Индицирование двигателя

Применение в настоящее время

Четырёхтактные двигатели бывают бензиновыми и дизельными. Применяются эти двигатели на транспортных или стационарных энергоустановках. Использовать такой двигатель рекомендуется в случаях, когда есть возможность регулировать соотношение оборотов, мощности и крутящего момента.


Например, если двигатель, работает в паре с электрогенератором, то нужно выдерживать нужный диапазон оборотов. А при использование промежуточных передач, четырёхтактный двигатель можно адаптировать к нагрузкам в достаточно широких пределах. То есть использовать в автомобилях.

Вернёмся к истокам его создания. В группе изобретателя Отто работал очень талантливый инженер Готлиб Даймлер, он понял что значит четырехтактный двигатель, его перспективы развития, и предложил на базе четырёхтактного двигателя построить автомобиль. Но шеф не посчитал нужным что-то менять в двигателе, и Даймлер, увлеченный своей идеей, покинул мэтра.

И через некоторое время, вместе с другим энтузиастом Карлом Бенцом в 1889 году создали автомобиль, который приводился в движение именно бензиновым четырехтактным двигателем внутреннего сгорания изобретателя Отто.

Эта технология с успехом используется и сегодня. В случаях, когда силовая установка работает на переходных режимах или режимах со снятием частичной мощности ‒ она незаменима, так как обеспечивает стабильную устойчивость процесса.

Индикаторная диаграмма — четырехтактный двигатель

Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя с внешним смесеобразованием и посторонним зажиганием приведена на фиг.  

Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя представлена на фиг. При определении работы в цилиндре из площади F, заключенной между линиями сжатия и расширения, следует вычесть площадь /, заключенную между линиями всасывания и выхлопа. При индицировании двигателей в эксплуатационных условиях площадью / вследствие малой величины обычно пренебрегают.  

На индикаторной диаграмме четырехтактных двигателей процесс выпуска представлен линией br, показывающей изменение давления внутри цилиндра за такт выпуска.  

Индикаторная диаграмма и среднее ( индикаторное давление.  

На рис. 14 представлена индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя.  

Индикаторная диаграмма четырехтактного карбюраторного двигателя.  

На рис. 13 приведена индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя, которая снимается специальным прибором — индикатором.  

Примерная индикаторная диаграмма четырехтактного карбюраторного двигателя без наддува ( установки УИТ-65, ИТ9 — 2М. пунктирная линия соответствует атмосферному давлению.| Примерная индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя с наддувом ( установка ИТ9 — 1. пунктирная линия соответствует атмосферному давлению.  

На рис. 2 представлена примерная индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя без наддува, а на рис. 3 — двигателя с наддувом. Линия АВ на обеих диаграммах изображает такт впуска в цилиндр свежей рабочей смеси.  

Индикаторные диаграммы четырехтактного двигателя при различном моменте зажигания смеси.  

На рис. 38 представлены три индикаторных диаграммы четырехтактного двигателя при различных моментах зажигания смеси. По горизонтали отложены углы поворота коленчатого вала, а по вертикали — давления газов в цилиндре двигателя. Значения, линий следующие: 1 — впуск ( всасывание), 2 — сжатие, 3 — расширение газов ( рабочий ход) и 4 — выпуск отработавших газов.  

На рис. 77, а приведена в увеличенном масштабе часть индикаторной диаграммы четырехтактного двигателя без наддува, описывающая процесс газообмена.  

На рис. 6.12 показана схема работы, а на рис. 6.13 индикаторные диаграммы четырехтактных двигателей: а — карбюраторного; б — бескомпрес-со рного дизеля.  

Принцип действия двигателей с подводом теплоты при V const ясен из рис. 16.1, на котором изображены схема и индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя.  

Последующая часть диаграммы а-с — z — b, изображающая процессы сжатия, сгорания и расширения, не отличается от индикаторной диаграммы четырехтактного двигателя.  

