Erstellung von Indikatordiagrammen. Aufbau eines Indikatordiagramms Diesel-Betriebsdiagramm

vorherige oder Standard.

Beispielhaft veranschaulichen die Gasdruckverläufe im Zylinder und in der Kraftstoffleitung am Injektor (Abb. 4) typische Störungen im Prozessablauf. Die Referenzkurve 1 gibt die Art der Druckänderungen im betrachteten Betriebsmodus des Motors im technisch einwandfreien Zustand der Kurve wieder2 charakterisiert einen realen Prozess mit gewissen Störungen durch Störungen.

Einspritznadel undicht (Abb. 4,A) Aufgrund der Verschlechterung der Kraftstoffzerstäubung kommt es zu einer leichten Winkelvergrößerungφ z , DruckabfallR z und erheblicher Kraftstoffverbrauch in der Expansionsleitung. Die Expansionskurve ist flacher und höher als die Referenzkurve. Die Abgastemperatur steigtT G und DruckR exp auf der Erweiterungslinie bei der Koordinate 36° nach dem oberen Totpunkt.

Bei verzögerter Kraftstoffeinspritzung (Abb. 4, b) verschieben sich der Beginn der sichtbaren Verbrennung und der gesamte Prozess der Kraftstoffverbrennung nach rechts. Gleichzeitig nimmt der Druck abR z Die Temperatur steigtT G und DruckR exp . Ein ähnliches Bild ergibt sich, wenn das Kolbenpaar der Kraftstoffpumpe verschleißt und ihr Saugventil seine Dichtheit verliert. Im letzteren Fall nimmt die zyklische Kraftstoffzufuhr ab und dementsprechend sinkt der Druck leichtP ich

Aufgrund der frühen Kraftstoffzufuhr (Abb. 4,V) Der gesamte Verbrennungsprozess verschiebt sich nach links in Richtung Vorlauf, der Winkel φ nimmt ab Gund der Druck steigtR z . Je wirtschaftlicher das Verfahren wird, desto wirtschaftlicher wird esP ich . Eine vorzeitige Förderung wird auch durch den Kraftstoffdruckverlauf am Injektor bestätigt (Abb. 4, d).

Änderungen im Kraftstoffdruckverlauf aufgrund einer Erhöhung der zyklischen Zufuhr (Abb. 4,D) einhergehend mit einer WertsteigerungR F T A X und Dauer der Versorgung φ F.

Verringerung der Anstiegsrate des Kraftstoffdrucks Δр F/Δφ im Bereich vom Beginn seines Anstiegs bis zum Öffnen der Nadel sowie der Gesamtabfall des Einspritzdrucks (Abb. 4,e) bewirkt eine Verringerung des Vorschubwinkels φ npund MaximaldruckR F max . Der Grund ist eine Zunahme von Kraftstofflecks durch das Kolbenpaar, das Nadel-Führungspaar des Injektors aufgrund von Verschleiß oder Dichtheitsverlust der Pumpenventile und der Armaturenanschlüsse der Kraftstoffleitung. Verkokung der Düsenlöcher oder übermäßiger Anstieg der Kraftstoffviskosität (Abb. 4,Und) führt zu einem Anstieg des Einspritzdrucks aufgrund eines erhöhten Widerstands des Kraftstoffflusses aus den Löchern.

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Abb.4. Druck der Gase im Zylinder und des Kraftstoffs in der Hochdruckleitung

Reis. 6.4. Druck der Gase im Zylinder und des Kraftstoffs in der Kraftstoffleitung am Injektor220

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Basierend auf den Forschungsergebnissen werden Diagramme der Abhängigkeit der Bohrlochdurchflussrate vom Bohrlochdruck Pzab oder vom Unterdruck (Ppl -Pzab) erstellt, sogenannte Indikatordiagramme (ID).

Indikatordiagramme (ID) Produktionsbrunnen liegen unterhalb der x-Achse und Wassereinspritzung- oberhalb dieser Achse.

