Построение индикаторных диаграмм

Индикаторные диаграммы строятся в координатах p-V .

Построение индикаторной диаграммы двигателя внутреннего сгорания производится на основании теплового расчета.

В начале построения на оси абсцисс откладывают отрезок АВ, соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе, который в зависимости от величины хода поршня проектируемого двигателя может быть принят 1:1, 1,5:1 или 2:1.

Отрезок ОА, соответствующий объему камеры сгорания,

определяется из соотношения:

Отрезок z"z для дизелей (рис. 3.4) определяется по уравнению

Z,Z=OA(p-1)=8(1,66-1)=5.28мм, (3.11)

давлений = 0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,07; 0,10 МПа в мм так, чтобы

получить высоту диаграммы, равную 1,2…1,7 ее основания.

Затем по данным теплового расчета на диаграмме откладывают в

выбранном масштабе величины давлений в характерных точках а, с, z", z,

b, r. Точка z для бензинового двигателя соответствует pzT .

Индикаторная диаграмма четырехтактного дизельного двигателя

По наиболее распространенному графическому методу Брауэра политропы сжатия и расширения строят следующим образом.

Из начала координат проводят луч ОК под произвольным углом к оси абсцисс (рекомендуется приинмать = 15…20°). Далее из начала координат проводят лучи ОД и ОЕ под определенными углами и к оси ординат. Эти углы определяют из соотношений

0.46 = 25°, (3.13)

Политропу сжатия строят с помощью лучей ОК и ОД. Из точки С проводят горизонталь до пересечения с осью ординат; из точки пересечения - линию под углом 45° к вертикали до пересечения с лучом ОД, а из этой точки - вторую горизонтальную линию, параллельную оси абсцисс.

Затем из точки С проводят вертикальную линию до пересечения с лучом ОК. Из этой точки пересечения под углом 45?°к вертикали проводим линию до пересечения с осью абсцисс, а из этой точки??вторую вертикальную линию, параллельную оси ординат, до пересечения со второй горизонтальной линией. Точка пересечения этих линий будет промежуточной точкой 1 политропы сжатия. Точку 2 находят аналогично, принимая точку 1 за начало построения.

Политропу расширения строят с помощью лучей ОК и ОЕ, начиная от точки Z", аналогично построению политропы сжатия.

Критерием правильности построения политропы расширения является приход ее в ранее нанесенную точку b.

Следует иметь в виду, что построение кривой политропы расширения следует начинать с точки z , а не z..

После построения политропы сжатия и расширения производят

скругление индикаторной диаграммы с учетом предварения открытия выпускного клапана, опережения зажигания и скорости нарастания давления, а также наносят линии впуска и выпуска. Для этой цели под осью абсцисс проводят на длине хода поршня S как на диаметре полуокружность радиусом R=S/2. Из геометрического центра Оґ в сторону н.м.т. откладывается отрезок

где L - длина шатуна, выбирается из табл. 7 или по прототипу.

Луч О 1.С 1 проводят под углом Q о =, 30° соответствующим углу

опережения зажигания (Qо = 20…30° до в.м.т.), а точку С 1 сносят на

политропу сжатия, получая точку c1.

Для построения линий очистки и наполнения цилиндра откладывают луч О 1?В 1 под углом g =66°. Этот угол соответствует углу предварения открытия выпускного клапана или выпускных окон. Затем проводят вертикальную линию до пересечения с политропой расширения (точка b 1?).

Из точки b 1. проводят линию, определяющую закон изменения

давления на участке индикаторной диаграммы (линия b 1.s ). Линия аs ,

характеризующая продолжение очистки и наполнения цилиндра, может

быть проведена прямой. Следует отметить, что точки s. b 1. можно также

найти по величине потерянной доли хода поршня y .

as =y .S . (3.16)

Индикаторная диаграмма двухтактных двигателей так же, как и двигателей с наддувом, всегда лежит выше линии атмосферного давления.

В индикаторной диаграмме двигателя с наддувом линия впуска может быть выше линии выпуска.

2. Процессы газообмена 2-х и 4-х тактных дизельных двигателей. Понятие наддува. Импульсный газотурбинный и наддув при постоянном давлении. Коэффициент избытка воздуха.

3. Генераторы судовой электростанции. Техническое обслуживание щеточного аппарата синхронного генератора.

2. Принцип работы холодильной установки. Холодильные агенты и хладоносители.