Как работает четырехтактный двигатель

Конструктивно рабочий цикл типового четырехтактного агрегата обеспечивается работой следующих элементов:

  • цилиндр;
  • поршень — выполняет возвратно-поступательные движения внутри цилиндра;
  • клапан впуска — управляет процессом подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания;
  • клапан выпуска — управляет процессом выброса отработавших газов из цилиндра;
  • свеча зажигания — осуществляет воспламенение образовавшейся топливовоздушной смеси;
  • коленчатый вал;
  • распределительный вал — управляет открытием и закрытием клапанов;
  • ременной или цепной привод;
  • кривошипно-шатунный механизм — переводит движение поршня во вращение коленчатого вала.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя

Рабочий цикл такого механизма состоит из четырех тактов, в ходе которых реализуются следующие процессы:

  1. Впуск (нагнетание топлива и воздуха). В начале цикла поршень находится в ВМТ. В момент, когда коленвал начинает вращаться, он воздействует на поршень и переводит его в НМТ. Это приводит к образованию разрежения в камере цилиндра. Распредвал воздействует на клапан впуска, постепенно открывая его. Когда поршень оказывается в крайнем положении клапан полностью открыт, в результате чего происходит интенсивное нагнетание топлива и воздуха в камеру цилиндра.
  2. Сжатие (увеличение давления горючей смеси). На втором этапе поршень начинает обратное перемещение к верхней мертвой точке такта сжатия. Коленвал совершает еще один поворот, а оба клапана полностью закрыты. Внутреннее давление увеличивается до величины 1,8 МПа и повышается температура горючей смеси до 600 С°.
  3. Расширение (рабочий ход). При достижении верхней позиции поршнем в камере сгорания устанавливается максимальная компрессия до 5 МПа и срабатывает свеча зажигания. Это приводит к возгоранию смеси и увеличению температуры до 2500 С°. Давление и температура приводят к интенсивному воздействию на поршень, и он начинает вновь перемещаться к НМТ. Коленвал совершает еще поворот, и таким образом, тепловая энергия переходит в полезную работу. Распредвал открывает выпускной клапан, и при достижении поршнем НМТ он полностью раскрыт. В результате отработавшие газы начинают постепенно выходить из камеры, а давление и температура снижаются.
  4. Выпуск (удаление отработавших газов). Коленвал двигателя поворачивается, и поршень начинает движение в верхнюю точку. Это приводит к выталкиванию отработавших газов и еще большему снижению температуры и уменьшению давления до 0,1 МПа. Далее, начинается новый цикл, в ходе которого указанные процессы вновь повторяются.

Четырехтактный двигатель получил широкое распространение. Он может работать как с бензином, так и с дизельным топливом. Отличием рабочего цикла для дизеля является то, что воспламенение топливовоздушной смеси происходит не от искры, а от высокого давления и температуры в конечной точке такта сжатия.

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.

Порядок работы

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя происходит за четыре такта, каждый из которых составляет один ход поршня между мертвыми точками, при этом двигатель проходит следующие фазы:

  • Впуск. Длится от 0 до 180° поворота кривошипа. При впуске поршень движется вниз от верхней мертвой точки, открыт впускной клапан. В цилиндре образуется разрежение, за счёт которого в него засасывается свежий заряд. При наличии нагнетателя смесь нагнетается в цилиндр под давлением.
  • Такт сжатия. 180—360° поворота кривошипа. Поршень движется к ВМТ, при этом заряд сжимается поршнем до давления степени сжатия. За счёт сжатия достигается бо́льшая удельная мощность, чем могла бы быть у двигателя, работающего при атмосферном давлении (такого как двигатель Ленуара), за счёт того, что в небольшом объёме заключен весь заряд рабочей смеси. Кроме того, повышение степени сжатия позволяет увеличить КПД двигателя. В двигателях Отто любой конструкции сжимается горючая смесь, в дизелях — чистый воздух.