Beide Indikatordiagramme (Q = f(Pzab) und Q = f()) werden in Fällen erstellt, in denen Brunnen bei relativ großen Unterdrucken (mehr als 0,5...1,0 MPa) betrieben werden. Messfehler führen in diesem Fall in der Regel nicht zu einer großen Streuung der Punkte bei der Konstruktion der ID in den Koordinaten Q = f(P zab) (insbesondere für Q = f()).

Bei kleinen Vertiefungen (ca. 0,2...0,3 MPa) kann die Punktstreuung so groß sein, dass es unmöglich ist, ein Indikatordiagramm in den Koordinaten Q = f(P zurück) zu erstellen. In diesen Fällen sollten in jedem Modus sowohl P set als auch P pl gemessen werden und das Indikatordiagramm sollte in den Koordinaten Q = f() erstellt werden. Die in jedem Modus ermittelte Depression hat einen kleineren relativen Fehler als P zab, weil Bei Messungen während eines Gerätedurchlaufs sind die absoluten Fehler Ppl und Pzab annähernd gleich und haben daher nahezu keinen Einfluss auf die Differenz =Ppl -Pzab. Oder sie verwenden keine Tiefendruckmessgeräte, sondern Tiefendifferenzdruckmessgeräte.

Wenn der Prozess der Flüssigkeitsfiltration in der Formation einem linearen Gesetz folgt, d. h. die Indikatorlinie wie eine gerade Linie aussieht, wird die Abhängigkeit der Durchflussrate eines hydrodynamisch perfekten Bohrlochs von der Vertiefung am Boden durch die Dupuis-Formel beschrieben

wobei Q der Volumenstrom des Bohrlochs unter Reservoirbedingungen ist; Rpl – durchschnittlicher Druck auf einer kreisförmigen Kontur mit dem Radius Rc.

Reis. 5.2. Indikatordiagramm Q=f(P set)

Es wird angenommen, dass der Druck am Boden einige Zeit nach dem Stoppen des Bohrlochs ungefähr dem durchschnittlichen Reservoirdruck entspricht, der auf einer kreisförmigen Kontur mit einem Radius gleich der Hälfte des durchschnittlichen Abstands zwischen dem untersuchten Bohrloch und den ihn umgebenden benachbarten Bohrlöchern herrscht.

Das Indikatordiagramm Q=f() dient zur Bestimmung des Produktivitätskoeffizienten von Bohrlöchern K.

Im Rahmen der Gültigkeit des linearen Gesetzes der Flüssigkeitsfiltration, d. h. mit einer linearen Abhängigkeit Q=f(), ist der Produktivitätskoeffizient ein konstanter Wert und Abb. 5.3 Indikatordiagramm Q = f()

ist numerisch gleich dem Tangens des Neigungswinkels der Anzeigelinie zur Durchflussachse (Abszissenachse). Basierend auf dem durch die stationäre Probenahmemethode ermittelten Bohrlochproduktivitätskoeffizienten können auch andere Formationsparameter berechnet werden.

Woher kommt der hydraulische Leitfähigkeitskoeffizient?

Und die Durchlässigkeit der Formation in der bohrlochnahen Zone

Die obigen Formeln gelten für den Fall der Untersuchung eines hydrodynamisch perfekten Bohrlochs (das die Formation bis zu seiner gesamten Dicke durchdrungen hat und einen offenen Boden hat) und die gemessenen Größen (Durchflussrate, dynamische Viskosität usw.) werden auf die Formationsbedingungen reduziert.

Echte Indikatordiagramme sind nicht immer gerade (Abbildung 5.4). Die Krümmung des Indikatordiagramms charakterisiert die Art der Flüssigkeitsfiltration in der Bohrlochsohlenzone der Formation.

Reis. 5.4. Indikatorkurven für die Filtration einer einphasigen Flüssigkeit durch ein Reservoir: 1 – stetige Filtration nach dem linearen Darcy-Gesetz; 2- instationäre Filtration oder Filtration, die das lineare Gesetz von Darcy insgesamt verletzt Q; 3 - nichtlineares Filtergesetz.

