Ph.D. A.M. Kuznetsov, Moskauer Energietechnisches Institut (TU)
Der spezifische Verbrauch von konventionellem Brennstoff für die Erzeugung und Lieferung von Wärmeenergie aus KWK-Anlagen zur Wärmeversorgung der Verbraucher ist ein wichtiger Indikator für den Betrieb der KWK.
In den Büchern, die allen Energietechnikern bekannt sind, wurde früher eine physikalische Methode zur Aufteilung des Kraftstoffverbrauchs in die Wärme- und Stromerzeugung bei KWK vorgeschlagen. Zum Beispiel in dem Lehrbuch E.Ya. Sokolov, "Heating and Thermal Networks", gibt die Formel zur Berechnung des spezifischen Brennstoffverbrauchs zur Erzeugung von Wärme in einer KWK-Anlage:
b t = 143 / η cc = 143 / 0,9 = 159 kg / Gcal, wobei 143 die Menge an Brennstoffäquivalent ist, kg beim Verbrennen, 1 Gcal Wärmeenergie freigesetzt wird; bis & eegr; c -. Efficiency Kesselleistung des Wärmeverlustes in Dampfleitungen zwischen dem Kessel und der Turbinenhalle (ungültiger Wert von 0,9) unter Berücksichtigung. Und im Lehrbuch V.Ya. Ryzhkina „Thermische Kraftwerke“ im Beispiel der Berechnung der thermischen Regelung Turbine T-250-240 bestimmt werden, dass die spezifische Kraftstoffverbrauch von Wärmeenergie ist 162,5 kg ce / Gcal.
Im Ausland wird diese Methode nicht angewandt, und in unserem Land seit 1996 in RAO "UES of Russia" begann eine andere, perfekter - proportionale Methode ORGRES anzuwenden. Diese Methode führt jedoch auch zu einer erheblichen Überschätzung des Kraftstoffverbrauchs für die Wärmeerzeugung in der KWK-Anlage.
Die richtigste Berechnung der Brennstoffkosten für die Erzeugung von Wärme in der KWK-Anlage ist die Methode der Effizienz der Auswahl, die in dem Artikel detaillierter dargestellt wird. Berechnungen auf der Grundlage dieser Methode hergestellt zeigen, dass der Kraftstoffverbrauch bei thermischen Energieerzeugungsanlagen mit CHP-T 250-240 60 kg / Gcal und CHP mit Turbinen T-110 / 120-12,8-5M - 40 , 7 kg / Gcal.
Betrachten wir die Methode der Effektivität der Selektionen am Beispiel der GuD-KWK mit der Dampfturbine T-58 / 77-6,7. Die wichtigsten Leistungsindikatoren einer solchen Turbine sind in der Tabelle dargestellt, aus der hervorgeht, dass der Betriebsmodus für den mittleren Winterbetrieb aufheizt und der Sommermodus kondensierend ist. Am oberen Ende der Tabelle sind in beiden Modi alle Parameter identisch. Der Unterschied zeigt sich nur in Auswahlen. Dies ermöglicht uns, die Berechnung des Kraftstoffverbrauchs im Heizmodus sicher durchzuführen.
Die Dampfturbine T-58 / 77-6,7 ist für den Betrieb als Teil einer Zweikreis-PGU-230 an der KWK im Molzhaninowo-Bezirk von Moskau bestimmt. Die thermische Belastung beträgt Qr = 586 GJ / h (162,8 MW oder 140 Gcal / h). Die Änderung der elektrischen Leistung der Turbinenanlage beim Übergang vom Heizmodus in den Kondensationsmodus ist:
= N = 77,1 - 58,2 = 18,9 MW.
Die Effizienz der Auswahl wird durch die folgende Formel berechnet:
ηT = N / Qr = 18,9 / 162,8 = 0,116.
Bei gleicher thermischer Belastung (586 GJ / h), jedoch mit getrennter Erzeugung von Wärmeenergie im Fernheizkessel, beträgt der Brennstoffverbrauch:
BK = 34,1 .Q / & eegr; r k = 34,1.586 / 0,9 = = 22203 kg / h (158,6 kg / Gcal), wobei 34,1 - Anzahl der konditionierten Kraftstoff, KG, die freigesetzt wird, wenn 1 GJ Verbrennen thermische Energie; η рк. - Die Effizienz des Kessels für die getrennte Erzeugung von Energie (ein Wert von 0,9 wird angenommen).
Kraftstoffverbrauch im Stromsystem zur Erzeugung von Wärme am KWK unter Berücksichtigung der Selektionswirksamkeit:
wo η kc. - Effizienz des Kesselhauses des Ersatzes IES; η® - Wirkungsgrad der Turbineneinheit des Ersatz-IES; η э с. - Effizienz der elektrischen Netze bei der Übertragung von Strom aus dem Ersatz IES.
Kraftstoffverbrauch für die kombinierte Erzeugung von Wärme und elektrischer Energie im Vergleich zum Fernheizkesselhaus: B = B bis -B = 22203-7053 = 15150 kg / h.
Spezifischer Verbrauch von konventionellem Brennstoff für die Erzeugung von thermischer Energie durch das Verfahren der Effizienz der Auswahl: b t = B t / Q g = 7053/140 = 50,4 kg / Gcal.
Abschließend sei es, dass die Methode Effizienz Auswahl beachtet werden, wissenschaftlich begründet, angemessen Rechnung kann nimmt die Vorgänge im Stromnetz unter den Bedingungen der Heizung, einfach zu bedienen und die breiteste Anwendung finden.
Literatur
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EFFEKTIVE LEISTUNG.
Die in den Motorzylindern aufgenommene Leistung wird über das CCM an die Kurbelwelle übertragen. Der Energietransfer wird durch mechanische Verluste begleitet, die von Reibungsverlusten an der Kolbenzylinderwand ausgebildet ist, wobei das Lager des Kurbelwelle, Nockenmechanismus, sowie Mechanismen, aufgehängt an dem Motor und an den „Pumpen“ Verluste (in 4-Takt-Motoren).
Nutzleistung von der Motorkurbelwelle in dem Flansch entwickelt, den Verbraucher macht, wird die Wirkleistung (Ne) genannt wird, die geringer als die Größe der Anzeige mechanischen Verluste aufgewandt auf Reibung und Betätigungsmechanismen montiert ist. Dann,
wo, N m ist die Kraft der mechanischen Verluste.
DURCHSCHNITTLICHER EFFEKTIVER DRUCK.
Bei der Bestimmung der effektiven Leistung wird der Begriff des mittleren effektiven Drucks (p e) eingeführt, der ausgedrückt wird als:
p e = p i ∙ η m
Wir wissen, was p i ist; ähnlich zu dem Vorstehenden, kann geschlossen werden, dass der durchschnittliche effektive Druck kleiner ist als der durchschnittliche Indikatordruck durch den durchschnittlichen mechanischen Druckverlust, d.h.
Dann Einsetzen in Formel Indikator Leistungswert anstelle von p i p e, erhalten wir N = e 2 e p 52,3D ∙ ∙ C m ∙ i [EHP]
Unter Verwendung der Formel finden wir den Durchmesser des Zylinders D = √ (Ne / 52,3 ∙ Pe ∙ C m ∙ z)
Das Drehmoment ist mit der Wirkleistung verbunden und charakterisiert die Motorlast Me = 716,2 Ne / n [kg-m]
Die effektive Leistung hängt von einer Reihe von Parametern ab:
p e ∙ F ∙ S ∙ n ∙ k ∙ z
Ne = ----- [e.e.],
Basierend auf dieser Abhängigkeit werden Graphen konstruiert, die die Beziehung zwischen der Potenz und den sie bestimmenden Parametern zeigen. Solche Graphen werden Motorcharakteristiken genannt. Unterscheiden Sie High-Speed-, Last-und Schrauben-Eigenschaften.
