Индикаторные показатели.

20.1. Что называется индикаторным КПД и удельным индикаторным расходом топлива? Что они ха­рактеризуют? Какая существует связь между ними?

Экономичность действительного цикла оценивается индикаторным КПД, показывающим, какая доля теплоты, введенной в цикл с топливом Q₁, преобразуется в индикаторную работу: h_i=L_i/Q₁. Для оценки экономичности двигателя используется удельный индикаторный расход топлива g_i, показывающий какое количества топлива расходуется на производство единицы индикаторной работы: g_i=q_ц/L_i.Связаны они следующим соотношением: g_i=3600/(h_iH_u).

20.2. Что называется средним индикаторным давлением? В чем важность этого параметра?

В качестве показателя работоспособности цикла используется среднее индикаторное давление: p_i=L_i/V_h – индикаторная работа, снимаемая с единицы рабочего объема. Важность этого параметра в том, что с его помощью можно сравнивать двигатели с разным объемом.

20.3. Приведите вывод и анализ выражений для определения индикаторной мощности и индикатор­ного момента.

Работа газов в цилиндрах двигателя за 1 минуту: L_i=p_iV_h(2n/t)i. Тогда работа за 1 с, или индикаторная мощность (кВт): N_i=p_iV_hni/30t, где p_i – в МПа, V_h – в л, n – в мин^-1. Так как момент связан с мощностью как M_i=N_i/w, а w=pn/30, то индикаторный момент (Нм): M_i=1000p_iV_hi/(pt). Влияние параметров: 1) Количество тактов. В 2-тактных ДВС p_i ниже из-за менее совершенная очистка цилиндров от продуктов сгорания, т.к. ОГ ухудшают теплоиспользование. При прочих равных использование 2-тактного цикла вместо 4- способствует повышению N_i и M_i лишь на 60…70%. При прочих равных условиях для двигателей с наддувом мощность 4-тактного ДВС может превышать мощность 2-тактного, из-за того, что меньше удельные затраты мощности на привод нагнетателя, т.к. меньше подача воздуха на единицу расходуемого топлива. 2) Количество цилиндров. N_i и M_i при неизменных основных размерах цилиндров пропорционально количеству цилиндров.3) Размеры цилиндра и номинальные частоты вращения. Размеры D и S зависят для заданной мощности от частоты n_ном. Из выражения средней скорости поршня c_п=Sn/30 следует, что при увеличении n, чтобы избежать роста c_п, от которой зависят механические потери, следует уменьшить S. При неизменном V_h уменьшение S должно сопровождаться увеличением D, но это возможно до некоторых пределов. С увеличением S/D при неизменном n_ном КПД цикла повышается.

20.4. Приведите вывод уравнения, используемого для анализа влияния различных факторов (Н_u, l_ο, a, h_i, h_v, р_ок) на величину среднего индикаторного давления?

Для вывода установим связь между h_i и p_i: h_i=L_i/Q₁= p_iV_h/(G_тцH_u). Из уравнения состояния p_0(к)V_hh_V=mRM₁G_тцT_0(к) рабочий объем V_h=mRM₁G_тцT_0(к)/(p_0(к)h_V). Если принять M₁=al_O/m_b и учесть, что T_0(к)/p_0(к)=1/(R_br_0(к)), то V_h=al_OG_тц/(h_Vr_0(к)) и h_i=p_i(l_O/H_u)(ah_V)(1/r_0(к)), откуда p_i=(H_u/l_O)(h_i/a)h_Vr_0(к). Для двигателей с внешним смесеобразованием p_i=[(H_u/(1+al_O)]h_ih_Vr_0(к), причем h_V и r_0(к) определяются по количеству ТВС.

20.5. Приведите причины, по которым индикаторный КПД меньше термического КПД термодинами­ческого цикла.

h_i=h_th₀, где h₀ – относительный КПД, который меньше 1 потому что: 1) Теплоемкость РТ зависит от температуры и состава тела, в то время как при рассмотрении термодинамических циклов она принимается постоянной. 2) В действительном цикле происходит диссоциация продуктов сгорания, сопровождающаяся поглощением теплоты, которое имеет место вблизи ВМТ. 3) В действительном цикле имеют место потери теплоты в среду охлаждения. 4) Процесс сгорания имеет определенную длительность, и использование теплоты, выделяющейся в такте расширения менее эффективно, чем подводимой вблизи ВМТ. 5) Неполнота сгорания топлива, в результате которой часть теплоты не выделяется.

20.6. Рассмотрите влияние на величину индикаторного КПД дизеля коэффициента избытка воздуха, угла опережения впрыскивания топлива, интенсивности движения заряда, качества процессов впры­скивания, распыливания, смесеобразования, сгорания топлива, скоростного и нагрузочного режимов работы.