3. Техническое обслуживание кислотных аккумуляторных батарей (акб).

4. Техническое обслуживание судовых помещений.

1. Международная конвенция о грузовой марке 1966 года.

3. Измерение сопротивления изоляции электрооборудования. Техническое обслуживание распределительных устройств.

4.Техническое обслуживание судовых систем.

1.Категории затопленных отсеков. Влияние свободной поверхности на остойчивость на больших углах крена.

2.Судовые паровые котлы: классификация, устройство водотрубных, огнетрубных, комбинированных и утилизационных котлов, устройства для сжигания топлива в котлах.

Процесс сгорания топлива

Подача воздуха

Сгорание топлива

3. Средства, обеспечивающие распределение нагрузки при параллельной работе генераторов.

4.Осмотр судна в доке и на плаву.

1. Конструктивные меры противопожарной безопасности.

2.Основные термодинамические процессы для идеальных газов.

3.Судовые силовые трансформаторы.

4.Техническое обслуживание дизелей и их отдельных сборочных единиц и деталей.

1. Конвенция солас.

2. Цикл Карно.

3. Техническое обслуживание взрывозащищенного электрооборудования и сетей. Осмотры электрооборудования

4.Очистки, осмотры и испытания котлов.

1. Международный кодекс по спасательным средствам. Индивидуальные и коллективные спасательные средства.

3. Аварийные дизель - генераторы и система их автоматического запуска.

4.Техническое обслуживание элементов котла.

1. Международная конвенция марпол по предотвращению загрязнения с судов. Судовые документы по пзм, сроки их действия, возобновление документов.

2.Основные понятия о машинах и механизмах. Кинематическая пара, кинематическая цепь. Виды передач.

3. Классификация полупроводниковых преобразователей электроэнергии.

4.Техническое обслуживание вспомогательных механизмов и оборудования.

2. Сопротивление материалов: виды деформаций, напряжений, нагрузок.

3. Частотные преобразователи для управления асинхронными электродвигателями.

4.Смазывание вспомогательных механизмов и оборудования, техническое обслуживание подшипников.

1. Судовые системы, предназначенные для предотвращения возникновения или распространения пожара. Средства пожаротушения на судах и их классификация. Противопожарное снабжение.

2.Детали машин: детали и узлы общего и специального назначения, виды соединений.

3. Щитовые электроизмерительные приборы (эп). Подключение электроизмерительных приборов. Погрешность результата измерения.

4.Техническое обслуживание холодильных установок. Удаление хладона. Наполнение системы хладоном и дозарядка.

1. Классификация судовых помещений по назначению. Размещение помещений в основном корпусе судна.

2. Основные неподвижные и подвижные детали судовых дизелей.

3. Электрическое освещение – основное и аварийное. Судовые электронагревательные и отопительные приборы и устройства. Обслуживание и предъявляемые к ним требования.

4. Система технического обслуживания судна. Общие требования по то судна. План-графики по то стс и к.

1. Судовые документы, требуемые ктм рф. Судовые документы, выдаваемые рмрс России в соответствии с требованиями мк солас 74/88 с поправками. Мппсс-72 и регламента радиосвязи 1997 г.

2. Подготовка дизельной установки к действию после длительной стоянки, во время которой производились работы, связанные с разборкой. Подготовка дизельной установки к действию в зимнее время.

3. Режимы работы судовых электроприводов. Факторы, обеспечивающие нормальную работу судовых электрических машин. Защита электродвигателей в электроприводах.

4. Надзор за судами в эксплуатации. Использование результатов в процессе технического надзора за судами.

2. Работа дизеля в режимах и условиях, отличных от нормальных. Подготовка к манёврам и остановка дизельной установки.

3. Приборы контроля и сигнализации. Датчики и индикаторы, применяемые в судовых системах. Аварийно-предупредительная сигнализация (апс).

4. Виды и порядок прохождения инструктажа по технике безопасности.

1. Мкуб - его цели и требования. Основные резолюции имо по внедрению мкуб.

International Management Code for the Safe Operation of Ships and for Pollution Prevention (International Safety Management (ism) Code) » - мкуб

2. Ввод дизеля в режим эксплуатационной нагрузки. Работа гд и обслуживающих его систем в сложных условиях.

3. Средства автоматики и дистанционного управления. Готовность к действию и ввод в действие электрических систем автоматики. Основные требования к системам дау.