Der stündliche Kraftstoffverbrauch wird in [kg / h] gemessen und wird für Kraftstoffbewertung und Berichterstattung (GH) verwendet.
Spezifisch ist der stündliche Kraftstoffverbrauch, bezogen auf eine effektive Kapazität. GH
g e = - [g / hp ∙ Stunde]
Die Beziehung zwischen dem spezifischen Kraftstoffverbrauch und der effektiven Effizienz wird durch die Formel 632 festgelegt
g e = - [g / hp ∙ Stunde]
Vergleichen wir den spezifischen Kraftstoffverbrauch:
langsam laufende Verbrennungsmotoren g e = 0,141 - 0,165 [kg / els h]
mittelschnelle Verbrennungsmotoren g e = 0,150 - 0,165 [kg / els ∙ h]
hochgeschwindigkeits-Verbrennungsmotoren g e = 0,165 - 0,180 [kg / els h]
WEGE UND WEGE, DIE EISKRAFT ZU ERHÖHEN.
Erhöhen Sie die Leistung von ICE kann auf folgende Arten erreicht werden:
1. Vergrößern der Größe der Zylinder (Durchmesser-D, Hub-S) oder der Anzahl der Zylinder (z), während die Gesamtabmessungen des Motors erhöht werden;
2. Erhöhung der Geschwindigkeit (Geschwindigkeit - n), während die Lebensdauer der Teile abnimmt. Geschwindigkeits- und Trägheitskräfte wachsen;
3. Übergang von 4-Takt-ICE zu 2-Takt;
4. Motoraufladung, d.h. unter Druck Luft in die Zylinder einleiten, wodurch Sie mehr Kraftstoff verbrennen können. Allerdings erlaubt die mechanische Aufladung, die Leistung mit sich verschlechternden wirtschaftlichen Indikatoren und Gasturbine zu erhöhen, um die Leistung zu erhöhen, während, zum Beispiel, wenn oder sogar mit einer gewissen Verbesserung der wirtschaftlichen Indikatoren, wenn
η e = ↓ η i ∙ η m, aber
η i = η t ∙ η e und η t = 1- (1 / ε k), dann für η m = f (n),
η m = Ne / Ni = (Ni-Nm) Ni = 1- (Nm / Ni)
Die Gasturbinenaufladung der 4-Takt-ICE wurde leicht durchgeführt, weil das Füllen des Zylinders und seine Reinigung wird während "pumpenden" Schlägen durchgeführt, und die Saug- und Auspuffanlagen werden fast nicht gemeldet. Der Ladeluftdruck kann mehr und weniger als der Abgasdruck sein.
Bei 2-Takt-ICE muss der Ladeluftdruck größer sein als der Druck am Ende des freien Abgases. Dazu muss die Leistung der Turbinengase erreicht werden, um einen Ladedruck bereitzustellen. Das freie Abgas beginnt früher mit größerem Gasdruck und reduziert die PA. Als Folge davon wird die Temperatur der Gase und ihre kinetische Energie aufgrund des Ausbrennens auf der Expansionsleitung größer sein. Zusätzlich wird in einer unter Druck stehenden Maschine das Verdichtungsverhältnis (E) verringert. Dies geschieht, um Pc und Pz zu reduzieren und das Wachstum mechanischer Lasten zu verhindern.
All dies führt zu einer starken Verschlechterung der Indikatoren:
für Verbrennungsmotoren mit Aufladung, g i = 125-138 g / PSh;
für Verbrennungsmotoren ohne Boost, g i = 118-120 g / PSh.
Die Erhaltung oder sogar Verbesserung wirksamer Indikatoren wird aufgrund eines starken Anstiegs der mechanischen Effizienz erreicht. Es erhöht sich, weil mechanische Verluste mit konstanter Geschwindigkeit nicht zunehmen. N m = f (n) ≈ const.
THERMAL, INDIKATOR, EFFIZIENT, MECHANISCHE EFFIZIENZ.
Die Bestimmung der thermischen Effizienz wurde früher angegeben. Wir werden es ein wenig hinzufügen.
Thermische Effizienz nannte das Verhältnis von Wärme, umgewandelt in eine nützliche Arbeit, zu der ganzen gelieferten Hitze.
Die thermische Effizienz charakterisiert den Grad der Wärmenutzung in jeder Konstruktion der Wärmekraftmaschine und erlaubt daher nur den Wärmeverlust, wenn sie zum Kühlschrank geht. Dann kann die Formel der thermischen Effizienz in einer für Berechnungen günstigen Form geschrieben werden:
1 λ ∙ ρ k ~ 1
η t = 1- -. -----
ε k ~ 1 λ-1 + k ∙ λ (ρ-1)
Die thermische Effizienz steigt mit einer Zunahme des Kompressionsverhältnisses mit einer Zunahme des adiabatischen Exponenten k und mit einem Anstieg des Drucks (der Druckanstiegsgrad λ).
Der thermische Wirkungsgrad sinkt mit zunehmendem Vorexpansionsgrad ρ.
Indikator Effizienz ist das Verhältnis der Wärmemenge, die auf die Indikatorarbeit (Q i) übertragen wird, zur gesamten Wärmemenge, die für die Erlangung dieser Arbeit aufgewendet wird (Q-Flügel). ηi = Qi / Q Lat (ηi = 0,42-0,53).
η i = --- = ---, wo
G q ∙ Q rn g i ∙ Q r n
632 - Wärmeäquivalent von 1 PS Stunde [kcal]
Gh - stündlicher Kraftstoffverbrauch;
Q р н - arbeitender unterer Heizwert des Brennstoffes.
Dieser Wirkungsgrad kennzeichnet die Wärmeverluste mit Abgasen, mit Kühlwasser sowie Verluste durch unvollständige Verbrennung von Kraftstoff. Es berücksichtigt die Gesamtmenge an Wärmeverlust während des Zyklus. Dies führt zusätzlich zu der Wärme, die mit Abgasen austritt, zu den Verlusten, die durch das Vorhandensein von Wärmeaustausch, unvollständige Verbrennung von Kraftstoff, ungenügend hohe Verbrennungsrate von Kraftstoff verursacht werden. Eine Erhöhung des Wärmeanteils, der die Zylinderwände und mit den Abgasen verlässt, beeinträchtigt eine Zunahme der Unvollständigkeit der Verbrennung in nachteiliger Weise die Indikatoreffizienz. Mit einem Anstieg des Luftüberschusskoeffizienten erhöht sich im Allgemeinen die Indikatoreffizienz.
In Dieselmotoren ist η i 0,4-0,5
Effektive Effizienz ist das Verhältnis der auf die nützliche Arbeit des Motors (Qe) aufgewendeten Wärmemenge zu der gesamten zugeführten Wärme (Q).
Es berücksichtigt sowohl thermische als auch mechanische Verluste.