Индикаторные показатели зависят от полноты и своевременности сгорания, от тепловых потерь в систему охлаждения и с ОГ. На них оказывают влияние: 1) Состав смеси (нагрузка дизеля). Для дизеля h_imax имеет место при сильно обедненной смеси, что объясняется использованием неоднородной смеси. Причины роста h_i с a до a_himax являются уменьшение потерь, связанных неполнотой и несвоевременностью сгорания и увеличением доли двухатомных газов). 2) Угол опережения впрыскивания. С повышением f_о.вп. увеличивается h_i. Существует определенный f_{о.вп.опт}, при котором достигаются их максимумы. 3) Интенсивность движения заряда. Если распыливающих отверстий пять, то увеличение угловой скорости вращения заряда w вызывает рост h_i. Если i_c=7…11, то увеличение только до определенного предела вызывает их рост. Дальнейшее увеличение w приводит к перезавихриванию, особенно при больших i_c, при котором увеличивается неполнота сгорания топлива и повышается дымление дизеля. 4) Качество процессов впры­скивания и распыливания. Для достижения высокого h_i характеристики впрыскивания и распыливания должны быть подобраны так, чтобы тепловыделение завершалось через 35…40 градусов после ВМТ. 5) Наполнение цилиндров. При неизменной цикловой подаче топлива увеличение h_V и r_0(к) ведет к пропорциональному росту a, что ведет к росту h_i. Если избежать существенного удлинения впрыскивания и нарушения оптимальных условий смесеобразования, то h_i ухудшается незначительно. Для дизелей с одной полостью и большим i_c роста h_i можно добиться, если использовать два впускных клапана и уменьшить S/D. 6) Частота вращения. Если при росте частоты a не изменяется, то h_i несколько увеличивается с ростом n в связи с уменьшением неполноты сгорания и снижением потерь теплоты в среду.

20.7. Рассмотрите влияние на величину индикаторного КПД бензинового двигателя степени сжатия, коэффициента избытка воздуха, диаметра цилиндра, угла опережения зажигания, интенсивности движения заряда и горения, режима работы.

Индикаторные показатели зависят от полноты и своевременности сгорания, от тепловых потерь в систему охлаждения и с ОГ. На них оказывают влияние: 1) Степень сжатия. У ДсИЗ e=6…11. Увеличение e заметно повышает h_i из-за улучшения условий воспламенения и уменьшения КС. 2) Коэффициент избытка воздуха. Он сильно влияет на протекание процесса. Наибольшей величине h_i соответствует такой состав смеси, при котором имеет место оптимальное сочетание полноты и скорости сгорания с теплоотводом в стенки. 3) Диаметр цилиндра. Чем больше размер цилиндра, тем меньше при данном ОЧ топлива должна быть e. При неизменном e увеличение D сопровождается ростом h_i из-за снижения доли теплоты, отдаваемой в стенки. 4) Угол опережения зажигания. Каждому сочетанию открытия дросселя, a и n соответствует свое f_{о.вп.опт}, при котором h_i достигает максимума. 5) Интенсивность движения заряда. На каждом скоростном и нагрузочном режимах двигателя существует некая своя оптимальная интенсивность движения, обеспечивающая работу с h_imax. При высокой интенсивности сильно возрастает теплоотдача в стенки. 6) Частота вращения. С ростом n сокращается время теплопередачи от газов в систему охлаждения, но растущая турбулизация усиливает этот процесс, также уменьшаются утечки газов через кольца. В результате с ростом n величина h_i мало меняется, имея тенденцию к возрастанию. 7) Нагрузка двигателя. С уменьшением нагрузки условия воспламенения и сгорания в ДсИЗ ухудшаются, при этом потери в систему охлаждения и с отработавшими газами возрастают, что приводит к падению h_i.

20.8. Рассмотрите влияние степени сжатия, коэффициента избытка воздуха, диаметра цилиндра, угла опережения зажигания, интенсивности движения заряда и горения, режима работы на pi и Ν_i бензинового двигателя.

N_i=p_iV_hin/(30t), а p_i=(H_u/l_O)(h_i/a)h_Vr_0(к). На показатели дизеля влияют: 1) Состав смеси. (h_i/a)_max имеет место при некотором обеднении смеси. 2) Угол опережения впрыска. Существует оптимальный угол, при котором p_i максимально вследствие полноты смесеобразования и сгорания (выше h_i и h_V). 3) Интенсивность движения заряда. Увеличение количества распыливающих отверстий и увеличение угловой скорости вращения заряда w вызывает рост р_i (оказывает влияние h_V). 4) Применение наддува приводит к повышения h_V, а также росту r_0(к), что ведет к росту p_i. 5) Повышение объема цилиндра приводит к некоторому росту N_i, но при этом может снизиться p_i из-за ухудшения качества наполнения (падения h_V). 6) Увеличение количества цилиндров ведет к пропорциональному росту N_i. 7) Повышение частоты вращения увеличивает N_i, но может сказаться на ухудшении качества наполнения h_V. 8) Применение 2-тактного цикла ведет к повышению N_i, но отрицательно сказывается на наполнении цилиндров.

20.9. Сравните между собой индикаторные показатели дизеля и бензинового двигателя.

См. стр. 15. h_i бензиновых двигателей ниже дизельных, т.к. ДсИЗ работают в районе стехиометрической смеси, у которой больше доля 3-атомных газов в ОГ, что приводит к падению термического КПД. P_i бензиновых двигателей, больше чем безнаддувных дизелей, т.к. те работают при значительно более бедных смесях. Если на дизеле применить наддув, то p_i в дизеле может быть больше.