Die Krümmung der Indikatorlinie zur P-Achse hin (Abb. 5.4, Kurve 2) bedeutet eine Erhöhung des Filtrationswiderstandes im Vergleich zur Filtration nach dem Darcy-Gesetz. Dies hat drei Gründe:

1. Überschreiten der Filtrationsrate bei den kritischen PZP-Geschwindigkeiten, bei denen das lineare Darcy-Gesetz verletzt wird (V>V cr)

2. Bildung eines Bereichs mit zweiphasiger (Öl + Gas)-Filtration um das Bohrloch bei P.<Р нас. Чем меньше Р заб, тем больше радиус этой области.

3. Änderungen der Durchlässigkeit und Öffnung von Mikrorissen im Gestein mit Änderungen des In-situ-Drucks aufgrund von Änderungen im Pzab.

Die Krümmung des Innendurchmessers zur Q-Achse (Abb. 5.4, Kurve 3) erklärt sich aus zwei Gründen:

1) Messungen von schlechter Qualität während der Forschung;

2) nicht gleichzeitige Inbetriebnahme einzelner Schichten oder Zwischenschichten.

Produktive Formationen sind normalerweise heterogen. Tiefenkarten für sie:

Die Fläche des schattierten Rechtecks ​​ist direkt proportional zur Durchflussrate jeder Schicht. Mit einer Abnahme von Pzab (d. h. mit einer Zunahme von P=Ppl -Pzab) nimmt die Arbeitsdicke der Formation (h eff.) zu, woraus nach der Dupuis-Formel Q zunimmt (Abbildung 5.4, Kurve 3) . Ein Fehler bei der Bestimmung des Reservoirdrucks kann zu einer Krümmung des Anfangsabschnitts des in den Koordinaten Q=f() erstellten Indikatordiagramms führen.

Reis. 5.5. Anzeigediagramm: 2 - der gemessene Behälterdruck entspricht dem tatsächlichen; 1, 3 - Der gemessene Reservoirdruck wird im Vergleich zum tatsächlichen Wert über- bzw. unterschätzt.

Wenn sich herausstellt, dass der gemessene Reservoirdruck höher ist als der tatsächliche, dann ist das konstruierte Indikatordiagramm (Abb. 5.5, Kurve 1) wird unterhalb des tatsächlichen angezeigt. In diesem Fall liegen die tatsächlichen Punkte parallel, aber höher als die anhand der Messwerte ermittelten. Die Extrapolation zum Ursprung erzeugt den Eindruck einer Krümmung der Indikatorkurve in Richtung der Depressionsachse.

Wenn sich herausstellt, dass der gemessene Reservoirdruck niedriger ist als der tatsächliche, kann das Indikatordiagramm im Anfangsabschnitt bei der Extrapolation auf den Koordinatenursprung konvex zur Durchflussachse werden (Abb. 5.5, Kurve). 3 ). Dies könnte den Forscher zu dem Schluss führen, dass die gesamte Kurve konvex zur Durchflussachse verläuft. Für den Fall einer Krümmung der Indikatorlinie in Richtung der Depressionsachse (Abb. 5.6, a) wird bei Verletzung des linearen Filtrationsgesetzes die Filtrationsrate in der Nähe der Perforationen so groß, dass die Reynolds-Zahlen die kritischen Zahlen überschreiten. Die Indikatorliniengleichung wird wie folgt geschrieben:

und das Indikatordiagramm selbst, die Indikatorlinie für seine Begradigung, wird in Koordinaten dargestellt

Wo A Und B- konstante numerische Koeffizienten.

Wir erhalten die Indikatorlinie in Koordinaten Dr/ Q=f(Q) Abschneiden eines Segments auf der Ordinatenachse gleich A , mit einem Tangens des Neigungswinkels zur Achse Q , gleich B (Abb. 5.6, b). In diesem Fall der Produktivitätskoeffizient ZU ist ein variabler Wert, der von der Bohrlochdurchflussrate abhängt.

Reis. 5.6 Indikatordiagramm für ein nichtlineares Filtergesetz: a - ID in Koordinaten Др - Q; b - ID in Koordinaten Dr /Q - Q.

Segment A , abgeschnitten auf der Ordinatenachse kann ausgedrückt werden als

wobei (c 1 und c 2 Filterwiderstände sind, die auf die Unvollkommenheit des Bohrlochs im Hinblick auf den Grad und die Art der Öffnung zurückzuführen sind).