4. Техника безопасности при обслуживании дизельных установок.

1. Система управления безопасностью судоходной компании. Назначенное лицо. Национальные нормативные документы по внедрению мкуб.

2. Контроль и регулировка параметров рабочего процесса судовых дизелей.

3. Техническая документация по судовому электрооборудованию, виды технической документации. Электрические схемы и чертежи, их отличие друг от друга.

4. Работа главной дизельной установки в аварийных условиях и во время обкатки.

1. Международная конвенция марпол-73/78: правила регистрации операций с нефтью и нефтепродуктами. Ответственность и контроль.

2.Подготовка котла к действию, обслуживание котла в действии, вывод котла из действия.

3. Проверки работы адг, сети аварийного освещения, авральной и пожарной сигнализации, водонепроницаемых дверей; периодичность проверок.

1. Кодекс торгового мореплавания рф. Устав службы на судах ммф. Дисциплинарный устав.

2. Обслуживание котла на режимах, отличных от нормальных. Водный режим котла. Меры предосторожности при упуске воды из котла. Хранение бездействующего котла.

3. Электробезопасность. Защита от поражения электрическим током, защитное заземление. Диэлектрические средства защиты, периодичность проверок их на электрическую прочность.

4. Контроль технического состояния корпусных конструкций. Виды и методы неразрушающего контроля и диагностики технического состояния корпуса и конструкций судна.

2.Типы насосов, входящих в состав судовых систем. Птэ насосов по типам.

3. Функции элементов сар и назначение. Система дистанционного автоматического управления гд.

4. Требования птэ по технической эксплуатации и обслуживанию машинных и котельных помещений. Предремонтная дефектация элементов корпуса судна, организация и этапы выполнения.

1. «Наставление по предотвращению загрязнения с судов». Пломбирование клапанов на судне. Бункеровочные операции.

2. Работа гд с выключенными цилиндрами. Регулировка параметров рабочего процесса гд.

4. Взаимодействие должностных лиц в процессе ремонта. Доковый ремонт. Доковый ремонт

2. Работа гд с перегрузкой. Работа гд в режиме холостого хода. Подготовка гд к маневрам и остановке.

3. Аварийный безбатарейный телефон для связи мостик-цпу- румпельная. Частоты судовой рабочей носимой укв.

4. Написание ремонтной ведомости. Проведение тендера на ремонт судна. Распределение обязанностей на предстоящий ремонт судна.

2. Указания по техническому обслуживанию вентиляторов и поршневых компрессоров.

3. Общая характеристика рулевых электроприводов и требования к ним.

4. Испытания судна после ремонта. Окончание ремонта на заводе. Гарантийный период после ремонта.

1. Якорное устройство, назначение и состав. Общие сведения и классификация. Швартовное устройство. Общие сведения, назначение и классификация. Якорное устройство.

Якорная цепь.

2. Указания по техническому обслуживанию теплообменных аппаратов, фильтров, сосудов под давлением и тормозных устройств.

3. Подготовка грузовых устройств к работе. Электрическое торможение грузоподъемников переменного тока.

Среднее эффективное Ре давление это давление которое зависит от количества топлива впрыскиваемого в цилиндр.

Эффективная мощность Ре - мощность, снимаемая с соединительного фланца вала двигателя, т. е. отдаваемая валопроводу, генератору или любому потребителю энергии на данном режиме работы

Индикаторная мощность Рz - мощность развиваемая газами внутри рабочих цилиндров двигателя, называют индикаторной.

3. Основные электрические величины – электрический ток, напряжение, мощность

электрического тока, единицы измерения.

ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЙ ТОК - УПОРЯДОЧЕННОЕ НЕКОМПЕНСИРОВАННОЕ ДВИЖЕНИЕ СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ.

НАПРЯЖЕНИЕ – КОЛЛИЧЕСТВО ЭНЕРГИИ ЗАТРАЧИВАЕМОЕ НА ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ИЗ ОДНОЙ ТОЧКИ В ДРУГУЮ.

МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА – СКОРОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ ЭНЕРГИИ. МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА РАВНА РАБОТЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА, ПРОИЗВОДИМОЙ В ТЕЧЕНИЕ ОДНОЙ СЕКУНДЫ.

4. Общие требования к техническому обслуживанию стс и к.