632 Ne 36 ÷ 10 5
η e = ----, oder η e = ---
Q rn ∙ G Q Q ∙ g ∙ g e
Die Abhängigkeit zwischen der Effizienz wird ausgedrückt durch η e = η i ∙ η m
Das Diagramm zeigt die Graphen der Wirkungsgradänderung als Funktion der Belastung bei n = const. (η)
1,00 25 50 75 100 (Ne%)
Vergleichen wir den Dieselmotor mit anderen thermischen Maschinen auf den Effektivitätswerten des Wirkungsgrades: langsame Verbrennungsmotoren η e = 0.42-0.39 Gasturbinen η e = 0.42-0.31
mittelschnelle Verbrennungsmotoren η e = 0.42-0.37 Dampfmaschinen η e<0.20
multiturn-Verbrennungsmotoren η e = 0,42-0,31 Dampfturbinen η e\u003e 0,30
vergaser-Verbrennungsmotoren η e = 0.20-0.28
Daher ist der Diesel gemäß dem spezifischen Wärmeverbrauch am wirtschaftlichsten. (η e = 0,35-0,42). In Anlagen mit Dampfturbinen wird jedoch ein billigeres Heizöl verwendet und je mehr Leistung, desto geringer ist der Kostenunterschied zwischen Dieselmotoren und Dampfturbinen. Und da Turbinen im Vergleich zu Dieselmotoren eine Reihe von Vorteilen haben, werden sie häufiger bei höheren Kapazitäten eingesetzt. Dieselmotoren behalten ihre Wettbewerbsfähigkeit in Anlagen mit einer Leistung von bis zu 45.000 PS.
Mechanische Effizienz bezeichnet das Verhältnis von Wirkleistung zu Blindenergie oder die Kraft von mechanischen Verlusten.
η m = Ne / Ni oder η m = p e / p i
Mechanische Effizienz zeigt, dass ein Teil der Indikatorkraft, die es wünschenswert wäre, in eine nützliche effektive Arbeit zu verwandeln. Diese Effizienz berücksichtigt:
Verluste aufgrund der Reibung der beweglichen Teile, die davon abhängen: Material, Konstruktion Qualität der Herstellung, Handhabung und Montage von Teilen, die Bewegungsgeschwindigkeit der einzelnen Knoten Drücke Paarungen (mehr als die Hälfte dieser Verluste geht die hülsen Kolben zu paaren), Ölqualität usw. ;
- "Pump" Verluste. Beim 4-Takt-ICE umfassen die "Pumpverluste" die Energiekosten zur Überwindung der Widerstände bei der Reinigung der Zylinder von den Verbrennungsprodukten. Sie hängen vom Zeitpunkt des Öffnens der Einlass- und Auslassventile ab (siehe Timing-Diagramm). Mit dem späten Öffnen des Einlassventils wird der Ansaugdruck niedriger sein. Mit der späten Eröffnung der Abschlussfeier - der Release-Druck wird höher sein. In beiden Fällen nimmt der Bereich der negativen Arbeit zu. Die Energie, die auf den "pumpenden" Schlag ausgeübt wird, kann, wenn er aufgeladen ist, nützliche Arbeit werden. (Eine Möglichkeit, die Effizienz zu verbessern.)
Verluste in den Kosten von Kraftantrieben, die an den Motormechanismen angebracht sind (charakterisiert die Rationalität des Designs);
Um mechanische Verluste zu reduzieren, ist es notwendig, den Motor in einem guten technischen Zustand zu halten und zu erhalten. Halten Sie alle notwendigen Freigaben in den vom Hersteller empfohlenen Anweisungen ein, wählen Sie die richtige Qualität und Qualität der Schmiermittel. Beachten Sie die entsprechenden Temperaturbedingungen, Lastregelung für Zylinder, Wassertemperatur, Öl, Sauberkeit der Kollektoren usw.
Werte der mechanischen Effizienz.
2-Takt-Verbrennungsmotoren für 4-Takt-Motoren
ohne Verstärkung, & eegr; m = 0,75-0,85 ohne Verstärkung, & eegr; m = 0,75-0,85
mit Aufladung η m = 0,86-0,93 mit aufgeladenem η m = 0,85-0,95
Motorbetrieb
EINFLUSS METEOROLOGISCHER BEDINGUNGEN AUF DIE ARBEIT VON DIESEL.
Wenn die normalen atmosphärischen Bedingungen zu ändern (Temperatur T = 20 ° C; Luftdruck bar P = 760 mm Hg; rel. Luftfeuchte φ = 70%), gibt es eine Änderung der Luftladung in den Zylinder, nämlich Ladungsmasse nimmt mit steigender Temperatur Luft, mit einem Rückgang des Luftdrucks, mit einem Anstieg der relativen Luftfeuchtigkeit. Dabei:
1 verringert sich der mittlere Indikatordruck p i;
2 nimmt der Luftüberschußfaktor α ab;
3 steigt die Temperatur der Abgase;
4 erhöht die Hitzebelastung der GPG-Teile;
5 Motorleistung ist reduziert.
Wenn die Temperatur der Luft, die in die Zylinder eintritt, ansteigt, nimmt der Grad der Luftladung ab und daher der Luftüberschussfaktor. Dies führt zu einer Verschlechterung der Verbrennung von Kraftstoff und einer Erhöhung seines Verbrauchs. Verringert p i und damit die Motorleistung. Aufgrund der Erhöhung der Temperatur der Luftladung wird die Temperatur der Abgase ansteigen, was bedeutet, dass die Durchschnittstemperatur des Zyklus und die Hitzebelastung des Motors ansteigen werden.
Um eine thermische Überlastung des Motors zu vermeiden, ist es notwendig, seine Arbeit an dem maximalen Verbrennungsdruck (Pz) und den Abgastemperaturen zu überwachen, wobei deren Anstieg über die Nennwerte nicht zugelassen wird.
Um die Parameter zu verbessern, ist es notwendig, die Kraftstoffzufuhr pro Zyklus zu reduzieren. Dies verursacht einen Abfall von p i und eine Verringerung der Geschwindigkeit der Propellerwelle beim Betrieb mit der VPSH und folglich eine Verringerung der Geschwindigkeit des Schiffes. In der Betriebspraxis der Hauptmotoren wird allgemein angenommen, dass bei einer Erhöhung der Lufttemperatur um 10 ° C entweder die Drehzahl um 2% reduziert wird oder die Propellersteigung um 3% reduziert wird.
Wenn die Luftfeuchtigkeit ansteigt, sinkt der Trockenluftgehalt der Zylinder. Dies wird sich auch ändern (α). Infolgedessen werden sich die Verbrennungsbedingungen verschlechtern, und dies wird auch zu einer Abnahme von p i und somit der Motorleistung führen. Die Temperatur der Gase wird etwas ansteigen, was zu einer Überlastung des ICE führen wird.
Darüber hinaus trägt der Einfluss der Feuchtigkeit zu einer Veränderung der Leistung und der Korrosion in den Motorzylindern bei, insbesondere wenn mit Schwefelkraftstoffen gearbeitet wird. Daher muss sichergestellt werden, dass die Taubedingungen nicht im Ansaugtrakt entstehen. Der Taupunkt für jeden Diesel mit Kompressor und Luftkühler ist in Pass und Form angegeben.
Eigenschaften von ICE.
