Principio de funcionamiento y diagrama de indicadores de un motor diesel de dos tiempos. Ciclo de funcionamiento y programa de indicadores del diagrama de funcionamiento del motor ICE

CICLOS DE HIELO REALES

La diferencia entre los ciclos reales de los motores de cuatro tiempos de los teóricos.

En teoría, la mayor eficiencia se puede obtener solo como resultado del uso del ciclo termodinámico, cuyas variantes se consideraron en el capítulo anterior.

Las condiciones más importantes para el flujo de ciclos termodinámicos:

la inmutabilidad del fluido de trabajo;

· la ausencia de pérdidas dinámicas de calor y gas, excepto la eliminación obligatoria de calor por parte del refrigerador.

En los motores de combustión interna alternativos reales, el trabajo mecánico se obtiene como resultado del flujo de ciclos reales.

El ciclo real del motor es un conjunto de procesos térmicos, químicos y gasodinámicos que se repiten periódicamente, como resultado de lo cual la energía termoquímica del combustible se convierte en trabajo mecánico.

Los ciclos válidos tienen lo siguiente diferencias fundamentales de los ciclos termodinámicos:

Los ciclos reales son abiertos y cada uno de ellos se lleva a cabo utilizando su propia porción del fluido de trabajo;

En lugar de suministrar calor en ciclos reales, tiene lugar un proceso de combustión, que se desarrolla a velocidades finitas;

La composición química del fluido de trabajo cambia;

La capacidad calorífica del fluido de trabajo, que son gases reales de composición química variable, cambia constantemente en ciclos reales;

Hay un intercambio de calor constante entre el fluido de trabajo y las partes circundantes.

Todo esto conduce a pérdidas de calor adicionales, lo que a su vez conduce a una disminución de la eficiencia de los ciclos reales.

Diagrama indicador

Si los ciclos termodinámicos representan la dependencia del cambio en la presión absoluta ( R) del cambio en el volumen específico ( υ ), entonces los ciclos reales se representan como dependencias del cambio de presión ( R) del cambio de volumen ( V) (gráfico de indicador colapsado) o cambio de presión con el ángulo del cigüeñal (φ), que se denomina gráfico de indicador ampliado.

En la fig. 1 y 2 muestran diagramas de indicadores colapsados ​​y expandidos para motores de cuatro tiempos.

Se puede obtener experimentalmente un diagrama de indicador detallado utilizando un dispositivo especial: un indicador de presión. Los diagramas de indicadores también se pueden obtener por cálculo basado en el cálculo térmico del motor, pero menos preciso.

Arroz. 1. Diagrama de indicador colapsado de un motor de cuatro tiempos
encendido forzado

Arroz. 2. Diagrama de indicadores ampliado de un diésel de cuatro tiempos

Los diagramas indicadores se utilizan para estudiar y analizar los procesos que ocurren en el cilindro del motor. Entonces, por ejemplo, el área del diagrama del indicador colapsado, limitada por las líneas de compresión, combustión y expansión, corresponde al trabajo útil o indicador L i del ciclo real. El valor del trabajo del indicador caracteriza el efecto útil del ciclo real:

, (3.1)

donde Q1- la cantidad de calor suministrado en el ciclo real;

Q2- pérdidas térmicas del ciclo actual.

En el ciclo real Q1 depende de la masa y el calor de combustión del combustible introducido en el motor por ciclo.

El grado de aprovechamiento del calor suministrado (o la eficiencia del ciclo real) se estima mediante el indicador eficiencia η I, que es la relación entre el calor convertido y el trabajo útil Yo, al calor del combustible suministrado al motor Q1:

, (3.2)

Teniendo en cuenta la fórmula (1), la fórmula (2) de la eficiencia del indicador se puede escribir de la siguiente manera:

, (3.3)

Por lo tanto, el uso de calor en el ciclo real depende de la cantidad de pérdida de calor. EN modernos motores de combustion interna estas pérdidas son del 55 al 70%.

Los principales componentes de la pérdida de calor. Q2:

Pérdida de calor con gases de escape al medio ambiente;

Pérdida de calor a través de las paredes del cilindro;

Combustión incompleta del combustible por falta local de oxígeno en las zonas de combustión;

Fuga del fluido de trabajo de la cavidad de trabajo del cilindro debido a la fuga de partes adyacentes;

Liberación prematura de gases de escape.

Para comparar el grado de utilización del calor en ciclos reales y termodinámicos, se utiliza la eficiencia relativa

.

EN motores automotricesηo de 0,65 a 0,8.

El ciclo real de un motor de cuatro tiempos se completa en dos revoluciones del cigüeñal y consta de los siguientes procesos:

Intercambio de gases - entrada de carga nueva (ver Fig. 1, curva fracción) y gases de escape (curva b"b"rd);

Compresión (curva Aks"s");

combustión (curva c"c"zz");

Extensiones (curva z z"b"b").

Cuando se admite una nueva carga, el pistón se mueve, liberando un volumen por encima de él, que se llena con una mezcla de aire y combustible en motores carburados y aire limpio en motores diesel.

El inicio de la admisión está determinado por la apertura de la válvula de admisión (punto F), el final de la entrada - por su cierre (punto k). El inicio y final del desbloqueo corresponden a la apertura y cierre de la válvula de escape, respectivamente, en los puntos B" Y D.

Área no sombreada b"bb" en el diagrama del indicador corresponde a la pérdida de trabajo del indicador debido a la caída de presión como resultado de la apertura de la válvula de escape antes de que el pistón llegue al PMI (pre-escape).

La compresión se realiza realmente desde el momento en que se cierra la válvula de admisión (curva Kansas"). Antes de cerrar la válvula de admisión (curva Alaska) la presión en el cilindro permanece por debajo de la atmosférica ( p0).

Al final del proceso de compresión, el combustible se enciende (punto desde") y se quema rápidamente con un fuerte aumento de la presión (punto z).

Dado que la ignición de una carga nueva no ocurre en TDC, y la combustión continúa con el movimiento continuo del pistón, los puntos calculados desde Y z no corresponden a los procesos reales de compresión y combustión. Como resultado, el área del diagrama del indicador (área sombreada) y, por lo tanto, trabajo útil ciclo es menor que termodinámico o calculado.

El encendido de una carga fresca en motores de gasolina y gas se realiza a partir de una descarga eléctrica entre los electrodos de una bujía.

En los motores diesel, el combustible se enciende por el calor del aire calentado por compresión.

Los productos gaseosos formados como resultado de la combustión del combustible crean presión sobre el pistón, como resultado de lo cual se realiza una carrera de expansión o carrera de potencia. En este caso, la energía de expansión térmica del gas se convierte en trabajo mecánico.

Clase 4

CICLOS DE HIELO REALES

1. La diferencia entre los ciclos reales de los motores de cuatro tiempos de los teóricos

1.1. Diagrama indicador

2. Procesos de intercambio de gases

2.1. Influencia de las fases de distribución de gas en los procesos de intercambio gaseoso

2.2. Parámetros del proceso de intercambio de gases.

2.3. Factores que afectan los procesos de intercambio de gases.

2.4. Toxicidad de los gases de escape y formas de prevenir la contaminación ambiental

3. Proceso de compresión

3.1. Opciones de proceso de compresión

4. Proceso de combustión

4.1. tasa de combustión

4.2. Reacciones químicas durante la combustión.

4.3. El proceso de combustión en un motor de carburador.

4.4. Factores que afectan el proceso de combustión en un motor de carburador

4.5. Detonación

4.6. El proceso de combustión de la mezcla de combustible en un motor diesel.

4.7. trabajo duro diesel

5. Proceso de expansión

5.1. El propósito y el curso del proceso de expansión.

5.2. Opciones de proceso de extensión

La diferencia entre los ciclos reales de los motores de cuatro tiempos de los teóricos.

En teoría, la mayor eficiencia se puede obtener solo como resultado del uso del ciclo termodinámico, cuyas variantes se consideraron en el capítulo anterior.

Las condiciones más importantes para el flujo de ciclos termodinámicos:

la inmutabilidad del fluido de trabajo;

· la ausencia de pérdidas dinámicas de calor y gas, excepto la eliminación obligatoria de calor por parte del refrigerador.

En los motores de combustión interna alternativos reales, el trabajo mecánico se obtiene como resultado del flujo de ciclos reales.

El ciclo real del motor es un conjunto de procesos térmicos, químicos y gasodinámicos que se repiten periódicamente, como resultado de lo cual la energía termoquímica del combustible se convierte en trabajo mecánico.

Los ciclos reales tienen las siguientes diferencias fundamentales con los ciclos termodinámicos:

Los ciclos reales son abiertos y cada uno de ellos se lleva a cabo utilizando su propia porción del fluido de trabajo;

En lugar de suministrar calor en ciclos reales, tiene lugar un proceso de combustión, que se desarrolla a velocidades finitas;

La composición química del fluido de trabajo cambia;

La capacidad calorífica del fluido de trabajo, que son gases reales de composición química variable, cambia constantemente en ciclos reales;

Hay un intercambio de calor constante entre el fluido de trabajo y las partes circundantes.

Todo esto conduce a pérdidas de calor adicionales, lo que a su vez conduce a una disminución de la eficiencia de los ciclos reales.

Diagrama indicador

Si los ciclos termodinámicos representan la dependencia del cambio en la presión absoluta ( R) del cambio en el volumen específico ( υ ), entonces los ciclos reales se representan como dependencias del cambio de presión ( R) del cambio de volumen ( V) (gráfico de indicador colapsado) o cambio de presión con el ángulo del cigüeñal (φ), que se denomina gráfico de indicador ampliado.

En la fig. 1 y 2 muestran diagramas de indicadores colapsados ​​y expandidos para motores de cuatro tiempos.

Se puede obtener experimentalmente un diagrama de indicador detallado utilizando un dispositivo especial: un indicador de presión. Los diagramas de indicadores también se pueden obtener por cálculo basado en el cálculo térmico del motor, pero menos preciso.

Arroz. 1. Diagrama de indicador colapsado de un motor de cuatro tiempos
encendido forzado

Arroz. 2. Diagrama de indicadores ampliado de un diésel de cuatro tiempos

Los diagramas indicadores se utilizan para estudiar y analizar los procesos que ocurren en el cilindro del motor. Entonces, por ejemplo, el área del diagrama del indicador colapsado, limitada por las líneas de compresión, combustión y expansión, corresponde al trabajo útil o indicador L i del ciclo real. El valor del trabajo del indicador caracteriza el efecto útil del ciclo real:

, (3.1)

donde Q1- la cantidad de calor suministrado en el ciclo real;

Q2- pérdidas térmicas del ciclo actual.

En el ciclo real Q1 depende de la masa y el calor de combustión del combustible introducido en el motor por ciclo.

El grado de aprovechamiento del calor suministrado (o la eficiencia del ciclo real) se estima mediante el indicador eficiencia η I, que es la relación entre el calor convertido y el trabajo útil Yo, al calor del combustible suministrado al motor Q1:

, (3.2)

Teniendo en cuenta la fórmula (1), la fórmula (2) de la eficiencia del indicador se puede escribir de la siguiente manera:

, (3.3)

Por lo tanto, el uso de calor en el ciclo real depende de la cantidad de pérdida de calor. En los motores de combustión interna modernos, estas pérdidas son del 55 al 70%.

Los principales componentes de la pérdida de calor. Q2:

Pérdida de calor con gases de escape al medio ambiente;

Pérdida de calor a través de las paredes del cilindro;

Combustión incompleta del combustible por falta local de oxígeno en las zonas de combustión;

Fuga del fluido de trabajo de la cavidad de trabajo del cilindro debido a la fuga de partes adyacentes;

Liberación prematura de gases de escape.

Para comparar el grado de utilización del calor en ciclos reales y termodinámicos, se utiliza la eficiencia relativa

En motores de automóviles η o de 0,65 a 0,8.

El ciclo real de un motor de cuatro tiempos se completa en dos revoluciones del cigüeñal y consta de los siguientes procesos:

Intercambio de gases - entrada de carga nueva (ver Fig. 1, curva fracción) y gases de escape (curva b"b"rd);

Compresión (curva Aks"s");

combustión (curva c"c"zz");

Extensiones (curva z z"b"b").

Cuando se admite una nueva carga, el pistón se mueve, liberando un volumen por encima de él, que se llena con una mezcla de aire y combustible en los motores de carburador y aire limpio en los motores diesel.

El inicio de la admisión está determinado por la apertura de la válvula de admisión (punto F), el final de la entrada - por su cierre (punto k). El inicio y final del desbloqueo corresponden a la apertura y cierre de la válvula de escape, respectivamente, en los puntos B" Y D.

Área no sombreada b"bb" en el diagrama del indicador corresponde a la pérdida de trabajo del indicador debido a la caída de presión como resultado de la apertura de la válvula de escape antes de que el pistón llegue al PMI (pre-escape).

La compresión se realiza realmente desde el momento en que se cierra la válvula de admisión (curva Kansas"). Antes de cerrar la válvula de admisión (curva Alaska) la presión en el cilindro permanece por debajo de la atmosférica ( p0).

Al final del proceso de compresión, el combustible se enciende (punto desde") y se quema rápidamente con un fuerte aumento de la presión (punto z).

Dado que la ignición de una carga nueva no ocurre en TDC, y la combustión continúa con el movimiento continuo del pistón, los puntos calculados desde Y z no corresponden a los procesos reales de compresión y combustión. Como resultado, el área del diagrama indicador (área sombreada), y por lo tanto el trabajo útil del ciclo, es menor que el termodinámico o calculado.

El encendido de una carga fresca en motores de gasolina y gas se realiza a partir de una descarga eléctrica entre los electrodos de una bujía.

En los motores diesel, el combustible se enciende por el calor del aire calentado por compresión.

Los productos gaseosos formados como resultado de la combustión del combustible crean presión sobre el pistón, como resultado de lo cual se realiza una carrera de expansión o carrera de potencia. En este caso, la energía de expansión térmica del gas se convierte en trabajo mecánico.

En un motor de cuatro tiempos, los procesos de trabajo ocurren de la siguiente manera:

• 1. Carrera de admisión. Cuando el pistón se mueve de TDC a BDC, debido al vacío formado por el filtro de aire, el aire atmosférico ingresa a la cavidad del cilindro a través de la válvula de admisión abierta. La presión del aire en el cilindro es de 0,08 - 0,095 MPa y la temperatura es de 40 - 60 C.
• 2. Carrera de compresión. El pistón se mueve de BDC a TDC; las válvulas de admisión y escape están cerradas, como resultado de lo cual el pistón que se mueve hacia arriba comprime el aire entrante. Para encender el combustible, es necesario que la temperatura del aire comprimido sea superior a la temperatura de autoignición del combustible. Durante la carrera del pistón a TDC, el cilindro se inyecta a través de la boquilla combustible diesel suministrada por la bomba de combustible.
• 3. La carrera de expansión o carrera de trabajo. El combustible inyectado al final de la carrera de compresión, mezclándose con el aire caliente, se enciende y comienza el proceso de combustión, caracterizado por un rápido aumento de la temperatura y la presión. En este caso, la presión máxima del gas alcanza los 6-9 MPa y la temperatura es de 1800-2000 C. Bajo la influencia de la presión del gas, el pistón 2 se mueve de TDC a BDC: se produce una carrera de trabajo. Cerca del LDC, la presión disminuye a 0,3–0,5 MPa y la temperatura a 700–900 C.
• 4. Golpe de liberación. El pistón se mueve de BDC a TDC y los gases de escape son expulsados ​​del cilindro a través de la válvula de escape abierta 6. La presión del gas disminuye a 0,11-0,12 MPa y la temperatura a 500-700 C. Después del final de la carrera de escape, con una mayor rotación del cigüeñal, el ciclo de trabajo se repite en la misma secuencia.

Un diagrama indicador tomado con un dispositivo indicador se denomina diagrama indicador (Fig. 1).

Arroz. una

Considere un diagrama:

• 0-1 - llenar el cilindro con aire (en mezcla interna) o mezcla de trabajo (con formación de mezcla externa) a una presión ligeramente inferior a la atmosférica debido a la resistencia hidrodinámica válvulas de admisión y tubería de succión
• 1-2 - compresión de aire o mezcla de trabajo,
• 2-3 "-3 - período de combustión de la mezcla de trabajo,
• 3-4 - carrera del pistón (expansión de los productos de combustión), se realiza trabajo mecánico,
• 4-5 - escape de gases de escape, la caída de presión a la presión atmosférica ocurre a un volumen casi constante,
• 5-0 - liberación del cilindro de los productos de combustión.

En los motores térmicos reales, la conversión de calor en trabajo está asociada con la ocurrencia de procesos irreversibles complejos (hay fricción, reacciones químicas en el fluido de trabajo, velocidades finales del pistón, transferencia de calor, etc.) El análisis termodinámico de tal ciclo es imposible. Gelman MV, Moskvin MV Tractores agrícolas y automóviles. - M.: Agropromizdat, 1987, parte I y P ..

La indicación se entiende como la eliminación con el procesamiento posterior de los diagramas indicadores, que son una dependencia gráfica de la presión desarrollada en el cilindro de trabajo en función de la carrera del pistón S o el volumen del cilindro proporcional a ella V s (ver Fig. 1 y 2).

Indicadores "Maygak"

Los diagramas se toman de cada cilindro de trabajo utilizando un dispositivo especial: el indicador de tipo pistón Maygak. La presencia de un diagrama le permite determinar los parámetros importantes para el análisis del flujo de trabajo Pi, Pc y P máx. El diagrama de la fig. 1 es típico de los motores, durante cuyo funcionamiento la tarea principal era reducir el nivel y el contenido de óxidos de nitrógeno en el escape. Para ello, como ya se ha señalado, se realiza una posterior inyección de combustible y la combustión se produce con un menor aumento de presión y temperatura en la cámara de combustión.

Arroz. 1 Diagrama de indicadores del motor MAN-BV KL-MC

Si el objetivo principal es aumentar la eficiencia del motor, la combustión se organiza con un suministro de combustible más temprano y, en consecuencia, un gran aumento de la presión. En la presencia de sistema electrónico control de suministro de combustible, tal reestructuración se lleva a cabo fácilmente.

En el diagrama de la fig. 2, dos jorobas son claramente visibles: compresión y luego combustión. Este carácter se logra debido a un suministro de combustible aún más tardío. Las figuras muestran dos tipos de diagramas: uno colapsado, que determina la presión promedio del indicador, y uno expandido, que le permite evaluar visualmente la naturaleza del desarrollo de los procesos. Se pueden obtener diagramas similares utilizando el indicador de pistón Maygak, que requiere la presencia de un

sincronizar la rotación del tambor indicador con el movimiento del pistón del cilindro indicado. Conectar la unidad le permite obtener un diagrama colapsado, cuyo área planimétrica está determinada presión indicadora media, que es una determinada presión condicional media que actúa sobre el pistón y realiza un trabajo durante una carrera igual al trabajo de los gases por ciclo.

P i = F ind.d / L m, donde F ind.d- el área del diagrama, proporcional al trabajo de los gases por ciclo, L- la longitud del diagrama, proporcional al tamaño del volumen de trabajo del cilindro, metro es un factor de escala que depende de la rigidez del resorte del pistón indicador.

Por Pi contado poder del indicador del cilindro norte yo = C PAGS yo norte, donde η - número de revoluciones 1/min y DESDE es la constante del cilindro. Potencia efectiva norte mi = norte yo η pelo kilovatios, piel- la eficiencia mecánica del motor, que se puede encontrar en la documentación del motor.

Antes de proceder con la indicación, comprobar el estado de la llave indicadora y del mando. Los posibles errores en su estado se ilustran en la fig. 3.

El peine (Fig. 2) se retira accionando manualmente el cordón, desconectado del accionamiento del indicador. La presencia de un peine le permite evaluar la estabilidad de los ciclos y medir con mayor precisión R máx.. Si los picos son iguales, esto indica un funcionamiento estable del equipo de combustible.

Es importante señalar que los indicadores de pistón tienen una baja frecuencia de oscilaciones naturales. Este último debe ser al menos 30 veces la velocidad del motor. De lo contrario, los gráficos de indicadores se distorsionarán. Por lo tanto, la aplicación

Los indicadores de pistón están limitados a 300 rpm. Los indicadores de resorte de varilla tienen una mayor frecuencia de oscilaciones naturales y su uso está permitido en motores con una velocidad de hasta 500-700 rpm. Sin embargo, en tales motores no hay unidad de indicador y uno tiene que limitarse a quitar peines o diagramas expandidos, a partir de los cuales no se puede determinar el promedio.

La segunda limitación se refiere al valor presión máxima en cilindros. EN motores modernos con un alto nivel de forzamiento, alcanza 15-18 MPa. Con el pistón utilizado en el indicador "Maygak" para motores diesel con un diámetro de 9,06 mm, el resorte más rígido limita P max \u003d 15 MPa. Con un resorte de este tipo, la precisión de la medición es muy baja, ya que la escala del resorte es de 0,3 mm por 0,1 MPa.

También es significativo que el trabajo de indexación es bastante tedioso y requiere mucho tiempo, y la precisión de los resultados es baja. La baja precisión se debe a errores que surgen de la imperfección del controlador del indicador y la imprecisión en el procesamiento de los diagramas de los indicadores durante su planificación manual. Para información- la imprecisión del indicador de accionamiento, expresada en el desplazamiento del TDC del accionamiento de su posición real en 1 °, conduce a un error de aproximadamente el 10%.