 160—120 кг/л, для средних 100—75 кг/л, для легких дизелей 70—35 кг/л.

Рабочие циклы и способы их осуществления

В связи с возвратно-поступательным движением поршня сгорание топлива в поршневых двигателях возможно лишь последовательными порциями, причем сгоранию каждой порции должен предшествовать ряд подготовительных процессов.

Совокупность различных процессов, происходящих в цилиндре в определенной последовательности, называется рабочим циклом; во время работы двигателя рабочий цикл периодически повторяется.

Таким образом, периодичность процессов в цилиндре, вытекающая из принципа действия поршневого двигателя, и простота способов

охлаждения его деталей позволяют осуществлять цикл поршневого двигателя в значительно более широких температурных пределах, чем циклы тепловых двигателей других типов. Из термодинамики известно, что КПД теплового двигателя прямо пропорционален разности температур горячего и холодного источника теплоты; чем она больше, тем выше КПД. Именно этим объясняется, почему поршневой двигатель имеет самый высокий КПД по сравнению с КПД других тепловых двигателей.

Рис. 1

Состав смеси характеризуется коэффициентом  избытка воздуха, представляющим собой отношение действительного количества воздуха к теоретически необходимому для полного сгорания топлива и определяемому из стехиометрических соотношений по элементарному составу топлива. При увеличении коэффициента  смесь обедняется, так как уменьшается относительное количество топлива в ней; и наоборот, при уменьшении коэффициента о смесь обогащается.

В рассмотренной схеме подготовка смеси воздуха с топливом, т. е. процесс смесеобразования, происходит в основном вне цилиндра, поэтому двигатели, работающие по этой схеме 1а, называют также двигателями с внешним смесеобразованием. К таким двигателям относятся карбюраторные двигатели, работающие на бензине, газовые двигатели, также двигатели впрыскиванием топлива во впускной трубопровод, т. е. двигатели, в которых применяется топливо, легко испаряющееся и хорошо перемешивающееся с воздухом при обычных условиях.

Степень наполнения цилиндра свежим зарядом оценивают коэффициентом _V наполнения, который показывает отношение действительного количества G₁ заряда, оставшегося в цилиндре, к тому количеству, которое могло бы заполнить рабочий объем V_h цилиндра при температуре Т_k и давлении р_k заряда, т.е.

uде р_k — плотность заряда при давлении p_k и температуре T_k.

Из индикаторной диаграммы рабочего цикла двухтактного двигателя (см. рис. 5а) видно, что на части хода поршня, когда происходит газообмен, полезная работа очень мала, т.е. практически не совершается. Объем V_m соответствующий этой части хода поршня, называется потерянным. Тогда объем, описываемый поршнем при движении от точки б, определяющей момент начала сжатия, до ВМТ и называемый действительным рабочим объемом, V^’ _h=V_h—V_n

Таким образом, действительная степень сжатия

Геометрическая степень сжатия выражается той же формулой, что и для четырехтактных двигателей

Отношение потерянного объема V_n к геометрическому рабочему объему V_h представляет собой долю потерянного объема на процесс газообмена

В двухтактных двигателях  = 10...38 %.

Индикаторные диаграммы термодинамических циклов двигателей внутреннего сгорания (рис.4) различаются между собой по характеру процессов передачи теплоты. В современных поршневых двигателях в зависимости от характера выделения теплоты при сгорании топлива рабочие циклы приближаются к термодинамическим циклам с подводом теплоты Q₁ или при постоянном объеме (рис. 4а), или при постоянном давлении (рис. 4б), или к смешанному циклу с подводом части теплоты Q'₁ при постоянном объеме и части теплоты Q"₁ при постоянном давлении (рис. 4в).

Как известно из курса технической термодинамики, термический КПД цикла возрастает с увеличением степени сжатия е, уменьшением степени предварительного расширения p=V_z /V_c и повышением степени увеличения давления Х=р_г/р_с- Следовательно, для улучшения экономичности рабочего цикла в двигателях внутреннего сгорания желательно увеличивать степень сжатия и использовать процесс сгорания топлива с подводом теплоты при постоянном объеме. Однако при повышении  и λ в цилиндре двигателя резко возрастают максимальные значения давления и температуры, а также потери на трение. Применение степени сжатия больше 12...14 нецелесообразно, так как дальнейшее увеличение ее практически не влияет на экономичность.

Рис.4

Индикаторные диаграммы термодинамических циклов при различных условиях подвода теплоты

Индикаторная диаграмма двигателя представляет собой рабочий цикл, а площадь, ограниченная ею (в определённом масштабе),— индикаторную работу цикла.

Чем больше индикаторная работа L_i , тем лучше использование рабочего объема V_h цилиндра двигателя.