Die volle Nutzung der Kraft von Schiffsdieselmotoren ist eine der Hauptaufgaben des Schiffsmechanikers. Es ist wichtig, dass der Motor mit einer Leistung läuft, die seine tatsächlichen Fähigkeiten nicht überschreitet. Um dieses Problem kompetent zu lösen, ist es notwendig, die Eigenschaften des Dieselmotors und die Grundlage seiner Wechselwirkung mit dem Energieverbraucher zu kennen. Die Funktionsweise des Dieselmotors ist durch eine Reihe von Parametern gekennzeichnet: Leistung, Wirtschaftlichkeit, Geschwindigkeit, thermische und mechanische Belastungen. Die Leistung von Motoren ist üblicherweise unterteilt in:
1) energetisch - Ni, Ne, Me, pi, pe, n;
2) wirtschaftlich - Gh, g e, ε, (i);
3) Betrieb - Druck und Temperatur, durch Standard-Instrumente festgelegt, sowie eine Reihe von zusätzlichen Parametern, die eine Möglichkeit geben, die thermische und mechanische Festigkeit des Motors zu beurteilen.
Thermische Spannung - in direkter Abhängigkeit von der Last, gekennzeichnet durch einen mittleren Anzeigedruck oder die Position der Einspritzpumpe. Die Abgastemperatur (Tg), Wasser (Tv) und Öl (Tm) werden überwacht. Kürzlich in marinen Bedingungen erzeugen Buchsen Temperaturmessungen an der Oberseite des Zylinders und in der Zone der Spülöffnungen und die Böden des Kolbens und der Lager und Wolfram.
Mechanische Spannung - das Hauptkriterium ist der maximale Kraftstoffverbrennungsdruck (Pz) und die Trägheitskraft der bewegten Massen (Pj).
Wenn während des Betriebs des Dieselmotors seine Parameter konstant bleiben, wird das Regime als stationär bezeichnet. Der Übergang von einem etablierten Regime zu einem anderen kann spontan unter dem Einfluss der Pfadbedingungen stattfinden; automatisch - unter dem Einfluss des Reglers; oder manuell - indem der Bediener auf die Steuerschiene der Kraftstoffpumpe einwirkt.
Mit einer ausreichenden Haltezeit zwischen den Regimen ist es möglich, einen Satz von stationären Zuständen zu erhalten, die durch eine regelmäßige Änderung der Parameter des Motorbetriebs miteinander verbunden sind.
Die Gruppe von stationären Regimes, die als analytische, tabellarische oder grafische Abhängigkeiten vom wichtigsten, vorab ausgewählten Parameter dargestellt werden, wird als Diesel-Charakteristik bezeichnet. In diesem Fall, wenn die Last als der Hauptparameter genommen wird, wird die Charakteristik die Lastcharakteristik genannt, und wenn die Rotationsfrequenz, dann wird die Charakteristik die Geschwindigkeitscharakteristik genannt.
LADUNGSMERKMALE.
Die Abhängigkeit der Parameter des Motorbetriebs von seiner Last bei einer konstanten Geschwindigkeit wird die Lastcharakteristik genannt. Ne oder p e wird als eine unabhängige Variable oder eine Art ihrer Beziehung genommen, zum Beispiel p e / p e. Auf der Ordinatenachse sind alle interessierenden Parameter hinterlegt. Betrachten Sie als Beispiel das Merkmal g e = f (Ne).
Die Belastungseigenschaften, die bei verschiedenen Geschwindigkeiten aufgenommen werden, stimmen nicht überein. Daher wird im Betrieb ein Diagramm von kombinierten Eigenschaften konstruiert, mit dem es leicht ist, den Wert eines beliebigen Parameters, der einer gegebenen Belastung und der Rotationsgeschwindigkeit entspricht, zu bestimmen.
Hauptmotoren mit direkter Übertragung auf die Schraube und ein variablen Drehzahlregler aufweisen, unter bestimmten Bedingungen (wenn die Last auf der Schraube in seichtem Wasser, in Kurven, etc.) auf der Ladekennlinie arbeiten, wenn der Lageregler steuert unverändert bleibt.
Aus der Graphik sehen wir, dass für eine gegebene Anzahl von Umdrehungen (n = const) der minimale spezifische Kraftstoffverbrauch in dem 90% -Modus der Volllast ist. Leider kann der Motor in diesem Modus nicht kontinuierlich arbeiten, weil die Beladung des Schiffes und die Umgebungsbedingungen (die Tiefe des Fahrwassers, die Richtung und Stärke des Windes, Strömungen usw.) ändern sich ebenfalls, aber dies sollte berücksichtigt werden und, wenn möglich, mit einer solchen Kapazität arbeiten.
Die Situation ist einfacher mit dem Laden von Dieselgeneratoren. Lastkennlinie bei Nenndrehzahl (n nom) nähert seine Arbeit am Generator an.
GESCHWINDIGKEITSMERKMALE.
Geschwindigkeitskennlinie - die Abhängigkeit der Parameter des Motors von der Frequenz seiner Drehung. Abhängig von den Bedingungen, unter denen sie erhalten werden, werden die Geschwindigkeitsmerkmale unterteilt in extern, schraube und restriktiv.
In Abb. zeigt die allgemeine Form der Geschwindigkeitskennlinie, bei der durch Änderung der zugeführten Kraftstoffmenge unterschiedliche Geschwindigkeiten und die entsprechenden Werte der ausgewählten Parameter erhalten werden (zwei 625/34).
Der effektive spezifische Kraftstoffverbrauch mit bekannter Wirkleistung Ne und Kraftstoffverbrauch GT wird durch die Formel bestimmt:
g e = 10 3 G t / N e
Maßeinheit für den effektiven spezifischen Kraftstoffverbrauch: g / (kWh).
Wenn der Motor mit flüssigem Kraftstoff betrieben wird, ist die Beziehung zwischen g e und n e wie folgt:
n e = 3,6 10 3 / (g eQn)
Für Kraftfahrzeugmotoren, die im Nennmodus arbeiten, liegen die effektiven Wirkungsgradwerte innerhalb der folgenden Grenzen: für Vergasermotoren 0,25 ... 0,33; für Dieselmotoren 0,35-0,4. Gleichzeitig ist der Wert des effektiven spezifischen Kraftstoffverbrauchs: für Vergasermotoren 300 ... 370 g / (kWh); für Dieselmotoren mit ungeschirmten Brennräumen 245 ... 270 g / (kWh).
4. Wirksames Drehmoment und Kraft.
5. Mechanische Effizienz, die Auswirkung auf die Größe der Betriebsart, die Wahl des Motoröls, den thermischen und technischen Zustand des Motors.
Mechanische Effizienz
Die mechanische Effektivität nm - der geschätzte Parameter der mechanischen Verluste im Motor:
nm = LeLi = re / pi = Me / Mi = Ne / Ni.
Wenn die Fahrzeugmotoren im Nennmodus arbeiten, liegt der Wert innerhalb der folgenden Grenzen: für Viertakt-Vergasermotoren 0,7 ... 0,85; für Viertakt-Dieselmotoren ohne Aufladung 0,7 ... 0,82, mit Kompressor 0,8-0,9; für Gasmotoren 0,75 ... 0,85; für Zweitakt-H0,7-0,85.
6. Externes thermisches Gleichgewicht des Motors. Die Komponenten der Wärmebilanz.
Die Effizienz der Umwandlung der Verbrennungswärme von Brennstoff in nutzbare Arbeit in einem Wärmekraftwerk wird unter Verwendung der Energie-Wärmebilanz geschätzt. Die durch die Verbrennung des Brennstoffes freigesetzte Wärme überträgt sich nur teilweise auf eine sinnvolle effiziente Arbeit an der Motorwelle. Ein erheblicher Teil davon wird mit Abgasen mitgerissen, die an das Kühlsystem, die Umgebung usw. abgegeben werden. dh. ist wärmeverluste.