Nach Segment A , an der Achse abgeschnitten Dr/ Q , die hydraulische Leitfähigkeit und Permeabilität der Formation werden ermittelt

Koeffizient B hängt von der Gestaltung des Brunnenbodens ab.

Vorlesung 4

TATSÄCHLICHE EISZYKLEN

1. Unterschied zwischen tatsächlichen und theoretischen Zyklen von Viertaktmotoren

1.1. Indikatordiagramm

2. Gasaustauschprozesse

2.1. Der Einfluss der Ventilsteuerung auf Ladungswechselvorgänge

2.2. Parameter des Gasaustauschprozesses

2.3. Einflussfaktoren auf Gasaustauschprozesse

2.4. Abgastoxizität und Möglichkeiten zur Vermeidung von Umweltverschmutzung

3. Komprimierungsprozess

3.1. Parameter des Komprimierungsprozesses

4. Verbrennungsprozess

4.1. Brenngeschwindigkeit

4.2. Chemische Reaktionen während der Verbrennung

4.3. Verbrennungsprozess in einem Vergasermotor

4.4. Faktoren, die den Verbrennungsprozess in einem Vergasermotor beeinflussen

4.5. Detonation

4.6. Der Verbrennungsprozess des Kraftstoffgemisches in einem Dieselmotor

4.7. Harter Dieselbetrieb

5. Expansionsprozess

5.1. Zweck und Ablauf des Expansionsprozesses

5.2. Parameter des Erweiterungsprozesses

Der Unterschied zwischen tatsächlichen und theoretischen Viertaktmotorzyklen

Der höchste Wirkungsgrad kann theoretisch nur durch die Verwendung eines thermodynamischen Kreisprozesses erreicht werden, dessen Optionen im vorherigen Kapitel besprochen wurden.

Die wichtigsten Bedingungen für das Auftreten thermodynamischer Kreisläufe:

· Konstanz des Arbeitsmediums;

· Fehlen jeglicher thermischer und gasdynamischer Verluste, mit Ausnahme der obligatorischen Wärmeabfuhr durch den Kühlschrank.

Bei echten Kolben-Verbrennungsmotoren wird mechanische Arbeit durch tatsächliche Zyklen gewonnen.

Der eigentliche Motorzyklus besteht aus einer Reihe sich periodisch wiederholender thermischer, chemischer und gasdynamischer Prozesse, durch die die thermochemische Energie des Kraftstoffs in mechanische Arbeit umgewandelt wird.

Reale Kreisläufe weisen folgende grundlegende Unterschiede zu thermodynamischen Kreisläufen auf:

Echte Kreisläufe sind offen und jeder von ihnen wird mit einem eigenen Teil des Arbeitsmediums ausgeführt;

Anstelle der Zufuhr von Wärme findet in tatsächlichen Kreisläufen ein Verbrennungsprozess statt, der mit endlichen Geschwindigkeiten abläuft;

Die chemische Zusammensetzung des Arbeitsmediums ändert sich;

Die Wärmekapazität des Arbeitsmediums, bei dem es sich um reale Gase unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung handelt, ändert sich in tatsächlichen Kreisläufen ständig;

Zwischen dem Arbeitsmedium und den es umgebenden Teilen findet ein ständiger Wärmeaustausch statt.

All dies führt zu zusätzlichen Wärmeverlusten, was wiederum zu einer Verringerung der Effizienz tatsächlicher Kreisläufe führt.

Indikatordiagramm

Wenn thermodynamische Zyklen die Abhängigkeit von Änderungen des absoluten Drucks darstellen ( R) aus Änderungen des spezifischen Volumens ( υ ), dann werden die tatsächlichen Zyklen als Druckänderungen dargestellt ( R) aus Volumenänderungen ( V) (komprimiertes Indikatordiagramm) oder Druckänderungen aus dem Kurbelwellenwinkel (φ), was als erweitertes Indikatordiagramm bezeichnet wird.

In Abb. 1 und 2 zeigen zusammengeklappte und erweiterte Anzeigediagramme von Viertaktmotoren.

Ein erweitertes Indikatordiagramm kann experimentell mit einem speziellen Gerät – einem Druckindikator – erhalten werden. Indikatordiagramme können auch rechnerisch auf Basis der thermischen Berechnung des Motors ermittelt werden, sind jedoch weniger genau.

Reis. 1. Reduziertes Anzeigediagramm eines Viertaktmotors
mit Fremdzündung

Reis. 2. Erweitertes Anzeigediagramm eines Viertakt-Dieselmotors

Mithilfe von Indikatordiagrammen werden die im Motorzylinder ablaufenden Prozesse untersucht und analysiert. So entspricht beispielsweise die durch die Kompressions-, Verbrennungs- und Expansionslinien begrenzte Fläche des gefalteten Indikatordiagramms der Nutz- oder Indikatorarbeit Li des tatsächlichen Zyklus. Die Größe der Indikatorarbeit charakterisiert die positive Wirkung des tatsächlichen Zyklus:

, (3.1)

Wo F 1- die im tatsächlichen Kreislauf zugeführte Wärmemenge;

F 2- Wärmeverluste des eigentlichen Kreislaufs.

In einem echten Kreislauf F 1 hängt von der Masse und der Verbrennungswärme des pro Zyklus in den Motor eingeführten Kraftstoffs ab.

Der Nutzungsgrad der zugeführten Wärme (bzw. der Wirkungsgrad des eigentlichen Kreislaufs) wird anhand des Indikators Wirkungsgrad η beurteilt ich, das ist das Verhältnis der in nutzbare Arbeit umgewandelten Wärme L ich, zur Wärme des dem Motor zugeführten Kraftstoffs F 1:

, (3.2)

Unter Berücksichtigung von Formel (1) kann Formel (2) der Indikatoreffizienz wie folgt geschrieben werden:

, (3.3)

Folglich hängt die Wärmenutzung in einem tatsächlichen Zyklus von der Höhe des Wärmeverlusts ab. Bei modernen Verbrennungsmotoren betragen diese Verluste 55–70 %.

Hauptkomponenten der Wärmeverluste F 2:

Wärmeverlust von Abgasen an die Umgebung;

Wärmeverlust durch die Zylinderwände;

Unvollständige Verbrennung von Kraftstoff aufgrund lokaler Sauerstoffmangel in Verbrennungszonen;

Austreten von Arbeitsflüssigkeit aus dem Arbeitshohlraum des Zylinders aufgrund von Undichtigkeiten benachbarter Teile;

Vorzeitige Freisetzung von Abgasen.

Um den Grad der Wärmenutzung in realen und thermodynamischen Kreisläufen zu vergleichen, wird der relative Wirkungsgrad verwendet

In Automobilmotoren liegt η o zwischen 0,65 und 0,8.

Der eigentliche Zyklus eines Viertaktmotors läuft in zwei Umdrehungen der Kurbelwelle ab und besteht aus folgenden Prozessen:

Ladungswechsel – Frischladungseinlass (siehe Abb. 1, Kurve). Frak) und Abgasfreisetzung (Kurve b"b"rd);

Komprimierung (Kurve акс"с");

Verbrennung (Kurve c"c"zz");

Erweiterungen (Kurve z z"b"b").

Wenn eine neue Ladung zugeführt wird, bewegt sich der Kolben und gibt darüber ein Volumen frei, das bei Vergasermotoren mit einem Gemisch aus Luft und Kraftstoff und bei Dieselmotoren mit sauberer Luft gefüllt ist.

Der Ansaugbeginn wird durch die Öffnung des Einlassventils bestimmt (Punkt F), das Ende des Einlasses - indem man ihn schließt (Punkt k). Der Beginn und das Ende des Ausstoßes entsprechen dem Öffnen bzw. Schließen des Auslassventils an den Punkten B" Und D.

Unschattierter Bereich b"bb" im Anzeigediagramm entspricht dem Verlust der Anzeigearbeit aufgrund eines Druckabfalls infolge des Öffnens des Auslassventils, bevor der Kolben den BDC (Vorauslass) erreicht.

Die Kompression erfolgt tatsächlich ab dem Moment, in dem das Einlassventil schließt (Kurve k-s"). Bevor das Einlassventil schließt (Kurve a-k) der Druck im Zylinder bleibt unter Atmosphärendruck ( p 0).

Am Ende des Kompressionsvorgangs entzündet sich der Kraftstoff (Punkt Mit") und brennt bei starkem Druckanstieg schnell aus (Punkt z).

Da die Zündung der Frischladung nicht am oberen Totpunkt erfolgt und die Verbrennung bei fortgesetzter Bewegung des Kolbens erfolgt, ist die Auslegung sinnvoll Mit Und z entsprechen nicht den tatsächlichen Prozessen der Kompression und Verbrennung. Infolgedessen ist die Fläche des Indikatordiagramms (schattierter Bereich) und damit die Nutzarbeit des Zyklus kleiner als die thermodynamische oder berechnete.

Die Zündung der Frischladung erfolgt bei Benzin- und Gasmotoren durch eine elektrische Entladung zwischen den Elektroden der Zündkerze.

Bei Dieselmotoren wird der Kraftstoff durch die Wärme der durch Kompression erhitzten Luft gezündet.

Die bei der Kraftstoffverbrennung entstehenden gasförmigen Produkte erzeugen einen Druck auf den Kolben, wodurch ein Expansionshub bzw. Arbeitshub erfolgt. Dabei wird die Energie der thermischen Ausdehnung des Gases in mechanische Arbeit umgewandelt.

Das Indikatordiagramm des Verbrennungsmotors wird anhand von Daten aus der Berechnung des Betriebsprozesses erstellt.

Beim Zeichnen wird auf der Abszissenachse ein Segment AB aufgetragen (Abb. 8), das dem Arbeitsvolumen des Zylinders entspricht und in der Größe dem Kolbenhub auf der Skala M s entspricht. Der M-Maßstab beträgt normalerweise 1:1, 1,5:1 oder 2:1.

Aus der Gleichung wird das Segment OA (mm) ermittelt, das dem Volumen der Brennkammer entspricht

OA = AB/(ε – 1) (2.28)

Abschnitt z′z für Dieselmotoren im Kreisprozess mit gemischter Wärmeversorgung (Abb. 9)

z′z = OA(ρ – 1) (2.29)

Anschließend werden gemäß den Berechnungsdaten der Parameter des tatsächlichen Zyklus die Druckwerte an den charakteristischen Punkten im ausgewählten Maßstab in das Diagramm eingetragen: a, c, z, z, b, r.

Die Konstruktion von Kompressions- und Expansionspolytropen kann analytisch oder grafisch erfolgen. Bei der analytischen Methode zur Konstruktion von Kompressions- und Expansionspolytropen wird eine Anzahl von Punkten für dazwischen liegende Zwischenvolumina berechnet V. Jh Und V a und dazwischen V z Und V b, gemäß der polytropen Gleichung.

Reis. 8. Diagramm der Benzinmotoranzeige

Reis. 9. Diagramm der Dieselmotoranzeige

Für Kompressionspolytrop , Wo

, (2.30)

Wo p x Und Vx– Druck und Volumen am gewünschten Punkt des Kompressionsprozesses.

Attitüde V a /V x variiert innerhalb von 1 ÷ ε.

Ähnliches gilt für das Expansionspolytrop

(2.31)

Für Benzinmotoren das Verhältnis V b /V x schwankt im Bereich 1÷ε, bei Dieselmotoren – 1÷δ.

Es ist zweckmäßig, die Ordinaten der Berechnungspunkte des Kompressions- und Expansionspolytrops in tabellarischer Form zu bestimmen.

Durch die Verbindung der Punkte wird ein Indikatordiagramm erstellt A und c, z und b sind glatte Kurven und die Punkte b und a, c und z sind gerade Linien.

Es wird angenommen, dass die Einlass- und Auslassvorgänge bei p = const und V = const stattfinden

Um die Richtigkeit des Diagramms zu überprüfen, bestimmen Sie

p i= Mp/AB

wobei F die Fläche des Diagramms ist A c′c″z d b′b″ A.