ПОД СУДОВЫМИ ТЕХНИЧЕСКИМИ СРЕДСТВАМИ ПОНИМАЮТСЯ УСТАНОВКИ, АГРЕГАТЫ, МЕХАНИЗМЫ И ДРУГОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СУДНА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ЕГО РАБОТОСПОБНОСТЬ В СООТВЕТСТВИИ С НАЗНАЧЕНИЕМ.

1. Общие положения 1.1. Техническая эксплуатация судовых технических средств и конструкций (СТС и К) должна производиться в соответствии с инструкциями заводов-изготовителей и требованиями настоя­щих Правил.

1.2. Все операции связанные с вводом в действие, изменени­ем режимов работы, выводом из действия, проворачиванием и разборкой технических средств, должны производиться с разре­шения, по указанию или с извещением должностных лиц (капитана, вахтенного помощника капитана, старшего механи­ка, вахтенного механика, ответственного по заведованию), если это предусмотрено соответствующими пунктами Правил или другими документами, регламентирующими действия судового экипажа. 1.3. Бездействия, связанные с техническим использованием, обслуживанием и ремонтом СТСиК должны регистрироваться вахтенным механиком в машинном журнале. 1.4. На судне должен быть организован учет технического со­стояния СТСиК а также учет наличия и движения сменно-запасных частей и предметов, материально-технического снабжения по заведованиям.

1.5. При в воде в действие оборудования, убедиться что оборудование исправно, КИП исправны и так далее.

БИЛЕТ 2.

1. Посадка и остойчивость судна, теоретические основы. Остойчивость, метацентрическая высота. Информация об остойчивости.

ОСТО́ЙЧИВОСТЬ - способность плавучего средства противостоять внешним силам, вызывающим его крен или дифферент и возвращаться в состояние равновесия.

Судно плавает на поверхности воды под действием двух основных сил: силы тяжести и Архимедовой силы. Сила тяжести -“тянет судно вниз”, равна его весу и приложена к центру тяжести судна ЦТ. Сила плавучести или Архимедова сила –“выталкивает судно из воды”, равна его водоизмещению и приложена в центре подводного объема ЦВ судна.

В “прямом” положении судна эти силы уравновешивают друг друга и лежат на одной вертикальной линии. При крене форма подводной части корпуса изменится, ЦВ сместится в сторону накрененного борта, и возникнет так называемыйвосстанавливающий момент, который противодействует крену. При наклонении судна ЦВ как бы поворачивается вокруг точки, называемой метацентром m.

Расстояние от метацентра m до центра тяжести ЦТ (метацентрическая высота) является характеристикой остойчивости судна. Чем меньше судно, тем больше должна быть метацентрическая высота. Чем ниже расположен центр тяжести, тем судно остойчивее. Существует простое правило: КАЖДЫЙ КИЛОГРАММ ПОД ВАТЕРЛИНИЕЙ ПОВЫШАЕТ ОСТОЙЧИВОСТЬ, А КАЖДЫЙ КИЛОГРАММ НАД ВАТЕРЛИНИЕЙ УХУДШАЕТ ЕЕ.

Рабочий цикл двухтактного двигателя осуществляется за два такта (за один оборот коленчатого вала). Процессы выпуска и наполнения ци­линдра воздухом происходят только на части хода поршня (130-150° пово­рота коленчатого вала), а потому они значительно отличаются от таких же процессов в четырехтактных двигателях.

Процессы очистки цилиндра (выпу­ска) и продувки (наполнения) весьма сложны и зависят и от типа двигателя, и от самого устройства органов продувки и выпуска. В судовых двухтактных дизелях нашли применение различные устройства органов продувки и вы­пуска, т. е. различные системы продувок.

На рис. 8 изображена схема устройства двухтактного дизеля тронкового типа с прямоточно-клапанной продувкой.

В нижней части боковой поверхности рабочего цилиндра расположены продувочные окна, а в крышке цилиндра - выпускные клапаны. Продувоч­ный воздух нагнетается в цилиндр продувочным насосом (в рассматриваемой схеме - продувочный насос роторного типа, или объемный насос). Он рас­положен сбоку и приводится в действие от распределительного вала. Вы­пускные клапаны приводятся в действие от распределительного вала, число оборотов которого равно числу оборотов коленчатого вала.

Индикаторная диаграмма данного двигателя показана на рис. 9.