Die Verteilung von Wärme, die während der Verbrennung von Brennstoff für effiziente Arbeit und bestimmte Arten von Wärmeverlusten freigesetzt wird, wird genannt wärmebilanz.
Es gibt externe und interne Wärmebilanz.
Die Verteilung der Wärme, die während der Verbrennung des Brennstoffes zu den Hauptkomponenten freigesetzt wird, die experimentell von der sogenannten äusserlichen Leistung des Motors (der Wirkleistung, der Temperatur des Wassers, des Öls, usw. bestimmt sind) wird die äusserliche Wärmebilanz genannt.
Die Verteilung der Wärme, die durch die Verbrennung des Brennstoffs freigesetzt wird, auf die Hauptkomponenten, deren Bestimmung sich auf die Kenntnis der (inneren) Parameter des Motors bezieht, die aus den Anzeigediagrammen erhalten werden, wird die interne Wärmebilanz genannt.
Die Zusammensetzung der Wärmebilanz als letzte Stufe der Berechnung hat folgende Funktion:
Erstens Dies ist die Berechnung der Höhe der Wärmeverluste. Wenn Sie den Wärmeverlust kennen, können Sie Wege aufzeigen, wie diese durch neue Technologien und die Prinzipien der Wärmerückgewinnung reduziert werden können. Infolge der Verwendung von Wärmeverlusten ist es möglich, eine Anlage mit einer höheren Effizienz als die Effizienz des Motors selbst zu entwerfen;
Die zweite -liegt darin begründet, dass die Kenntnis der Wärmeverluste die Grundlage für die Auslegung von Hilfsmotorsystemen (Wasser-, Öl-, etc. Systeme) und die Beurteilung ihrer Wirksamkeit bildet. Beispielsweise wird aus der Wärmebilanz die Temperatur des Abgases ermittelt, die zur Berechnung und Auslegung des Turboladers (für Gasturbine und kombinierte Aufladung) notwendig ist. Daher ist die Zusammensetzung der Wärmebilanz direkt von praktischer Bedeutung;
Das dritte -rein berechnet. Mit der Erstellung des Wärmehaushalts können Sie die Richtigkeit der Berechnungen überprüfen. Der Wärmeverbrauch sollte gleich der Ankunft sein. Wenn das Guthaben nicht konvergiert, deutet dies auf eine falsche Berechnung hin.
7. Das Konzept des Gasaustauschprozesses. Die Phasen der Gasverteilung.
Eigenschaften von Gasaustauschprozessen. Gasaustausch Es wird die Menge der Prozesse der Entlassung und der Zulassung genannt, die die Veränderung des arbeitenden Körpers herbeiruft.
Die Qualität der Zylinderreinigung aus den Abgasen und die Effizienz der Befüllung mit Frischgas bestimmen die Leistung des Motors. Im tatsächlichen Zyklus entsprechen Beginn und Ende der Gaswechselvorgänge (Einlass und Auslass) nicht dem Beginn und dem Ende der Einlass- und Auslasshübe.
Gasaustauschprozesse stehen miteinander in Beziehung und haben einen signifikanten Einfluss auf andere Prozesse, die im tatsächlichen Zyklus auftreten. Zum Beispiel trägt die Erzeugung einer gerichteten Bewegung der Ladung in dem Zylinder durch Profilierung und die Anordnung der Einlasskanäle in dem Zylinderkopf zu einer verbesserten Gemischbildung und Verbrennung bei.
Um den Wirkungsgrad des Gasaustauschs zu erhöhen, ist es notwendig, einen möglichst großen Durchsatz der Ventilquerschnitte f, cm2, genannt "Zeitabschnitt", zu erreichen. Grafisch repräsentiert es die Fläche unter der Kurve der aktuellen Fläche des Ventilquerschnitts zwischen Totpunkten als Funktion der Zeit.
Die Arbeit des Gasaustauschs (Pumpverluste) in Motoren ohne Boost und in Gasturbinenaufladung ist negativ. Wenn ein Antriebskompressor verwendet wird, ist der Gasaustauschvorgang positiv, aber die Kosten des Antriebs sind erhöht.
Nockenwellensteuerung ist die Zeit vom Moment des Öffnens der Ventile bis zum Zeitpunkt ihres Schließens, ausgedrückt in Umdrehungsgraden der Kurbelwelle, und sind relativ zu den Anfangs- oder Endmomenten der entsprechenden Maßnahmen markiert.
Die Aufgabe des Gasverteilungsmechanismus besteht darin, die höchste Effizienz beim Füllen und Reinigen des Zylinders während des Motorbetriebs sicherzustellen. Die Effizienz des Motors, die Leistung und das entwickelte Drehmoment hängen davon ab, wie kompetent die Phasen der Gasverteilung gewählt werden.
8. Anforderungen an die Prozesse der Gemischbildung in Ottomotoren (Brennstoffdosierung, Stratifizierung und Homogenisierung der Mischung).
Im Fall von Gemischen in Fremdzündungsmotoren ist ein Komplex miteinander in Beziehung stehender Prozesse gemeint, die mit der Zudosierung von Brennstoff und Luft einhergehen, das Sprühen und Verdampfen von Brennstoff und das Mischen mit Luft. Qualitative Gemischbildung ist eine notwendige Bedingung, um hohe Leistungs-, Wirtschafts- und Umweltparameter des Motors zu erhalten.
Der Ablauf der Prozesse der Gemischbildung hängt weitgehend von den physikalisch-chemischen Eigenschaften des Brennstoffes und der Art und Weise ab, in der er zugeführt wird. Bei Motoren mit äußerer Gemischbildung beginnt der Prozess der Gemischbildung im Vergaser (Injektor, Mischer), setzt sich im Ansaugkrümmer fort und endet im Zylinder.
Nach dem Strahlaustritt aus der Vergaserspritze oder -düse beginnt sich der Strahl unter dem Einfluß des Luftwiderstandes zu zersetzen (aufgrund der unterschiedlichen Geschwindigkeiten von Luft und Treibstoff). Die Feinheit und Gleichmäßigkeit des Sprühens hängt von der Luftgeschwindigkeit im Diffusor, der Viskosität und der Oberflächenspannung des Brennstoffes ab. Wenn der Vergasermotor bei seiner relativ niedrigen Temperatur gestartet wird, findet praktisch keine Zerstäubung des Kraftstoffs statt, und bis zu 90 Prozent oder mehr Kraftstoff in dem flüssigen Zustand tritt in die Zylinder ein. Um eine sichere Inbetriebnahme zu gewährleisten, ist es daher notwendig, die zyklische Brennstoffzufuhr wesentlich zu erhöhen (α auf Werte von 0,1-0,2 bringen).
Der Prozess des Sprühens der flüssigen Phase des Kraftstoffs fließt auch in den Einlassabschnitt des Einlassventils und bei nicht vollständig geöffneter Drosselklappe in den Spalt, den er bildet.
Ein Teil der Kraftstofftröpfchen, die durch die Strömung von Luft und Kraftstoffdampf mitgerissen werden, verdampft weiterhin und ein Teil davon setzt sich in Form eines Films nicht in den Wänden der Mischkammer, dem Einlaßverteiler und dem Kanal im Kopf des Blocks ab. Unter der Wirkung der tangentialen Kraft von der Wechselwirkung mit der Luftströmung bewegt sich der Film zu dem Zylinder. Da sich die Geschwindigkeiten des Luft-Kraftstoff-Gemisches und der Kraftstofftröpfchen unwesentlich (um 2-6 m / s) unterscheiden, ist die Verdampfungsrate der Tröpfchen gering. Die Verdampfung von der Oberfläche des Films erfolgt intensiver. Um den Prozess der Verdampfung der Folie zu beschleunigen, wird der Ansaugkrümmer in den Vergaser- und Zentraleinspritzmotoren erwärmt.
Der unterschiedliche Widerstand der Zweige des Ansaugkrümmers und die ungleichmäßige Verteilung des Films in diesen Zweigen führen zu einer ungleichmäßigen Zusammensetzung der Mischung entlang der Zylinder. Der Grad der Unebenheit in der Zusammensetzung der Mischung kann 15 bis 17% erreichen.
Während der Verdampfung von Kraftstoff läuft der Prozess seiner Fraktionierung ab. Die leichten Fraktionen verdampfen zunächst, während die schwereren in der flüssigen Phase in den Zylinder gelangen. Infolge der ungleichmäßigen Verteilung der flüssigen Phase in den Zylindern kann es sich nicht nur um eine Mischung mit unterschiedlichem Brennstoff-Luft-Verhältnis handeln, sondern auch um Brennstoff unterschiedlicher fraktionierter Zusammensetzung. Folglich sind die Oktanzahlen des Kraftstoffs in verschiedenen Zylindern unterschiedlich.
Die Qualität der Gemischbildung verbessert sich mit zunehmender Geschwindigkeit n. Besonders auffällig ist der negative Effekt des Films auf die Leistung des Motors in Übergangsmodi.
Die Ungleichmäßigkeit der Gemischzusammensetzung in Motoren mit verteilter Einspritzung wird hauptsächlich durch die Identität des Betriebs der Einspritzdüsen bestimmt. Der Grad der Unebenheit in der Zusammensetzung des Gemisches beträgt ± 1,5% bei Betrieb mit einer externen Geschwindigkeitscharakteristik und ± 4% bei Leerlauf mit einer minimalen Geschwindigkeit nx.x.min.
Wenn Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt wird, sind zwei Arten des Mischens möglich:
- um eine homogene Mischung zu erhalten;
Mit Ladungsschichtung.
Die Durchführung der letztgenannten Methode der Gemischbildung ist mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Die Durchführung der letztgenannten Methode der Gemischbildung ist mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden.
In Gasmotoren mit einer äußeren Gemischbildung wird der Kraftstoff in den Luftstrom im gasförmigen Zustand eingeleitet. Ein niedriger Siedepunkt, ein hoher Diffusionskoeffizient und eine wesentlich geringere Menge an theoretisch notwendiger Verbrennungsluft (zum Beispiel für Benzin - 58,6, Methan - 9,52 (m3 Luft) / (m3 Gas) liefern ein praktisch homogenes Brennstoffgemisch. Mischung über die Zylinder ist gleichmäßiger.
1.1 Gemischbildung während der Vergasung
Sprühen von Kraftstoff. Nach dem Düsenstart beginnt der Vergaserzerstäuber seine Zersetzung. Unter dem Einfluss des Luftwiderstands (die Luftgeschwindigkeit ist viel höher als die Geschwindigkeit des Treibstoffs) bricht der Jet in Filme und Tropfen mit unterschiedlichen Durchmessern auf. Der durchschnittliche Tropfendurchmesser am Auslass des Vergasers kann grob als 100 μm angesehen werden. Die Verbesserung des Sprays erhöht die Gesamtoberfläche der Tröpfchen und trägt zu ihrer schnelleren Verdampfung bei. Durch Erhöhen der Luftgeschwindigkeit in dem Diffusor und Reduzieren der Viskosität und des Oberflächenspannungskoeffizienten des Brennstoffs verbessern Sie die Feinheit und Gleichmäßigkeit des Sprühens. Zu Beginn des Vergasermotors findet praktisch keine Zerstäubung des Kraftstoffes statt.
Die Bildung und Bewegung eines Kraftstofffilms. Unter dem Einfluss von Luftströmung und Gravitationskräften setzen sich einige Tröpfchen an den Wänden des Vergasers und der Einlassrohrleitung ab und bilden einen Brennstofffilm. Der Film des Kraftstoffs wird durch die Adhäsionskräfte an der Wand, die Tangentialkraft auf der Luftstromseite, den statischen Druckabfall entlang des Umfangs des Abschnitts sowie die Schwerkraft und die Oberflächenspannung beeinflusst. Durch die Einwirkung dieser Kräfte erhält der Film eine komplexe Bewegungsbahn. Seine Geschwindigkeit ist einige Dutzend mal geringer als die Fließgeschwindigkeit der Mischung. Die größte Menge an Film wird in den Modi voller Lasten und niedriger Geschwindigkeit gebildet, wenn die Luftgeschwindigkeit und die Feinheit der Brennstoffzerstäubung klein sind. In diesem Fall kann die Filmmenge am Auslass des Einlassrohrs bis zu 25% des gesamten Kraftstoffverbrauchs erreichen. Die Art des Verhältnisses der physikalischen Zustände der brennbaren Mischung hängt im wesentlichen von den Konstruktionsmerkmalen des Brennstoffversorgungssystems ab.
Verdampfung von Kraftstoff. Der Brennstoff verdunstet bei relativ niedrigen Temperaturen von der Oberfläche der Tröpfchen und der Folie. Die Tröpfchen befinden sich in dem Motoransaugsystem für ungefähr 0,002 bis 0,05 s. Während dieser Zeit gelingt es nur den kleinsten von ihnen vollständig zu verdampfen. Niedrige Verdampfungsraten von Tröpfchen werden hauptsächlich durch den molekularen Mechanismus des Wärme- und Stofftransports bestimmt, da sich die Tröpfchen meistens mit wenig Luftstrahlen bewegen. Daher wird die Verdampfung der Tröpfchen wesentlich durch die Feinheit des Sprühens und die Anfangstemperatur des Brennstoffs beeinflusst, während der Einfluss der Luftflusstemperatur unbedeutend ist.
Der Kraftstofffilm wird durch die Strömung intensiv durchgebrannt. In diesem Fall ist von großer Bedeutung für seinen Verdampfungswärmeaustausch mit den Wänden hat einen Einlasspfad, so dass, wenn die Zentraleinspritzung carburation und Einleitrohr typischerweise erwärmte Motorkühlflüssigkeit oder Auspuffs. Je nach Auslegung des Einlaßweg und Wirkungsweise der Vergaser Maschine und eine Zentraleinspritzung am Auslass des Ansaugkanals Gehalts in dem brennbaren Gemisch von Kraftstoffdampf kann 60-95% betragen. Der Prozess der Verdampfung des Kraftstoffs setzt sich während der Ansaug- und Kompressionstakte im Zylinder fort. Zu Beginn der Verbrennung verdampft der Kraftstoff praktisch vollständig.
Somit wird bei Kaltstartmodus und einem Aufwärm, wenn die Kraftstofftemperatur, die Einlassluftpfade Oberflächen und kleine Benzinverdampfung minimal ist, im Startmodus ist auch so gut wie keine Zerstäubung, Mischbedingungen extrem ungünstig sind.
Ungleichmäßige Zusammensetzung der Mischung entlang der Zylinder. Angesichts des ungleichen Widerstands der Abzweigungen des Ansaugtraktes kann sich die Füllung einzelner Zylinder mit Luft unterscheiden (um 2-4%). Die Verteilung des Kraftstoffs entlang der Zylinder des Vergasermotors kann durch eine wesentlich größere Unebenheit gekennzeichnet sein, hauptsächlich aufgrund der ungleichen Verteilung des Films. Dies bedeutet, dass die Zusammensetzung der Mischung in den Zylindern nicht die gleiche ist. Es ist durch den Grad der Ungleichmäßigkeit in der Zusammensetzung der Mischung gekennzeichnet:
wo αi - Koeffizient von Luftüberschuss im i-ten Zylinder; α ist der Durchschnittswert des Luftüberschußfaktors des Gemischs, das vom Vergaser oder vom Zentraleinspritzventil hergestellt wird.
Wenn, Di\u003e 0, dann bedeutet dies, dass das Gemisch in diesem Zylinder schlechter ist als der Motor als Ganzes. Der Wert von α wird am einfachsten aus der Analyse der Zusammensetzung des den i-ten Zylinder verlassenden Abgases bestimmt. Der Grad der Unebenheit der Zusammensetzung des Gemisches mit einer erfolglosen Gestaltung des Ansaugtrakts kann 20% erreichen, was die Wirtschaftlichkeit, die Umwelt, die Leistung und andere Leistung des Motors wesentlich verschlechtert. Die ungleichmäßige Zusammensetzung des Gemisches hängt auch von der Betriebsart des Motors ab. Wenn die Frequenz n zunimmt, verbessert sich das Sprühen und Verdampfen des Kraftstoffs, so dass die Ungleichmäßigkeit der Gemischzusammensetzung abnimmt (2a). Die Mischung wird auch verbessert, wenn die Belastung verringert wird, was sich insbesondere in einer Verringerung des Grades der Unebenheit in der Zusammensetzung der Mischung äußert (Fig. 2b).
Während der Gemischbildung tritt eine Benzinfraktionierung auf. Zur gleichen Zeit verdampfen die leichten Fraktionen (sie haben eine niedrigere Oktanzahl) zuerst und in den Tropfen und dem Film sind hauptsächlich mittel und schwer. Infolge der ungleichmäßigen Verteilung der flüssigen Phase des Kraftstoffs in den Zylindern kann nicht nur die Mischung mit unterschiedlichem α, sondern auch die fraktionierte Zusammensetzung des Kraftstoffs (und folglich seine Oktanzahl) ebenfalls ungleich sein. Dies gilt auch für die Verteilung von Additiven auf Benzin, insbesondere Antiklopf, entlang der Zylinder. Aufgrund dieser Merkmale der Gemischbildung tritt ein Gemisch in die Zylinder der Vergasermotoren ein, die sich allgemein in der Zusammensetzung, der Kraftstoffzusammensetzung und der Oktanzahl unterscheiden.
Änderung des Grads der Unebenheit in der Zusammensetzung des Gemisches in 1, 2, 3 und 4 Zylindern, abhängig von der Drehzahl n (Gesamtdrossel) (a) und Belastung (n = 2000 min-1) (b)
1.2 Gemisch für die zentrale und dezentrale Kraftstoffeinspritzung
Einspritzung von Kraftstoff im Vergleich zu Vergaser bietet:
1. Erhöhen des Füllungsverhältnisses aufgrund einer Verringerung des aerodynamischen Widerstands des Einlasssystems in Abwesenheit eines Vergasers und Erwärmen der Luft an dem Einlass aufgrund der kürzeren Länge des Einlasspfades.
2. Gleichmäßigere Verteilung des Kraftstoffs entlang der Motorzylinder. Der Unterschied in dem Koeffizienten der überschüssigen Luft in den Zylindern, wenn der Kraftstoff eingespritzt wird, beträgt 6-7% und bei der Vergasung 20-30%.
3. Die Möglichkeit, das Kompressionsverhältnis um 0,5-2 Einheiten bei gleicher Oktanzahl des Kraftstoffes zu erhöhen, infolge einer geringeren Erwärmung der Frischladung am Einlass, gleichmäßigere Verteilung des Kraftstoffs entlang der Zylinder.
4. Erhöhung der Energieindikatoren (Ni, Ne usw.) um 3-25%.
5. Verbesserte Motorbeschleunigung und leichterer Start.
Betrachten Sie die Prozesse der Gemischbildung in der Zentraleinspritzung ähnlich wie diese Prozesse im Vergasermotor und beachten Sie die Hauptunterschiede zwischen diesen Prozessen.
Sprühen von Kraftstoff. Einspritzsysteme spritzen wie üblich Kraftstoff mit erhöhtem Druck in den Ansaugkrümmer (Zentraleinspritzung) oder die Ansaugkrümmer im Zylinderkopf (Verteilte Einspritzung) (Bild 1b, c).
Für zentrale und verteilte Einspritzsysteme hängt neben den obigen Parametern die Feinheit des Sprühens auch vom Einspritzdruck, der Form der Sprühdüsen des Injektors und der Geschwindigkeit des darin befindlichen Benzinstroms ab. In diesen Systemen werden am häufigsten elektromagnetische Injektoren verwendet, denen Brennstoff mit einem Druck von 0,15 bis 0,4 MPa zugeführt wird, was die Erzeugung von Tröpfchen mit einem mittleren Durchmesser von 50 bis 400 um sicherstellt, abhängig von der Art der Düsen (Strahl, Stift oder Zentrifugal). Bei der Vergasung beträgt dieser Durchmesser bis zu 500 μm.
Die Bildung und Bewegung eines Kraftstofffilms. Die Menge an Film, die beim Einspritzen von Benzin gebildet wird, hängt von dem Ort der Düse, der Reichweite des Strahls, der Feinheit des Sprays und der verteilten Einspritzung in jeden Zylinder ab - von dem Moment an, an dem er gestartet wurde. Die Praxis zeigt, dass bei jeder Art der Organisation der Einspritzung die Masse des Films bis zu 60 ... 80% der gesamten zugeführten Kraftstoffmenge beträgt.
Verdampfung von Kraftstoff. Insbesondere verdampft der Film von der Oberfläche des Einlassventils. Die Dauer dieser Verdampfung ist jedoch gering, so dass bei einer verteilten Einspritzung auf der Einlassventilplatte und dem Motor bei voller Kraftstoffzufuhr nur 30-50% der zyklischen Kraftstoffdosis verdampft werden, bevor sie in den Zylinder eintreten.
Bei verteilter Einspritzung an den Wänden des Einlasskanals erhöht sich die Verdampfungszeit aufgrund der langsamen Geschwindigkeit des Films, und der Anteil an verdampftem Kraftstoff erhöht sich auf 50-70%. Je höher die Rotationsgeschwindigkeit ist, desto geringer ist die Verdunstungsdauer und daher nimmt auch der Anteil an verdampftem Benzin ab.
Eine Erwärmung des Saugrohrs mit verteilter Einspritzung ist nicht sinnvoll, weil es kann die Gemischbildung nicht wesentlich verbessern.
Ungleichmäßige Zusammensetzung der Mischung entlang der Zylinder. Bei Motoren mit verteilter Einspritzung hängt die Ungleichmäßigkeit der Zusammensetzung der Mischung entlang der Zylinder von der Qualität der Herstellung (Identität) der Einspritzdüsen und der Dosis des eingespritzten Kraftstoffs ab. Wenn die Einspritzung verteilt ist, ist die Ungleichmäßigkeit der Zusammensetzung der Mischung gewöhnlich gering. Sein größter Wert liegt bei den minimalen zyklischen Dosen (insbesondere bei Leerlaufdrehzahl) und kann ± 4% erreichen. Wenn der Motor bei Volllast läuft, übersteigt die Unebenheit des Gemisches nicht ± 1,5%.