Berechnung von Indikatoren und effektiven Indikatoren von Verbrennungsmotoren

Indikatorindikatoren

Der Betriebszyklus eines Verbrennungsmotors wird durch den durchschnittlichen angezeigten Druck, die angegebene Leistung, den angegebenen Wirkungsgrad und den spezifischen angezeigten Kraftstoffverbrauch charakterisiert.

Theoretischer durchschnittlicher Indikatordruck ist das Verhältnis der theoretisch berechneten Arbeit von Gasen in einem Zyklus zum Kolbenhub.

Für Benzinmotoren, die in einem Zyklus mit Wärmezufuhr bei V = const betrieben werden, ist der theoretische durchschnittliche angezeigte Druck

Für einen Dieselmotor, der im Kreislauf mit gemischter Wärmeversorgung arbeitet V= const und R= konst

Durchschnittlicher Anzeigedruck p i des tatsächlichen Zyklus weicht vom Wert um einen Betrag ab, der proportional zur Verringerung im berechneten Diagramm aufgrund der Rundung an den Punkten c, z, b ist.

Die Abnahme des theoretischen durchschnittlichen Indikatordrucks aufgrund der Abweichung des tatsächlichen Prozesses vom Auslegungszyklus wird durch den Diagrammvollständigkeitskoeffizienten φ und den Wert des durchschnittlichen Pumpverlustdrucks geschätzt Δp i.

Der Vollständigkeitskoeffizient φ des Diagramms wird wie folgt angenommen:

für Vergasermotoren…………………….…. 0,94 ÷ 0,97

für Motoren mit elektronischer Kraftstoffeinspritzung…… 0,95÷0,98

für Dieselmotoren…………………………………………………………. 0,92 ÷ 0,95

Durchschnittlicher Pumpverlustdruck (MPa) während Einlass- und Auslassvorgängen

Δp i = p r – p a. (3.3)

Bei Viertakt-Saugmotoren beträgt der Wert Δp i positiv. Bei Motoren, die von einem Antriebskompressor bei p aufgeladen werden A > p r Größe Δp i Negativ. Mit Gasturbinen-Boost, der Wert p a kann entweder mehr oder weniger sein p r, d.h. Größe Δp i kann entweder negativ oder positiv sein.

Bei der Berechnung werden Verluste durch Gasaustausch im Arbeitsaufwand für mechanische Verluste berücksichtigt. Dabei wird davon ausgegangen, dass sich der durchschnittliche Indikatordruck p i nur um den Vollständigkeitskoeffizienten des Diagramms unterscheidet

p i= φ und . (3.4)

Bei Volllastbetrieb erreicht der Wert von p i (MPa):

für Viertakt-Benzinmotoren…………………… 0,6÷1,4

für Viertakt-Benzinmotoren... bis 1,6

für Viertakt-Dieselmotoren mit Saugmotor………………………. 0,7 ÷ 1,1

für Viertakt-Dieselmotoren mit Aufladung……………………….. bis 2,2

Anzeigeleistung N i– Arbeit, die von Gasen im Zylinder pro Zeiteinheit geleistet wird.

Für einen Mehrzylindermotor beträgt die angegebene Leistung (kW).

N i = p i V h in/(30τ ), (3.5)

wo p i – durchschnittlicher Indikatordruck, MPa;

Vh– Arbeitsvolumen eines Zylinders, l (dm 3);

ich– Anzahl der Zylinder;

N– Drehzahl der Motorkurbelwelle, min -1;

τ – Motorhub. Für Viertaktmotor τ=4.

Angegebene Leistung eines Zylinders

N i = p i V h n/(30τ ), (3.6)

Indikator Effizienz ηi charakterisiert den Grad der Nutzung der Kraftstoffwärme in einem tatsächlichen Zyklus, um Nutzarbeit zu erhalten, und stellt das Verhältnis der der Indikatorarbeit des Zyklus äquivalenten Wärme zur Gesamtwärmemenge dar, die mit Kraftstoff in den Zylinder eingeführt wird.

Für 1 kg Kraftstoff

η i = L i /Н und, (3.7)

Wo L ich– Wärmeäquivalent zur Indikatorarbeit, MJ/kg;

N und– niedrigerer Heizwert des Brennstoffs, MJ/kg.

Für Auto- und Traktorenmotoren, die mit flüssigem Kraftstoff betrieben werden

η i = p i ·l 0 ·α /(Н und ·ρ k ·η V), (3.8)

wobei p i in MPa ausgedrückt wird; l 0 – in kg/kg Kraftstoff; N und– in MJ/kg Kraftstoff; ρ k – in kg/m3.

Bei im Nennbetrieb betriebenen Pkw- und Traktorenmotoren beträgt der Wert des Indikatorwirkungsgrads:

für Motoren mit elektronischer Kraftstoffeinspritzung ……… 0,35 ÷ 0,45

für Vergasermotoren…………………………… 0,30÷0,40

für Dieselmotoren……………………………………………………………. 0,40 ÷ 0,50

Spezifischer Indikator für den Kraftstoffverbrauch g i charakterisiert die Effizienz des tatsächlichen Zyklus

g i = 3600/(η i Н и) oder g i = 3600 ρ 0 η V /(p i ·l 0 ·α). (3.10)

Spezifischer Kraftstoffverbrauch im Nennmodus:

für Motoren mit elektronischer Kraftstoffeinspritzung... g i= 180÷230 g(kWh)

für Vergasermotoren……………………… g i= 210÷275 g(kWh)

für Dieselmotoren………………………………………….…… g i= 170÷210 g(kWh)

Effektive Indikatoren

Effektive Indikatoren sind die Werte, die den Betrieb des Motors charakterisieren, von seiner Welle entnommen und sinnvoll genutzt werden. Zu den effektiven Indikatoren gehören: effektive Leistung, Drehmoment, durchschnittlicher effektiver Druck, spezifischer effektiver Durchfluss, effektiver Wirkungsgrad.

Effektive Kraft. Die pro Zeiteinheit auf die Motorwelle ausgeübte Nutzarbeit wird als Wirkleistung bezeichnet. N e.

N e=N i - N MP (3,9)

Wo N MP-Leistung mechanischer Verluste.

Die Wirkleistung wird dem Studierenden in den Ausgangsdaten zur Auslegung eines Verbrennungsmotors mitgeteilt (siehe Aufgabenstellung zur Studienarbeit).

Unter mechanischen Verlusten versteht man Verluste aufgrund aller Arten von mechanischer Reibung, Gasaustausch, Antrieb von Hilfsmechanismen (Wasser, Öl, Kraftstoffpumpen, Lüfter, Generator usw.), Belüftungsverluste im Zusammenhang mit der Bewegung von Motorteilen in der Luftumgebung. Ölemulsion und Luft sowie den Kompressorantrieb.

Mechanische Verluste werden anhand des durchschnittlichen Drucks mechanischer Verluste geschätzt P MP, das die spezifische Arbeit mechanischer Verluste (pro Arbeitsvolumeneinheit) während des Arbeitszyklus charakterisiert.

Bei analytischer Bestimmung N e(kW) wird nach der Formel berechnet:

N e = p e V h in/(30τ ) (3.10)

Wo p e=L e /V h- durchschnittlicher effektiver Druck (MPa), d. h. nutzbare Arbeit, die pro Zyklus aus einer Arbeitsvolumeneinheit gewonnen wird;

Vh– Arbeitsvolumen des Zylinders, l;

N– Kurbelwellendrehzahl, min -1

Effektives Drehmoment Mich(N∙m)

Mich= (3∙10 4 /π)( N e /n) (3.11)

Bei der Berechnung von Verbrennungsmotoren wird der durchschnittliche effektive Druck (MPa) bestimmt als

p e=p i - p MP (3.12)

Durchschnittlicher mechanischer Verlustdruck P MP (MPa) für Motoren verschiedener Typen wird durch empirische Formeln bestimmt:

für Ottomotoren mit bis zu sechs Zylindern und S/D-Verhältnis >1

P Schmelzpunkt = 0,049 + 0,0152 V p.sr;

für Ottomotoren mit bis zu sechs Zylindern und S/D≤1-Verhältnis

P Schmelzpunkt = 0,034 + 0,0113 V n.sr.

für Viertakt-Dieselmotoren mit ungeteilter Kammer

P Schmelzpunkt = 0,089 + 0,0118 V n.sr.