Первый такт - сжатие воздуха в цилиндре начинается с момента пере­крытия поршнем продувочных окон (точка 7, рис. 8 и 9). Выпускные кла­паны закрыты. Давление воздуха в конце сжатия (точка 2) достигает 35- 50 кГ/см 2 и температура 700-750° С.

Второй такт включает горение топлива, расширение продуктов сго­рания, выпуск и продувку. Процесс подачи топлива в цилиндр и его сго­рание заканчиваются так же, как и в четырехтактном дизеле, и осуще­ствляются в период расширения (точка 3). Начало подачи топлива - точка 2" (рис. 9), а точка 2 - конец сжатия.

Максимальное давление цикла достигает 55-80 кГ/см 2 , а температу­ра 1700-1800° С.

При дальнейшем движении поршня от ВМТ к НМТ происходит расши­рение продуктов сгорания и в момент открытия выпускных клапанов (точка 4), которые открываются раньше открытия кромкой поршня продувоч­ных окон, начинается выпуск.

Открытие выпускных клапанов раньше открытия продувочных окон необходимо для снижения давления в цилиндре до давления продувочного воздуха к моменту открытия продувочных окон.

Следовательно, с момента начала открытия порш­нем продувочных окон (точка 5) до полного их открытия (точка 6) и вновь до момента закры­тия окон (точка 1, при обратном движении поршня от НМТ к ВМТ) происходит процесс продувки цилиндра.

Продувочный воздух, заполняя цилиндр, поднимается вверх, вытесняя отработавшие газы из цилиндра через клапаны в выпускной тракт.

Таким образом происходит одновременная очи­стка цилиндра от отработавших газов и на­полнение цилиндра свежим зарядом воз­духа.

Закрытие выпускных клапанов (конец вы­пуска) производится несколько позже закрытия поршнем продувочных окон (точка 6), что спо­собствует лучшей очистке верхней части цилин­дра от отработавших газов.

После закрытия выпускных клапанов рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

На рис. 10 приведена развернутая индикаторная диаграмма рассма­триваемого двухтактного дизеля, а на рис. 11-его круговая диаграмма рас­пределения. Обозначения фаз распределения такие же, как и на рис. 9.

Как видно на индикаторной диаграмме, давление в цилиндре всегда выше атмосферного. Величина минимального давления в цилиндре зависит от величины давления продувочного воздуха. Давление продувочного воз­духа составляет 1,2-1,5 ата и при работе двигателя с наддувом повы­шается до 2,5 ата.

На круговой диаграмме (см. рис. 11) углы обозначают следующие фазы распределения.

Так же, как и диаграмму термодинамического цикла, можно изобразить в координатах р-V и действительный цикл двигателя внутреннего сгорания. Полученная при этом диаграмма называется индикаторной.

Диаграмма четырехтактного дизеля. Вначале рассмотрим рабочий цикл четырехтактного дизеля, не имеющего наддува.

Первый такт - наполнение. Когда поршень дизеля двигается слева направо, открывается впускной клапан 3 (рис. 19) и воздух из атмосферы поступает в цилиндр. В двигателях без наддува процесс наполнения цилиндра происходит вследствие разрежения

Рис. 19. Диаграмма рабочего цикла четырехтактного дизеля и схема его устройства:

1 - поршень; 2 - цилиндр; 3 - впускной клапан; 4 - форсунка; 5 - выпускной клапан в нем, а давление воздуха в цилиндре достигает 0,085-0,09 МПа, поэтому линия наполнения цилиндра располагается ниже атмосферной (0,1 МПа). В действительности линия наполнения не прямая, так как на нее оказывают влияние неравномерность скорости движения поршня, фазы открытия и закрытия клапанов, конструкция входного патрубка и другие факторы. Для более полной зарядки цилиндра воздухом принимаются меры к снижению сопротивления проходу воздуха в цилиндр. Качество зарядки цилиндра оценивается коэффициентом наполнения ц„, который обычно равен0,8-0,88. Это значит, что цилиндр дизеля наполняется воздухом только на 80-88 % по сравнению с тем количеством воздуха, которое поместилось бы в рабочем объеме цилиндра при нормальных условиях окружающей среды. Коэффициент наполнения зависит главным образом от температуры и давления воздуха в точке а (см. рис. 19). Чем выше давление и чем ниже температура воздуха в точке а, тем больше коэффициент наполнения (рис. 20).

Второй такт - сжатие. Поршень движется справа налево, впускной клапан закрывается, воздух в цилиндре сжимается. При этом температура его в точке с повышается до 500-750 °С, а давление может возрастать до 5- 7 МПа. Процесс сжатия на диаграмме изображен линией ас (см. рис. 19). Когда поршень еще не дошел до верхней мертвой точки (в.м.т.) на 18-30° угла поворота коленчатого вала, через форсунку 4 в цилиндр впрыскивается жидкое топливо, которое в точке с воспламеняется и начинает гореть. Подача топлива прекращается после того, как поршень уже пройдет в.м.т. на 10-15° и снова начнет двигаться слева направо. Поступившее в цилиндр топливо перемешивается с воздухом и начинает гореть. На диаграмме процесс горения изображен ломаной линией сг"г.

Третий такт - расширение газа. В начале третьего хода поршня происходит сгорание топлива, которое теоретически заканчивается в точке г. Давление в точке г возрастает до 8-13 МПа, а температура до 1750- 2100 К. После точки г происходит расширение газов, которое продолжается до тех пор, пока не откроется выпускной клапан. Последний открывается в точке е" на 40-55° до нижнего положения поршня, когда давление в цилиндре достигает 0,5-0,8 МПа, а температура 1000-1100 К- Предварение открытия выпускного клапана способствует уменьшению сопротивления выходу отработавших газов через выпускную систему и, следовательно, лучшей очистке цилиндра от отработавших

Рис. 20. Изменение коэффициента наполнения цилиндров г), в зависимости от давления и температуры воздуха в цилиндре в начале сжатия

Рис. 21. Индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля с газотурбинным наддувом:

ря - давление в период наполнения; рг давление в цилиндре в период выпуска; рк - давление воздуха в наддувочном коллекторе; V, объем камеры сжатия: объем, описываемый поршнем, V* - полный объем цилиндра газов. Ход расширения является полезным рабочим ходом, так как в этот период газы с большим давлением действуют на поршень дизеля в направлении его движения и совершают полезную работу, отдавая ее нагрузочному агрегату.

Четвертый такт - выпуск газов. Поршень движется справа налево, вы-

Рис. 22. Диаграмма рабочего цикла двухтактного дизеля и схема его устройства:

А - продувочное окно; В - выпускное окно. 1 - цилиндр; } - поршень; ,3 - форсунка пускной клапан 5 открыт и газы выталкиваются из цилиндра. Процесс выпуска газов на диаграмме изображен линией e"er. Удаление газов происходит при давлении 0,11-0,12 МПа, поэтому линия выпуска газов располагается выше атмосферной линии. Температура газов за выпускным клапаном равна 700-900 К-

Для более совершенной продувки и зарядки цилиндра воздухом впускной и выпускной клапаны на протяжении 50-100° поворота кривошипа коленчатого вала открыты одновременно. Это так называемое «перекрытие» клапанов обеспечивает хорошую очистку цилиндров от продуктов сгорания топлива и более полное заполнение рабочего объема воздухом, а также охлаждение днища поршня и выпускных клапанов потоком холодного воздуха. Качество очистки цилиндра от отработавших газов оценивается коэффициентом остаточных газов у, который представляет собой отношение количества оставшихся в цилиндре от предыдущего цикла газов к величине поступившего в цилиндр свежего воздушного заряда. Обычно у - = 0,024-0,1.

Особенности рабочего цикла четырехтактного дизеля с газотурбинным наддувом. В дизелях с наддувом процесс зарядки цилиндра происходит иначе, чем у двигателей без наддува. Турбокомпрессор засасывает воздух из атмосферы при давлении р0 (рис. 21) и сжимает до давления рк- Сжатый в турбокомпрессоре воздух прежде, чем попасть в цилиндр, проходит через охладитель, впускной коллектор и выпускные клапаны; на пути от турбокомпрессора до цилиндра его давление снижается от рк до р„. Поэтому линия давления впуска расположена ниже линии рк и выше атмосферной линии (Ро).

После заполнения цилиндра воздухом поршень, двигаясь от точки а налево, сжимает воздух. Процесс сжатия изображен кривой ас. В конце сжатия в цилиндр впрыскивается топливо, которое воспламеняется в точке с. Процесс сгорания показан линиями cz" и г"г. Расширение газов происходит по кривой ге. В точке е открываются выпускные клапаны, и отработавшие газы выталкиваются в газовую турбину (при давлении рт), а затем выбрасываются в атмосферу. Таким образом, линия выпуска газа из цилиндра расположена выше атмосферной и ниже линии наполнения. В четырехтактных двигателях энергии отработавших газов вполне достаточно, чтобы нагнетатель сжимал воздух до давления рк, более высокого, чем рг. В результате наддува площадь индикаторной диаграммы, а следовательно, и мощность дизеля значительно возрастают.

Следует отметить, что в действительности процесс сгорания происходит не по прямым линиям с г" и г"г, а по штриховой линии (см. рис. 21).

Диаграмма двухтактного дизеля. Сжатие воздуха в цилиндре при движении поршня справа налево начинается в точке а и продолжается до точки с (рис. 22). За 16-25° угла поворота коленчатого вала до крайнего левого положения поршня через форсунку 3 в цилиндр при высоком давлении подается жидкое топливо (в мелкораспыленном виде), которое, соприкасаясь с нагретым до высокой температуры сжатым воздухом, воспламеняется. Образовавшиеся газы, стремясь расшириться, перемещают поршень вправо. Движущийся поршень через шатун вращает коленчатый вал. Не доходя до крайнего правого положения, поршень 2 своей кромкой открывает выпускное окно Б, давая выход отработавшим газам через глушитель наружу. Двигаясь дальше вправо, поршень открывает продувочное окно Л, через которое в цилиндр \стремляется свежий воздух, имеющий повышенное давление. Воздух вытесняет отработавшие газы и заполняет цилиндр. Когда поршень изменит направление и начнет двигаться справа налево, он вначале закроет продувочное окно А, а затем выпускное Б, после чего начнется сжатие оставшегося в цилиндре воздуха. Таким образом, полный рабочий процесс (цикл) в двухтактном дизеле совершается за два кода поршня (такта), при этом коленчатый вал совершает один оборот.

В двухтактных дизелях продувочный воздух подается в цилиндры нагнетателем, приводимым в движение от вала дизеля, или турбокомпрессором. От качества продувки цилиндров зависит мощность и к.п.д. дизеля. Чтобы обеспечить хорошую продувку цилиндров воздухом и снизить тепловое напряжение деталей дизеля, соприкасающихся с горячими газами, в цилиндры подается значительно больше воздуха, чем требуется для горения топлива; во время продувки часть воздуха уходит через выпускные окна. Учитывая это, подача продувочного воздушного нагнетателя должна быть на 30-40 % больше, чем это необходимо для обеспечения полного сгорания топлива. При проектировании двухтактных двигателей конструкторы стремятся к тому, чтобы при наименьшей потере сжатого воздуха получалась бы наилучшая продувка и зарядка цилиндров. В двухтактных дизелях обычно энергии отработавших газов недостаточно для сжатия наддувочного воздуха до требуемого давления, так как давление это должно быть больше, чем давление в выпускном трубопроводе для качественной очистки цилиндров, а энергия выпускных газов (при прочих равных условиях) ниже, чем в четырехтактных двигателях, из-за разбавления газов холодным продувочным воздухом. Поэтому в двухтактных дизелях используется комбинированный наддув, при котором часть энергии, необходимой для сжатия наддувочного воздуха, отбирается от коленчатого вала двигателя (см. выше).

Схемы продувки двухтактных дизелей. Наиболее простая, но вместе с тем и наиболее несовершенная схема- так называемая поперечно-щелевая продувка, при которой в цилиндре может оставаться 15-20% отработавших газов (рис. 23,а). Такая продувка применяется в маломощных дизелях, для которых простота конструкции, а не экономичность, имеет решающее значение. Схема продувки, показанная на рис. 23,6, более совершенна. Благодаря обратному клапану 3 эта конструкция обеспечивает некоторый наддув цилиндров. Такая схема продувки применяется на тихоходных судовых двигателях.

Более совершенна прямоточная кла-панно-щелевая продувка (рис. 23,в). Сжатый воздух из нагнетателя поступает в цилиндр через нижние окна, а отработавшие газы удаляются через выпускные клапаны 3, размещенные в крышке цилиндра. При такой продувке на дизеле устанавливают распределительный вал. Клапанно-щелевая продувка применяется в тепловозных дизелях 11Д45 и 14Д40.