В конце такта сжатия происходит зажигание заряда в двигателях Отто или начало впрыска топлива в двигателях Дизеля.

  • Рабочий ход 360—540° кривошипа — движение поршня в сторону нижней мёртвой точки под давлением горячих газов, передаваемого поршнем через шатун коленчатому валу. В двигателе Отто при этом происходит процесс изохорного расширения, в дизеле за счёт продолжающегося горения рабочей смеси подвод теплоты продолжается столько, сколько длится впрыск порции топлива. Поэтому сгорание в дизеле обеспечивает процесс, близкий к адиабатному, расширение происходит при одинаковом давлении.
  • Выпуск. 540—720° поворота кривошипа — очистка цилиндра от отработавшей смеси. Выпускной клапан открыт, поршень движется в сторону верхней мёртвой точки, вытесняя выхлопные газы.

В реальных двигателях фазы газораспределения подбираются таким образом, чтобы учитывалась инерция газовых потоков и геометрия трактов впуска и выпуска. Как правило, начало впуска опережает ВМТ от 15 до 25°, конец впуска отстает примерно на столько же от НМТ, так как инерция потока газов обеспечивает лучшее заполнение цилиндра. Выхлопной клапан опережает НМТ рабочего хода на 40 — 60°, при этом давление сгоревших газов к НМТ падает и противодавление на поршень при выхлопе оказывается ниже, что повышает КПД. Закрытие выхлопного клапана также относится за ВМТ впуска для более полного удаления выхлопных газов.

Так как процесс горения и распространение фронта пламени в двигателях Отто требуют определенного времени, зависящего от режима работы двигателя, а максимальное давление из соображений геометрии кривошипно-шатунного механизма желательно иметь от 40 до 45° от ВМТ начала рабочего хода, зажигание осуществляется с опережением — от 2 — 8° на холостом ходу до 25 — 30° на режимах полной нагрузки.

Рабочий процесс дизельного двигателя отличается от описанного выше тем, что заряд в камере сгорания — чистый воздух, нагретый от сжатия до температуры воспламенения. За некоторое время до ВМТ, называемое временем инициации, в камеру сгорания начинает впрыскиваться жидкое топливо, распыленное до капель, каждая из которых подвергается инициации, то есть нагревается, испаряясь с поверхности, при испарении вокруг каждой из капель образуется и воспламеняется в горячем воздухе горючая смесь. Время инициации для каждого дизеля стабильно, зависит от особенностей конструкции и изменяется только с его изнашиванием, поэтому, в отличие от момента зажигания, момент впрыска в дизеле задается раз и навсегда при его конструировании и изготовлении. Так как смесь во всем объёме камеры сгорания в дизеле не образуется, а факел распыла форсунки занимает небольшой объём камеры, количество воздуха на каждый объём впрыснутого топлива должно быть избыточным, в противном случае процесс горения протекает не до конца, а выхлопные газы содержат большое количество недогоревшего углерода в виде сажи. Само горение длится столько времени, сколько длится впрыскивание данной конкретной порции топлива — от нескольких градусов после ВМТ на холостом ходу до 45-50° на режимах полной мощности. В мощных дизелях цилиндр может снабжаться несколькими форсунками.

Индикаторы «Майгак»

Диаграммы снимаются с каждого рабочего цилиндра с помощью спе­циального прибора — индикатора поршневого типа «Майгак». Наличие диаграммы позволяет определить важные для анализа рабочего процесса параметры Рi, Рс и Рмакс. Диаграмма на рис. 1 типична для двигателей, при эксплуатации которых главная задача состояла в снижении уровня механической напряженностиИзменение механической напряженности и содержания в выхлопе окислов азота. Для этого, как уже ранее отмечалось, осуществляется более поздний впрыск топлива и сгорание происходит с меньшим ростом давления и температур в камере сгорания.