Если принять, что на поршень действует некоторое условное постоянное давление р_ь совершающее в течение одного хода поршня работу, равную работе L, газов за цикл, то

Это условное давление р_i принято называть средним индикаторным давлением. Среднее индикаторное давление численно равно высоте прямоугольника с основанием, равным рабочему объему V_h., и площадью, равной площади индикаторной диаграммы.

Если рабочий цикл двигателя происходит по схеме, описанной выше, то обеспечивается хорошее смесеобразование и использование рабочего объема цилиндра (коэффициент избытка воздуха  =0,8...1,1). Однако ограниченность степени сжатия смеси не позволяет улучшить экономичность двигателя.

В случае осуществления рабочего цикла по схеме, показанной на рис. 16, процесс смесеобразования происходит только внутри цилиндра. Рабочий цилиндр в данном случае заполняется не смесью, а воздухом (впуск), который подвергается сжатию. В конце процесса сжатия в цилиндр через форсунку под большим давлением впрыскивается топливо. При впрыскивании оно мелко распиливается и перемешивается с воздухом. Частицы топлива, соприкасаясь с горячим воздухом, испаряются, образуя топливовоздушную смесь.

Воспламенение смеси при работе двигателя по этой схеме происходит в результате высокого сжатия воздуха до температуры самовоспламенения смеси. Впрыскивание топлива во избежание преждевременного самовоспламенения начинается только в конце сжатия. К моменту самовоспламенения обычно процесс впрыскивания топлива еще продолжается. Смесь, образующаяся при впрыскивании топлива, получается неоднородной, вследствие чего полное сгорание топлива возможно лишь при значительном избытке воздуха (при коэффициенте избытка воздуха  ≤ 1,2... 1,4). В результате более высокой степени сжатия, допустимой при работе двигателя по данной схеме, достигается более высокий КПД.

Таким образом, в двигателях, работающих по второй схеме, весь процесс смесеобразования и подготовка горючей смеси к сгоранию происходят внутри цилиндра. Поэтому такие двигатели называют двигателями с внутренним смесеобразованием.

Расстояние при перемещении поршня из одного крайнего положения в другое называется ходом. S поршня и соответствует половине оборота коленчатого вала.

Рабочие процессы, совершаемые в течение одного хода поршня (часть рабочего цикла), называют тактом.

При перемещении поршня объем внутренней полости цилиндра меняется. Характерными объемами при этом принимаются следующие:

объем V_c внутренней полости цилиндра при положении поршня в ВМТ - объем камеры сгорания;

объем V_a внутренней полости цилиндра при положении поршня в НМТ — полный объем цилиндра;

объем V_h описываемый поршнем между мертвыми точками,— рабочий объем цилиндра, измеряется обычно в литрах. Очевидно, что рабочий объем цилиндра

,

где D — диаметр цилиндра.

Полный объем одного цилиндра

Рис. 2

Схема работы четырехтактного двигателя и индикаторные диаграммы

Схема работы двухтактного двигателя и индикаторная схема

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называют степенью сжатия и обозначают

Индикаторные диаграммы рабочего цикла:

а – четырехтактного двигателя;

б – двухтактного двигателя4

в – выпуска и впуска четырехтактного двигателя;

г – выпуска и впуска комбинированного четырехтактного двигателя

Такт как полезная индикаторная работа при заданных размерах цилиндра пропорциональна давлению p_i, совершенство рабочего процесса можно оценивать по среднему индикаторному давлению. Чем больше давление p_i, тем больше работа L_i, и, следовательно, рабочий объем цилиндра используется лучше.

Зная среднее индикаторное давление p_i (МПа), рабочий объем цилиндра V_h (л), число цилиндров I и частоту вращения n (об/мин) коленчатого вала, можно определить индикаторную мощность (кВт) двигателя

,

где  - тактность двигателя, для четырехтактных двигателей  = 4, для двухтактных двигателей  = 2.

Произведение iV_h, представляет собой рабочий объем двигателя.

Среднее эффективное давление и эффективная мощность

В отличие от индикаторной мощности полезную мощность, которую можно получить на валу двигателя, называют эффективной мощностью N_e двигателя. Эффективная мощность меньше индикаторной на величину мощности механических потерь, т.е.

Мощность N_m, соответствующую механическим потерям, и эффективную мощность N_е двигателя определяют опытным путем при стендовых и лабораторных испытаниях с помощью специальных нагрузочных устройств (динамометров), позволяющих получить крутящий момент М_е(Нм). При этом одновременно измеряют частоту вращения коленчатого вала, соединенного с тормозным устройством. Эффективная мощность

Для удобства сравнения различных двигателей при оценке эффективности их работы аналогично среднему индикаторному давлению p_i используют среднее эффективное давление р_e, которое определяют из выражения (в МПа)

Тогда эффективная мощность может быть найдена по формуле, аналогичной выражению для определения индикаторной мощности: