Індикаторна діаграма чотиритактного дизельного двигуна. Побудова індикаторної діаграми Як побудувати індикаторну діаграму ДВС

Основна відмінність 2-тактного двигуна від 4-тактного полягає в способі газообміну - очищення циліндра від продуктів згоряння та заряджання його свіжим повітрям або гарячою сумішшю.

Пристрої газорозподілу 2-тактних двигунів – щілини у втулці циліндра, що перекриваються поршнем, та клапани або золотники.

Робочий цикл:

Після згоряння палива починається процес розширення газів (робочий перебіг). Поршень рухається до нижньої мертвою точкою(НМТ). В кінці процесу розширення поршень 1 відкриває впускні щілини (вікна) 3 (точка b) або відкриваються випускні клапани, повідомляючи порожнину циліндра через вихлопну трубуз атмосферою. При цьому частина продуктів згоряння виходить із циліндра і тиск у ньому падає до тиску продувного повітря Pd. У точці d поршень відкриває продувні вікна 2, через які циліндр подається суміш палива з повітрям під тиском 1,23-1,42 бар. Подальше падіння уповільнюється, т.к. в циліндр надходить повітря. Від точки d до НМТ одночасно відкриті випускні та продувні вікна. Період, протягом якого одночасно відкриті продувні та випускні вікна, називається продуванням. У цей період циліндр наповнюється сумішшю повітря, а продукти згоряння витісняються із нього.

Другий такт відповідає ходу поршня від нижньої до верхньої мертвої точки. На початку ходу продовжується процес продування. Точка f – кінець продування – закриття впускних вікон. У точці а закриваються випускні вікна і починається процес стиснення. Тиск у циліндрі до кінця зарядки дещо вищий за атмосферний. Воно залежить від тиску продувного повітря. З моменту закінчення продування та повного перекриття випускних вікон починається процес стиснення. Коли поршень не доходить на 10-30град по куту поволрота колін.вала до ВМТ (точка з /), в циліндр через форсунку подається паливо або проводиться запалення суміші і цикл повторюється.

При однакових розмірах циліндра та частоті обертання потужність 2-тактного значно більша, в 1,5-1,7 раза.

Середній тиск теоретичної діаграми ДВЗ.

Середній індикаторний тиск ДВЗ.

Це такий умовно постійний тиск, який, діючи на поршень, робить роботу, рівну внутрішньої роботигазу протягом усього робочого циклу.

Графічно p i у певному масштабі дорівнює висоті прямокутника mm / hh / , за площею рівної площі діаграми і має ту ж довжину.

f-площа індикаторної діаграми (мм 2)

l-довжина інд.діаграми - mh

k p - масштаб тиску (Па/мм)

Середній ефективний тиск ДВЗ.

Це добуток механічного ккд на середній індикаторний тиск.

Де η хутро = N e / N i. При нормальному режимі роботи хутро =0,7-0,85.

Механічний ККД ДВЗ.

η хутро =N e /N i

Відношення ефективної потужності до індикаторної.

При нормальному режимі роботи хутро =0,7-0,85.

Індикаторна потужність ДВЗ.

Інд. потужність двигуна, що отримується всередині уіліндра, може бути визначена за допомогою індикаторної діаграми, що знімається спеціальним приладом - індикатором.

Потужність - робота, що здійснюється робочим тілом в циліндрі двигуна в од.

Потужність одного циліндра -

k-кратність двигуна

V-робочий об'єм циліндра

n-число робочих ходів.

Ефективна потужність ДВЗ.

Корисно використовувана потужність, що знімається з колін.

N e =N i -N тр

N тр – сума втрат потужності на тертя між деталями двигуна, що рухаються, і на приведення в дію допоміжних механізмів (насосів, генератора, вентилятора та ін.)

Визначення еф. потужності двигуна в лабораторних умовах або при стендових випробуваннях виробляють за допомогою спец.гальмівних пристроїв - механічних, гідравлічних або електричних.

Дослідження роботи реального поршневого двигунадоцільно проводити за діаграмою, в якій дається зміна тиску в циліндрі в залежності від положення поршня за весь

цикл. Таку діаграму, зняту за допомогою спеціального пристрою індикатора, називають індикаторною діаграмою. Площа замкнутої фігури індикаторної діаграми зображує у певному масштабі індикаторну роботу газу за цикл.

На рис. 7.6.1 зображено індикаторну діаграму двигуна, що працює зі швидким згорянням палива при постійному обсязі. Як пальне для цих двигунів застосовують легке паливо бензин, світильний або генераторний газ, спирти та ін.

При ході поршня з лівого мертвого положення в крайнє праве через клапан, що всмоктує, засмоктується горюча суміш, що складається з пар і дрібних частинок палива і повітря. Цей процес зображується на діаграмі кривої 0-1, яка називається лінією всмоктування. Очевидно, лінія 0-1 не є термодинамічний процес, так як в ньому основні параметри не змінюються, а змінюються тільки маса і об'єм суміші в циліндрі. При зворотному русі поршня всмоктувальний клапан закривається, відбувається стиснення горючої суміші. Процес стиску на діаграмі зображується кривою 1-2, яка називається лінією стиснення. У точці 2, коли поршень ще трохи не дійшов до лівого мертвого становища, відбувається запалення горючої суміші електричної іскри. Згоряння горючої суміші відбувається майже миттєво, тобто практично при постійному обсязі. Цей процес на діаграмі зображується кривою 2-3. В результаті згоряння палива температура газу різко зростає та тиск збільшується (точка 3). Потім продукти горіння розширюються. Поршень переміщається у праве мертве становище, і гази роблять корисну роботу. на індикаторної діаграмипроцес розширення зображується кривою 3-4, яка називається лінією розширення. У точці 4 відкривається вихлопний клапан, тиск у циліндрі падає майже до зовнішнього тиску. При подальшому русі поршня праворуч наліво з циліндра видаляються продукти згоряння через вихлопний клапан при тиску, що дещо перевищує атмосферний тиск. Цей процес зображується на кривій діаграмі 4-0 і називається лінією вихлопу.

Розглянутий робочий процес відбувається за чотири ходи поршня (такту) або за два обороти валу. Такі двигуни називаються чотиритактними.

З опису роботи процесу реального двигунавнутрішнього згоряння зі швидким згорянням палива при постійному обсязі видно, що він не є замкнутим. У ньому є всі ознаки незворотних процесів: тертя, хімічні реакції у робочому тілі, кінцеві швидкості поршня, теплообмін при кінцевої різниці температур тощо.

Розглянемо ідеальний термодинамічний цикл двигуна з ізохорним підведенням кількості теплоти (v=соnst), що складається з двох ізохор та двох адіабат.

На рис. 70.2 і 70.3 представлений цикл - і - діаграмах, який здійснюється наступним чином.

Ідеальний газз початковими параметрами і стискається по адіабаті 1-2 до точки 2. По ізохор 2-3 робочому тілу повідомляється кількість теплоти. Від точки 3 робоче тіло розширюється по адіабаті 3-4. Нарешті, по ізохоре 4-1 робоче тіло повертається в початковий стан, при цьому відводиться кількість теплоти теплоприймач. Характеристиками циклу є ступінь стиснення та ступінь підвищення тиску.

Визначаємо термічний ККД цього циклу, вважаючи, що теплоємність та величина постійні:

Кількість підведеної теплоти, а кількість відведеної теплоти.

Тоді термічний ККД циклу

Мал. 7.6.2 Мал. 7.6.3

Термічний ККД циклу з підведенням кількості теплоти при постійному обсязі

. (7.6.1) (17:1)

З рівняння (70.1) випливає, що термічний ККД такого циклу залежить від ступеня стиснення та показника адіабати або від природи робочого тіла. ККД збільшується зі зростанням та . Від ступеня підвищення тиску термічний ККД не залежить.

З урахуванням – діаграми (рис. 70.3) ККД визначаємо із співвідношення площ:

= (пл. 6235-пл. 6145)/пл. 6235 = пл. 1234/пл. 6235.

Дуже наочно можна проілюструвати залежність ККД від збільшення на діаграмі (рис. 7.70.3).

При рівності площ підведеної кількості теплоти у двох циклах (пл. 67810 = пл. 6235), але при різних ступенях стиску ККД буде більше у циклу з більшим ступенем стиснення, так як теплоприймач відводиться менша кількість теплоти, тобто пл. 61910<пл. 6145.

Однак збільшення ступеня стиснення обмежується можливістю передчасного самозаймання горючої суміші, що порушує нормальну роботу двигуна. Крім того, при високих ступенях стиснення швидкість згоряння суміші різко зростає, що може викликати детонацію (вибухове горіння), яка різко знижує економічність двигуна і може призвести до поломки деталей. Тому для кожного палива має застосовуватись певний оптимальний ступінь стиснення. Залежно від роду палива ступінь стиску в двигунах, що вивчаються, змінюється від 4 до 9.

Таким чином, дослідження показують, що в двигунах внутрішнього згорянняз підведенням кількості теплоти при постійному обсязі не можна застосовувати високі ступені стиснення. У зв'язку з цим двигуни, що розглядаються, мають відносно низькі ККД.

Теоретична корисна питома робота робочого тіла залежить від взаємного розташування процесів розширення та стиснення робочого тіла. Збільшення середньої різниці тисків між лініями розширення та стиску дозволяє зменшити розміри циліндра двигуна. Якщо позначити середній тиск через те теоретична корисна питома робота робочого тіла складе

Тиск називають середнім індикаторним тиском (або середнім цикловим тиском), тобто це умовний постійний тиск, під дією якого поршень протягом одного ходу здійснює роботу, рівну роботі всього теоретичного циклу.

Цикл із підведенням кількості теплоти в процесі

Вивчення циклів із підведенням кількості теплоти при постійному обсязі показало, що для підвищення економічності двигуна, що працює за цим циклом, необхідно застосовувати високі ступені стиснення. Але це збільшення обмежується температурою самозаймання горючої суміші. Якщо ж робити роздільне стиснення повітря та палива, то це обмеження відпадає. Повітря при великому стисканні має настільки високу температуру, що паливо, що подається в циліндр, самозаймається без будь-яких спеціальних запальних пристосувань. І нарешті, роздільне стиснення повітря та палива дозволяє використовувати будь-яке рідке важке та дешеве паливо – нафту, мазут, смоли, кам'яновугільні олії та ін.

Такі високі переваги мають двигуни, що працюють з поступовим згорянням палива при постійному тиску. Вони повітря стискається в циліндрі двигуна, а рідке паливо розпорошується стисненим повітрям від компресора. Роздільний стиск дозволяє застосовувати високі ступені стиснення (до ) і виключає передчасне самозаймання палива. Процес горіння палива при постійному тиску забезпечується відповідним регулюванням паливної форсунки. Створення такого двигуна пов'язують з ім'ям німецького інженера Дизеля, який вперше розробив конструкцію такого двигуна.

Розглянемо ідеальний цикл двигуна з поступовим згорянням палива при постійному тиску, тобто цикл із підведенням кількості теплоти при постійному тиску. На рис. 70.4 і 70.5 зображений цей цикл і діаграмах. Здійснюється він в такий спосіб. Газоподібне робоче тіло з початковими параметрами , стискається по адіабаті 1-2; потім тілу по ізобарі 2-3 повідомляється кілька теплоти. Від точки 3 робоче тіло розширюється по адіабаті 3-4. І нарешті, по ізохоре 4-1 робоче тіло повертається в початковий стан, при цьому теплоприймач відводиться теплота .

Характеристиками циклу є ступінь стиснення та ступінь попереднього розширення.

Визначимо термічний ККД циклу, вважаючи, що теплоємності та їх відношення постійні:

Кількість підведеної теплоти

кількість відведеної теплоти

Термічний ККД циклу

Мал. 7.6.4 Мал. 7.6.5

Середній індикаторний тиск у циклі з підведенням теплоти визначається з формули

Середній індикаторний тиск збільшується зі зростанням та .

Цикл з підведенням кількості теплоти в процесі при , або цикл зі змішаним підведенням кількості теплоти.

Двигуни з поступовим згорянням палива мають деякі недоліки. Одним із них є наявність компресора, що застосовується для подачі палива, на роботу якого витрачається 6–10% від загальної потужності двигуна, що ускладнює конструкцію та зменшує економічність двигуна. Крім того, необхідно мати складні пристрої насоса, форсунки тощо.

Прагнення спростити та покращити роботу таких двигунів призвело до створення безкомпресорних двигунів, у яких паливо механічно розпорошується при тисках 50-70 МПа. Проект безкомпресорного двигуна високого стиску зі змішаним підведенням кількості теплоти розробив російський інженер Г. В. Трінклер. Цей двигун позбавлений недоліків обох типів розібраних двигунів. Рідке паливо паливним насосом подається через паливну форсунку в головку циліндра у вигляді дрібних крапельок. Потрапляючи в нагріте повітря, паливо спалахує і горить протягом усього періоду, поки відкрита форсунка: спочатку при постійному обсязі, а потім при постійному тиску.

Ідеальний цикл двигуна зі змішаним підведенням кількості теплоти зображений у – та – діаграмах на рис. 70.6 та 70.7.

Визначимо термічний ККД циклу за умови, що теплоємності і показник адіабати постійні:

Перша частка підведеної кількості теплоти

Друга частка підведеної кількості теплоти

Кількість відведеної теплоти

Індиціювання двигуна. Визначення потужності

Індикаторні діаграми, зняті з дотриманням необхідних умов, дозволяють визначити індикаторну потужність та розподіл її по циліндрах двигуна, дослідити газорозподіл, роботу форсунок, паливних насосів, а також визначити максимальний тиск циклу p z , тиск стиснення рз та ін.

Зняття індикаторних діаграм проводять після прогріву двигуна при тепловому режимі, що встановився. Після зняття кожної діаграми індикатор повинен бути відключений від циліндра 3-ходовим краном індикатора та індикаторним клапаном на двигуні. Барабани індикатора зупиняють вимкненням шнура від приводу. Періодично після зняття кількох діаграм поршень індикатора та його шток треба трохи змащувати. Не слід проводити індикування двигуна при хвилюванні моря понад 5 балів. При знятті індикаторних діаграм індикатор повинен бути справним, індикаторні крани повністю відкриті. Діаграми рекомендується знімати одночасно з усіх циліндрів; якщо останнє неможливо, то послідовне зняття їх треба проводити в якомога коротший термін при постійній частоті обертання колінчастого валу двигуна.

Перед індикацією необхідно перевірити справність індикатора та його приводу. Поршень та втулка індикатора повинні мати повне прилягання; змащений поршень при знятій пружині з верхнього положення повинен опускатися в циліндрі повільно та рівномірно під дією власної ваги. Поршень і втулку індикатора змащують тільки циліндровим або моторним маслом, але не приладовою, яка входить в комплект індикатора і призначена для змащування зчленувань механізму і верхньої частини штока поршня. Пружину та гайку (ковпачок), що затискає пружину, треба загорнути повністю. Висота підйому пишучого штифта індикатора повинна бути пропорційна тиску газів в циліндрі, що індикується, а кут повороту барабана - пропорційний ходу поршня. Зазори в шарнірних з'єднаннях передавального механізму повинні бути невеликими, що перевіряється легким похитуванням важеля при нерухомому поршні, а також повинен бути відсутнім мертвий хід. При повідомленні індикатора з робочою порожниною циліндра при нерухомому барабані штифт пишучий індикатора повинен креслити вертикальну пряму лінію.

Індикатор пов'язаний із приводом або спеціальним індикаторним шнуром, або спеціальною сталевою стрічкою розміром 8 х 0,05 мм. Шнур для приводу – лляний, плетений; перед встановленням новий шнур витягують протягом доби, підвішуючи до нього вантаж масою 2 – 3 кг. При незадовільний стан шнура виходять значні спотворення індикаторної діаграми. Сталеву стрічку застосовують для двигунів з числом оборотів 500 об/хв і вище, а також якщо число оборотів менше 500 об/хв, але з'єднання індикатора та приводу має вигляд ламаної лінії завдовжки 2 - 3 м. Придатність шнура з погляду його витяжки перевіряють зняттям діаграми стиснення при вимкненій подачі палива. Якщо лінія стиснення збігається з лінією розширення, шнур придатний до роботи. Довжину індикаторного шнура необхідно відрегулювати так, щоб у крайніх положеннях барабан не сягав упору. При короткому шнурі відбувається його обрив, при довгому діаграма має укорочений вигляд ("обрізаний"), так як в кінці ходу поршня барабан буде нерухомий. Під час індикації шнур повинен бути постійно натягнутим.

При проведенні атмосферної лінії необхідно стежити за тим, щоб вона розташовувалася на відстані 12 мм від нижньої кромки паперу для індикаторів моделі 50 і 9 мм - моделі 30. У цьому випадку пишучий механізм працюватиме в оптимальному діапазоні вимірювань і вести правильний запис лінії всмоктування під лінією атмосферного тиску. Довжина діаграми має бути не більше 90% найбільшого перебігу барабана.

Індикаторний шнур повинен лежати у площині качання важеля індикаторного приводу. У середньому положенні важеля шнур має бути перпендикулярним до його осі. Індикатор слід встановити так, щоб шнур не зачіпав трубопроводи, решітки та інші деталі. Якщо він зачіпає, і це не усувається зміною положення індикатора, то встановлюють перехідний ролик. При цьому необхідно зберегти перпендикулярність шнура від ролика до осі важеля індикатора при середньому положенні останнього. Натиск олівця (штифта, що пише) повинен бути відрегульований так, щоб він не рвав папір, а залишав тонкий ясно видимий слід. Мідний штифт повинен завжди бути добре заточений. Сильний тиск олівця викликає збільшення площі діаграм. Папір повинен щільно прилягати до індикаторного барабана.

Перед встановленням індикатора, щоб уникнути засмічення каналів і поршня, необхідно ретельно продути індикаторний клапан двигуна. Перед зняттям діаграми продування повторіть через 3-ходовий кран індикатора. Перед індикацією двигуна індикатор повинен бути добре прогрітий. Невиконання цієї вимоги призводить до викривлення індикаторних діаграм. Під час встановлення та зняття індикатора не можна користуватися ударним інструментом при затисканні та віддачі накидної гайки. Для цього є спеціальний ключ, що входить до комплекту індикатора.

Індикатори та індикаторні пружини не рідше 1 разу на два роки повинні перевірятися органами нагляду та мати свідоцтво про придатність. Стан індикаторного приводу перевіряють на працюючому двигуні зняттям діаграм стиснення при вимкненій подачі палива. При правильно відрегульованому індикаторному приводі лінії стиснення та розширення повинні збігатися. При виявленні дефектів у механізмі газорозподілу в період аналізу індикаторних діаграм необхідно вжити заходів щодо їх усунення. Після виправлення дефектів провести повторне індикація та обробку (аналіз) індикаторних діаграм.

Звичайні індикаторні діаграми для аналізу зміни робочого процесу двигунів, які працюють зі змінним навантаженням. Знімають серією на безперервній стрічці, йдуть одна за одною через встановлений інтервал.

Зняті індикаторні діаграми перед обробкою аналізуються, оскільки через недоліки регулювання двигуна або через несправність індикатора, його приводу або порушенням правил індикації індикаторні діаграми можуть мати різні спотворення.

Планиметрування.

Індикаторні діаграми обробляють у такій послідовності: налаштовують планіметр та планиметрують усі діаграми; визначають їхні площі; заміряють довжини всіх діаграм і значення ординат рс і p z , підраховують р i для кожного циліндра. Планиметр налаштовують за площею кола, окресленого планкою, що додається до планіметра. У разі відсутності спеціальної планки показання планіметра перевіряють квадратом на міліметровому папері. Планиметрування роблять на гладкій дошці, покритій аркушем паперу. При встановленні планиметра його важелі по відношенню до діаграми розташовують під кутом 90 °. При обведенні діаграми кут між важелями планиметра має становити 60-120°.

Довжину індикаторної діаграми вимірюють за атмосферною лінією. Хід приводу слід вибирати таким, щоб довжина діаграми дорівнювала 70 та 90 - 120 мм для індикаторів моделей 30 та 50 відповідно.

За відсутності планиметра середній індикаторний тиск р i знаходиться з достатньою точністю шляхом трапеції. І тому діаграму розбивають вертикальними лініями на 10 рівних частин.Середнє індикаторнетиск визначають за формулою

pi = Σ h/(10m),

де Σ h- сума висот h1,h2 h10,

мм; т - масштаб індикаторної пружини, мм/МПа. Спосіб вимірювання ординатh, p z і р з показано на рис. 4.6. При знятті індикаторних діаграм у кожному окремому випадку для порівняльної оцінки розподілу навантаження по циліндрах треба враховувати температуру газів, що відпрацювали.

Кожну ділянку ділять навпіл і посередині вимірюють її висоту. При оформленні результатів індикування на бланку знятої діаграми дизеля необхідно вказувати назву судна, дату індикування, марку дизеля, номер циліндра, масштаб пружини, довжину та площу діаграми, отримані параметри p z , р с , р,-, N е , n. Оброблені індикаторні діаграми кожного двигуна вклеюють у „Журнал індикування” з відповідним аналізом результатів індикування. У пояснювальному тексті повинні бути зазначені виявлені недоліки регулювання двигуна та вжиті заходи щодо їх усунення. Після закінчення рейсу,. Журнал індикування і комплект оброблених діаграм треба подавати в МСС флоту разом з рейсовим машинним звітом. При обробці діаграм, знятих з високооборотних дизелів, необхідно робити поправку на похибку друкарського механізму індикатора, яка в окремих випадках може досягати 0,02-0,04 МПа (додається до основного значення).

Аналіз процесу згоряння за діаграмами та осцилограмами

Індикаторна діаграма – це графічне зображення залежності тиску в циліндрі від ходу поршня.

Способи одержання (зняття) індикаторних діаграм

Для отримання індикаторних діаграм використовуються механічні індикатори або електронні системи вимірювання тиску газів у циліндрі та палива в процесі впорскування (MIPCalculator, pressureanalyzer)(NK-5 "Аутроніка" та CyldetABB). Для отримання повноцінних індикаторних діаграм за допомогою механічного індикатора двигун Д.Б. обладнаний індикаторним приводом.

Види індикаторних діаграм

Нормальні індикаторні діаграми служать визначення середнього індикаторного тиску і загального аналізу характеру перебігу індикаторного процесу.

Мал. 1 Види індикаторних діаграм

Діаграми-гребінки служать визначення тиску наприкінці стискуванняр з та максимального тиску згорянняр г на двигунах, що не мають індикаторнихприводів.При цьому барабан індикатора за допомогою шнура повертають рукою. Для визначення рздіаграму знімають при вимкненій подачі палива в циліндр.

Діаграми стиснення як зазначалося, використовуються для перевірки індикаторного приводу. За ними можна також визначити тиск рзта оцінити герметичність поршневих кілець за величиною майданчика між лінією стиснення 1 та лінією розширення2.

Діаграми газообміну знімаютьзвичайним способом, але застосовують слабкі пружини з масштабом 1 кгс/см2 = 5 мм (і більше) та нормальний («паровий») поршень. За такими діаграм аналізують процеси випуску, продування і наповнення циліндра. Верхня частина діаграми обмежується горизонтальною лінією, оскільки поршень індикатора, перебуваючи під впливом слабкої пружини, досягає крайнього верхнього положення і залишається в ньому до зниження тиску в циліндрі до 5 кгс/см.2 .

Розгорнуті діаграми служать для аналізу процесу згоряння в районі ВМТ, а також для визначення р двигунах, що не мають індикаторного приводу. Розгорнуті діаграми знімають електричним пли механічним індикатором з незалежним від валу двигуна приводом (наприклад, годинникового механізму).

Для зняття всіх вищезгаданих діаграм за винятком гребінки потрібен індикаторний привід

Спотворення індикаторних діаграм виникають найчастіше при заїданні поршня індикатора (рис. 2,а), встановлення слабкої (рис. 2, б) або жорсткої пружини (рис. 2,в), ослаблення гайки кріплення пружини індикатора, витяжки індикаторного шнура (рис. 2,г) або його довжині (мал.2, д).

Мал.2. Спотворенняіндикаторнихдіаграм

дет - масштаб пружини.

Максимальний тиск згоряння можна визначити також за нормальною індикаторною діаграмою, а тиск, наприкінці стиснення - діаграмою стиснення.

Середній індикаторний тиск визначають за нормальними або розгорнутими індикаторними діаграмами. За розгорнутими діаграмамиp i знаходять графоаналітичним способом, перебудовою розгорнутої діаграми на нормальну або за допомогою спеціальної номограми.

За нормальною індикаторною діаграмою значенняр i визначають за формулою

(130)

деF i - площа індикаторної діаграми, мм2 ;

т - масштаб пружини індикатора, мм/(кгс/см2 );

l - Довжина діаграми, мм.

Довжину кожної індикаторної діаграми вимірюють між дотичними до крайніх точок контуру діаграми, які проводяться перпендикулярно до атмосферної лінії. Площу діаграми вимірюють планіметром.

Слід зазначити, що у визначенні середнього індикаторного тискур i по індикаторній діаграмі похибка виміру може досягати 10-15% і більше. Водночас у суднових малооборотних дизелях при нормальному технічному стані систем паливоподачі та наддуву співвідношення між тисками.р i р τ , p z , індексом паливного насоса та цикловою подачею паливаg ц зазвичай зберігаються досить стабільними тривалий час. Тому будь-який із зазначених параметрів може бути обраний для оцінки навантаження циліндра.

У зв'язку з цим деякі дизелебудівні заводи встановлення індикаторних приводів вважають недоцільнима в розробленій для цих двигунів системі діагностики для оцінки навантаження циліндрів використовується величинар z .

Тому найпоширенішими видами індикаторних діаграм, знятих механічним індикатором, є гребінки і розгорнуті «від руки».

Діаграма-гребінка дозволяє визначити тиск кінця стиснення (р з ) та максимальний тиск циклу (p z ), причому для зняттяр з необхідно відключення подачі палива на цей циліндр. Відключення циліндра призведе до зниження потужності та оборотів двигуна, ГТН та тиску наддуву, що у свою чергу позначиться на величині тиску стиснення. Для вимірювання тиску стиснення краще діаграма розгорнута «від руки». Дана діаграма при певній навичці нагадує розгорнуту діаграму зняту за допомогою індикаторного приводу, але зв'язок між тиском і перебігом поршня відсутня.

Отримані значенняp з іp z необхідно проаналізувати. Для отримання більш точних висновків одночасно зі зняттям діаграми необхідно записати такі дані: температури газів за циліндрами, перед і після турбіни, тиск і температуру повітря, оберти двигуна і турбіни, покажчик навантаження двигуна. Бажано знати витрати палива на момент зняття діаграми.

Кращий спосіб аналізу стану двигуна – це порівняти виміряні величини з величинами отриманими при заводських або ходових випробуваннях двигуна при тому ж навантаженні.

У разі відсутності даних випробувань необхідно порівняти отримані значення із середнім.

НаприкладТаблиця 1

Дата

Дв-ль

ДНТ

Додаткові значення

Час

Обороти

р н

Пар/№ц

порівн.

p z бар

165

156

167

156

175

164

163,8

Δp z

0,71%

-4,78%

1,93%

-4,78%

6,82%

0,10%

3,5%*

p c бар

124

120

125

128

127

122

124,3

Δp c

0,27%

3,49%

0,54%

2,95%

2,14%

1,88%

2,5%*

T г °С

370

390

380

390

372

350

375,3

ΔT г

-1,42%

3,91%

1,24%

3,91%

0,89%

-6,75%

5,0%*

Індекс ТНВД

Дія

Кільця,
клапана

TР↓

ϕ↓

TР

*РД 31.21.30-97 Правила технічної експлуатації СТС і К стор.

p z бар

T г °С

Дія

ТР

ϕ↓

ТР↓

Мал. 3. Діагностичний комплекс фірми «Аутроніка» НК-5

2 . Вбудований в систему мікропроцесор дозволяє дані вимірювань зберігати в пам'яті і надалі зіставляти нові дані з

колишніми чи еталонними.

Як приклад криві тисків газів в циліндрі і паливопроводі у форсунки (рис. 4) ілюструють типові порушення в протіканні процесів. Еталонна крива 1 відображає характер зміни тисків на режимі роботи двигуна при технічно справному стані, крива2 характеризує дійсний процес із тими чи іншими спотвореннями, викликаними несправностями.

Підтікання голки форсунки (рис. 4,а) у зв'язку з погіршенням розпилювання палива призводить до невеликого збільшення кутаφ z , зниження тискур z та значного догоряння палива на лінії розширення. Крива розширення йде більш порожнього і вище еталонної. Збільшується температура випускних газівt г та тискр ехр на лінії розширення координаті 36° після ВМТ.

При запізнюванні сприскування палива (рис. 4 б) зміщуються вправо початок видимого згоряння і весь процес згоряння палива. Одночасно знижується тискр z зростає температураt г та тискр ехр . Аналогічна картина спостерігається при зносі плунжерної пари паливного насоса і втрати щільності його клапана, що всмоктує. В останньому випадку зменшується циклова подача палива і відповідно дещо знижується тискp i

Внаслідок ранньої подачі палива (рис. 4,в) весь процес згоряння зміщується вліво у бік випередження, зменшується кут φ гі зростає тискр z . Оскільки процес стає економічнішим, дещо збільшуєтьсяp i . Ранню подачу підтверджує крива тисків палива у форсунки (рис. 4, г).

Зміни в кривій тиску палива внаслідок збільшення циклової подачі (рис. 4,д) супроводжуються зростанням величинр ф т a х та тривалості подачі φ ф.

Падіння швидкості наростання тиску палива Δр ф/Δφ на ділянці від початку його підйому до моменту відкриття голки, а також загальне падіння тиску впорскування (рис. 4,е) викликає зменшення кута випередження подачі φ нпта максимального тискур ф max . Причина полягає у збільшенні протікання палива через плунжерну пару, пару голка-напрямна форсунки внаслідок їх зносу або втраті щільності клапанів насоса, штуцерних з'єднань паливопроводу. Закоксовування соплових отворів або надмірне збільшення в'язкості палива (рис. 4,ж) призводить до зростання тиску впорскування внаслідок зростання опору витікання палива з отворів.

220

-15 40 -5 ВМТ 5 10 15 f, 9 №8

Рис.4. Тиск газів у циліндрі та палива у трубопроводі високого тиску

Мал. 6.4. Тиск газів у циліндрі та палива у паливопроводі у форсунки220

-15 40 -5 ВМТ 5 10 15 f, 9 №8

Робочий цикл двотактного двигуна здійснюється за два такти (за один оборот колінчастого валу). Процеси випуску та наповнення циліндра повітрям відбуваються лише на частині ходу поршня (130-150° повороту колінчастого валу), а тому вони значно відрізняються від таких процесів у чотиритактних двигунах.

Процеси очищення циліндра (випуску) і продування (наповнення) дуже складні і залежать і від типу двигуна, і від пристрою органів продування і випуску. У суднових двотактних дизелях знайшли застосування різні пристрої органів продування та випуску, тобто різні системи продувок.

На рис. 8 зображена схема пристрою двотактного дизеля тронкового типу з прямоточно-клапанним продуванням.

У нижній частині бічної поверхні робочого циліндра розташовані продувні вікна, а кришці циліндра - випускні клапани. Продувне повітря нагнітається в циліндр продувним насосом (у схемі, що розглядається - продувний насос роторного типу, або об'ємний насос). Він розташований збоку та приводиться в дію від розподільчого валу. Випускні клапани приводяться в дію від розподільного валу, число оборотів якого дорівнює числу оборотів колінчастого валу.

Індикаторна діаграма цього двигуна показана на рис. 9.

Перший такт - стиснення повітря в циліндрі починається з моменту перекриття поршнем вікон продувки (точка 7, рис. 8 і 9). Випускні клапани закриті. Тиск повітря в кінці стиснення (точка 2) досягає 35-50 кг/см 2 і температура 700-750 ° С.

Другий такт включає горіння палива, розширення продуктів згоряння, випуск та продування. Процес подачі палива в циліндр та його згоряння закінчуються так само, як і чотиритактному дизелі, і здійснюються в період розширення (точка 3). Початок подачі палива – точка 2” (рис. 9), а точка 2 – кінець стиснення.

Максимальний тиск циклу досягає 55-80 кг/см. 2 , А температура 1700-1800 ° С.

При подальшому русі поршня від ВМТ до НМТ відбувається розширення продуктів згоряння і в момент відкриття випускних клапанів (точка 4), які відкриваються раніше відкриття кромкою поршня продувних вікон, починається випуск.

Відкриття випускних клапанів раніше відкриття продувних вікон необхідне зниження тиску в циліндрі до тиску продувного повітря на момент відкриття продувних вікон.

Отже, з моменту початку відкриття поршнем продувних вікон (точка 5) до повного відкриття (точка 6) і знову до моменту закриття вікон (точка 1, при зворотному русі поршня від НМТ до ВМТ) відбувається процес продування циліндра.

Продувне повітря, заповнюючи циліндр, піднімається вгору, витісняючи гази, що відпрацювали, з циліндра через клапани у випускний тракт.

Таким чином відбувається одночасне очищення циліндра від газів, що відпрацювали, і наповнення циліндра свіжим зарядом повітря.

Закриття випускних клапанів (кінець випуску) проводиться трохи пізніше закриття поршнем продувних вікон (точка 6), що сприяє кращому очищенню верхньої частини циліндра від газів, що відпрацювали.

Після закриття випускних клапанів робочий цикл повторюється у тій самій послідовності.

На рис. 10 наведена розгорнута індикаторна діаграма двотактного дизеля, що розглядається, а на рис. 11-го кругова діаграма розподілу. Позначення фаз розподілу такі самі, як і на рис. 9.

Як видно на індикаторній діаграмі, тиск у циліндрі завжди вищий за атмосферний. Розмір мінімального тиску в циліндрі залежить від величини тиску продувного повітря. Тиск продувного повітря становить 1,2-1,5 ата і під час роботи двигуна з наддувом підвищується до 2,5 ата.

На круговій діаграмі (див. рис. 11) кути позначають такі фази розподілу.

У чотиритактному двигуні робочі процеси відбуваються так:

• 1. Такт впуску. При русі поршня від ВМТ до НМТ внаслідок утворюється розрядження з очищувача повітря в порожнину циліндра через відкритий впускний клапан надходить атмосферне повітря. Тиск повітря в циліндрі становить 0.08 – 0.095 МПа, а температура 40 – 60 С.
• 2. Такт стиснення. Поршень рухається від НМТ до ВМТ; впускний і випускний клапани закриті, внаслідок цього поршень, що переміщається вгору, стискає повітря, що надійшло. Для займання палива необхідно, щоб температура стисненого повітря була вищою за температуру самозаймання палива. При ході поршня до ВМТ циліндр через форсунку впорскується дизельне паливо, що подається паливним насосом.
• 3. Такт розширення, чи робочий хід. Впоране в кінці такту стиснення паливо, перемішуючись з нагрітим повітрям, займається, і починається процес згоряння, що характеризується швидким підвищенням температури та тиску. При цьому максимальний тиск газів досягає 6-9 МПа, а температура 1800-2000 С. Під дією тиску газів поршень 2 переміщається від ВМТ НМТ - відбувається робочий хід. При НМТ тиск знижується до 0.3-0.5 МПа, а температура до 700 - 900°С.
• 4. Такт випуску. Поршень переміщається від НМТ ВМТ і через відкритий випускний клапан 6 відпрацьовані гази виштовхуються з циліндра. Тиск газів знижується до 0.11-0.12 МПа, а температура до 500-700 С. Після закінчення такту випуску при подальшому обертанні колінчастого валу робочий цикл повторюється в тій же послідовності.

Індикаторну діаграму, зняту за допомогою приладу-індикатора, називають індикаторною діаграмою (рис.1).

Мал. 1

Розглянемо діаграму:

• 0-1 - заповнення циліндра повітрям (при внутрішньому сумішоутворенні) або робочою сумішшю (при зовнішньому сумішоутворенні) при тиску дещо нижче атмосферного через гідродинамічний опір впускних клапанів і всмоктуючого трубопроводу,
• 1-2 - стиск повітря або робочої суміші,
• 2-3"-3 - період горіння робочої суміші,
• 3-4 - робочий хід поршня (розширення продуктів згоряння), здійснюється механічна робота,
• 4-5 - вихлоп відпрацьованих газів, падіння тиску до атмосферного відбувається практично при постійному обсязі,
• 5-0 – звільнення циліндра від продуктів згоряння.

У реальних теплових двигунах перетворення теплоти на роботу пов'язані з перебігом складних незворотних процесів (є тертя, хімічні реакції у робочому тілі, кінцеві швидкості поршня, теплообмін та інших.) Термодинамічний аналіз такого циклу неможливий Гельман В.М., Москвин М.В. Сільськогосподарські трактори та автомобілі. - М: Агропромиздат, 1987, ч I і П..