Рис. 1 Индикаторная диаграмма двигателя МАН-БВ KL-MC

Если же главная цель состоит в повышении экономичности двигателя, то сгорание организуется с более ранней подачей топлива и, соответс­твенно, большим ростом давлений. При наличии электронной системы управления подачей топлива такая перестройка легко осуществляется.


На диаграмме рис. 2 четко видны два горба — сжатие и затем сгора­ние. Такой характер достигнут за счет еще более поздней подачи топлива. На рисунках приведены два вида диаграмм — свернутая, по которой оп­ределяется среднее индикаторное давление, и развернутая, позволяющая визуально оценить характер развития процессов. Подобные диаграммы можно получить при использовании поршневого индикатора «Майгак», для которого необходимо наличие индикаторного приводаПроверка регулировки индикаторного привода, позволяющего

Рис. 2 Индикаторная диаграмма двигателя МАН-БВ SMC

синхронизировать вращение барабана индикатора с движением поршня индицируемого цилиндра. Подключение привода позволяет получить свернутую диаграмму, планиметрированием площади которой определя­ется среднее индикаторное давление, представляющее собой некоторое среднее условное давление, действующее на поршень и совершающее в течение одного хода работу, равную работе газов за цикл.

Pi = Fинд.д/ L m, где Fинд.д — площадь диаграммы, пропорциональная работе газов за цикл, L — длина диаграммы, пропорциональная величине рабочего объема цилиндра, m — масштабный множитель, зависящий от жесткости пружины поршня индикатора.

По Pi подсчитывается индикаторная мощность цилиндра Ni = C Pi n, где η — число оборотов 1/мин и С — постоянная цилиндра. Эффективная мощность Ne = Ni ηмех кВт, ηмех -механический кпд двигателя, который можно найти в документации по двигателю.

Перед тем, как приступить к индицированию, проверьте состояние индикаторного крана и привода. Возможные ошибки в их состоянии проиллюстрированы на рис. 3.

Гребенка (рис. 2) снимается при ручном управлении шнуром, отсоединенным от индикаторного привода. Наличие гребенки поз­воляет оценить стабильность циклов и более точно замерить Рмакс. Если пики одинаковы, то это свидетельствует о стабильной работе топливной аппаратуры.

Важно отметить, что поршневые индикаторы обладают малой часто­той собственных колебаний. Последняя должна,как минимум, в 30 раз превышать число оборотов двигателя


В противном случае индикатор­ные диаграммы будут сниматься с искажениями. Поэтому применение

Рис. 3 Ошибки в настройке привода индикатора

поршневых индикаторов ограничивается 300 об/мин. Индикаторы со стержневой пружиной обладают большей частотой собственных коле­баний и их применение допускается в двигателях с частотой вращения до 500-700 об/мин. Однако, в таких двигателях индикаторный привод отсутствует и приходится ограничиваться снятием гребенок или раз­вернутых диаграмм, по которым среднее индикаторное давлениеОпределение среднего индикаторного давления не определить.

Второе ограничение касается величины максимального давления в цилиндрах. В современных двигателях с высоким уровнем форсировки оно достигает 15-18 МПа. При используемом в индикаторе «Майгак» пор­шне для дизелей диаметром 9,06 мм максимально жесткая пружина огра­ничивает Рмакс = 15 МПа. При такой пружине точность измерения весьма низкая, так как масштаб пружины составляет 0,3 мм на 0,1 МПа.

Существенно также, что работа по индицированию довольно утоми­тельна и трудоемка, а точность результатов невысока. Малая точность обусловливается ошибками, возникающими из-за несовершенства инди­каторного привода и неточности обработки индикаторных диаграмм при их ручном планиметрировании. Для сведения — неточность индикатор­ного привода, выражающаяся в смещении ВМТ привода от ее истинного положения на 1°, приводит к ошибке примерно в 10%.

Рекомендуется к прочтению:Контроль и регулирование рабочих процессов, измерительные приборыЭлектронные индикаторы

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.


С этим читают