Наиболее совершенна прямоточно-щелевая продувка (рис. 23,г), которую можно осуществить в двигателях со встречно движущимися поршнями. Сжатый воздух от нагнетателя поступает через верхние окна (продувочные), а отработавшие газы удаляются из цилиндра через нижние (выпускные) окна. Чтобы можно было полнее зарядить цилиндр, нижний поршень, перекрывающий выпускные окна, несколько опережает (на 10-12° угла поворота коленчатого вала) верхний поршень, перекрывающий впускные окна.

При таком способе продувки в цилиндре почти не остается отработавших газов. Прямоточно-щелевая продувка применяется в тепловозных дизелях 2Д100 и 1 ОД 100.

Основное отличие 2-тактного двигателя от 4-тактного заключается в способе газообмена – очистки цилиндра от продуктов сгорания и зарядки его свежим воздухом или горячей смесью.

Устройства газораспределения 2-тактных двигателей – щели во втулке цилиндра, перекрываемые поршнем, и клапаны или золотники.

Рабочий цикл:

После сгорания топлива начинается процесс расширения газов (рабочий ход). Поршень движется к нижней мертвой точке (НМТ). В конце процесса расширения поршень 1 открывает впускные щели (окна) 3 (точка b) или открываются выпускные клапана, сообщая полость цилиндра через выхлопную трубу с атмосферой. При этом часть продуктов сгорания выходит из цилиндра и давление в нем падает до давления продувочного воздуха Pd. В точке d поршень открывает продувочные окна 2, через которые в цилиндр подается смесь топлива с воздухом под давлением 1,23-1,42 бар. Дальнейшее падение замедляется, т.к. в цилиндр поступает воздух. От точки d до НМТ одновременно открыты выпускные и продувочные окна. Период, в течении которого одновременно открыты продувочные и выпускные окна, называется продувкой. В этот период цилиндр наполняется смесью воздуха, а продукты сгорания вытесняются из него.

Второй такт соответствует ходу поршня от нижней к верхней мертвой точке. В начале хода продолжается процесс продувки. Точка f – конец продувки – закрытие впускных окон. В точке а закрываются выпускные окна и начинается процесс сжатия. Давление в цилиндре к концу зарядки несколько выше атмосферного. Оно зависит от давления продувочного воздуха. С момента окончания продувки и полного перекрытия выпускных окон начинается процесс сжатия. Когда поршень не доходит на 10-30град по углу поволрота колен.вала до ВМТ (точка с /), в цилиндр через форсунку подается топливо или производится зажигание смеси и цикл повторяется.

При одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения мощность 2-тактного значительно больше, в 1,5-1,7 раза.

Среднее давление теоретической диаграммы ДВС.

Среднее индикаторное давление ДВС.

Это такое условно постоянное давление, которое, действуя на поршень, совершает работу, равную внутренней работе газа в течение всего рабочего цикла.

Графически p i в определенном масштабе равно высоте прямоугольника mm / hh / , по площади равного площади диаграммы и имеющего ту же длину.

f- площадь индикаторной диаграммы (мм 2)

l- длина инд.диаграммы - mh

k p - масштаб давления (Па/мм)

Среднее эффективное давление ДВС.

Это произведение механического кпд на среднее индикаторное давление.

Где η мех =N e /N i . При нормальном режиме работы η мех =0,7-0,85.

Механический КПД ДВС.

η мех =N e /N i

Отношение эффективной мощности к индикаторной.

При нормальном режиме работы η мех =0,7-0,85.

Индикаторная мощность ДВС.

Инд. мощность двигателя, получаемая внутри уилиндра, может быть определена с помощью индикаторной диаграммы, снимаемой специальным прибором – индикатором.

Инд.мощность – работа, совершаемая рабочим телом в цилиндре двигателя в ед.времени.

Инд.мощность одного цилиндра -

k- кратность двигателя

V-рабочий объем цилиндра

n-число рабочих ходов.

Эффективная мощность ДВС.

Полезно используемая мощность, снимаемая с колен.вала

N e =N i -N тр

N тр – сумма потерь мощности на трение между движущимися деталями двигателя и на приведение в действие вспомогательных механизмов (насосов, генератора, вентилятора и др.)

Определение эф.мощности двигателя в лабораторных условиях или при стендовых испытаниях производят с помощью спец.тормозных устройств – механических, гидравлических или электрических.