9. Anforderungen an die Prozesse der Gemischbildung in Dieselmotoren. Prozess- und Einspritzcharakteristik in Dieselmotoren.
Die Mischung in Dieselmotoren erfolgt am Ende des Kompressionshubs und am Beginn des Expansionszyklus. Der Vorgang wird für kurze Zeit fortgesetzt, was einer Drehung der Kurbelwelle um 20-60 ° entspricht. Dieser Prozess in Diesel hat die folgenden Eigenschaften:
- Die Mischung findet im Inneren des Zylinders statt und wird hauptsächlich während der Kraftstoffeinspritzung durchgeführt;
- Die Dauer der Gemischbildung ist im Vergleich zum Vergasermotor um ein Vielfaches kleiner;
- Eine brennbare Mischung, die unter Bedingungen von begrenzter Zeit hergestellt wird, ist durch eine große Heterogenität gekennzeichnet, d.h. ungleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs im Volumen der Brennkammer. Zusammen mit Zonen hoher Brennstoffkonzentration (mit kleinen Werten des lokalen (lokalen) Luftüberschussverhältnisses) gibt es Zonen mit einer niedrigen Brennstoffkonzentration (mit großen Werten von & agr;). Dieser Umstand bestimmt die Notwendigkeit, Kraftstoff in den Zylindern von Dieselmotoren mit einem relativ großen Gesamtüberschußluftfaktor a\u003e 1,2 zu verbrennen.
Anders als der Vergasermotor, der entzündliche Grenzen des brennbaren Gemisches hat, charakterisiert α daher nicht die Zündbedingungen des Kraftstoffs in Diesel. Die Zündung in Diesel ist praktisch für jeden Gesamtwert von α möglich, weil Die Zusammensetzung der Mischung in verschiedenen Zonen der Brennkammer (CS) variiert über einen weiten Bereich. Von null (z. B. in der flüssigen Phase von Kraftstofftröpfchen) bis unendlich ¾ außerhalb des Abfalls, wo kein Kraftstoff vorhanden ist.
Gemisch in Dieselmotoren Bei Dieselmotoren erfolgt die Herstellung eines brennbaren Gemisches innerhalb eines Zylinders in kurzer Zeit von 0,003 bis 0,005 Sekunden. Während dieser Zeit sollte eine gute Zerstäubung, Verdampfung und Vermischung sowie eine gleichmäßige Verteilung des Brennstoffes in der Brennkammer erreicht werden.
Für Dieselkraftstoffe im Betrieb gelten ähnliche Anforderungen wie für Benzine. Aufgrund der Besonderheiten der Gemischbildung und der Zündung in Dieselmotoren können jedoch einige spezifische Anforderungen von ihnen unterschieden werden. Diese Anforderungen bilden im Allgemeinen die folgende Beibehaltung der Fluidität und einer bestimmten Viskosität des Kraftstoffs auf die niedrigstmöglichen Temperaturen, um eine zuverlässige Gemischbildung und Entflammbarkeit des Kraftstoffs bei der Einspritzung in die Brennkammer zu gewährleisten.
Die fraktionierte Zusammensetzung von Dieselkraftstoffen ist ein Indikator für deren Volatilität. In einem Dieselmotor findet die Verdampfung von Kraftstoff in einer sehr heißen Luftumgebung statt. Daher hat der Großteil des Kraftstoffs trotz zu kurzer Zeit für die Gemischbildung Zeit, zu verdampfen und ein Arbeitsgemisch zu bilden. Gleichzeitig sind Kraftstofffraktionen mit sehr niedrigen Destillationstemperaturen nicht leicht entflammbar. Daher sollte Dieselkraftstoff eine optimale fraktionierte Zusammensetzung haben, so dass er die Verdampfung nicht behindert und die Entflammbarkeit nicht verschlechtert.
Damit sich das Arbeitsgemisch gleichmäßig und schnell über die gesamte Brennkammer verteilt, ist ein tiefes Eindringen des Kraftstoffstrahls und dessen Feinsprühen notwendig. Fein zerstäubter Kraftstoff dringt jedoch schlechter in die Druckluft der Brennkammer ein, weshalb es notwendig ist, den Einspritzdruck des Kraftstoffes zu erhöhen. Außerdem muss sich der Kraftstoff beim Einspritzen gut mit Luft vermischen, was durch einen Luftwirbel erreicht werden kann, der entsteht, wenn er in den Zylinder eintritt und komprimiert wird. Dementsprechend werden verschiedene Verfahren zur Gemischbildung in Dieselmotoren verwendet.
Der Unterschied in der Gemischbildung bei Diesel- und Vergasermotoren wirkt sich auch auf die unterschiedliche Gestaltung der Brennräume aus. Bei Dieselmotoren sorgt die Form der Brennkammer für eine gleichmäßige Verteilung des Arbeitsgemisches in der gesamten Kammer und beeinflusst auch die Qualität der Mischung.
Für ein\u003e 1 wird eine Mischung aus Kraftstoff und Luft als aufgebraucht bezeichnet, da mehr Kraftstoff darin verbrennen kann. Solche Gemische werden in Dieselmotoren verwendet, um die Vollständigkeit der Verbrennung von Kraftstoff sicherzustellen. Wegen der schlechten Gemischbildung in diesen Motoren für kleine a (bereits bei a = 1,1 ... 1,2) ist es unmöglich, eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffs zu gewährleisten.
Die Lösung des Problems wurde auf einfache Weise gefunden. Um eine Selbstzündung des Kraftstoffs auszuschließen, wird zunächst in einer thermischen Expansionsmaschine das nicht brennbare Gemisch (Kraftstoff-Luft-Gemisch) und Luft verdichtet. Während des Verdichtungsprozesses steigt die Lufttemperatur an und zu einem bestimmten Zeitpunkt wird sie höher als die Selbstzündungstemperatur des Kraftstoffs, aber in der Expansionsmaschine ist Kraftstoff noch nicht verfügbar. In dem Moment, in dem sich der Kolben dem OT nähert, wird Kraftstoff in den Zylinder der Expansionsmaschine eingespritzt, der sich aus der hoch erhitzten Luft entzündet. Um Kraftstoff in den Zylinder der Expansionsmaschine einzuspritzen, wird er in einer speziellen Pumpe komprimiert. Der Kraftstoffdruck in der Pumpe muss den Luftdruck im Zylinder der Expansionsmaschine übersteigen, da nur in diesem Fall der Kraftstoff in den Zylinder fließt. Wenn der Kraftstoff in den Zylinder der Expansionsmaschine eintritt, wird er mit einer speziellen Vorrichtung, der Düse, besprüht. Während des Sprühvorgangs wird der Brennstoffstrahl auf kleinste Partikel zerkleinert. Je mehr Partikel vorhanden sind, desto größer ist die Kontaktfläche mit der Luft, die beim Komprimieren sehr heiß ist. Die Geschwindigkeit ihrer Verdampfung hängt von der Kontaktfläche der Partikel mit Luft ab. Zur schnellen Verbrennung von Brennstoff muss dieser in einen gasförmigen (dampfförmigen) Zustand überführt und schnell mit Luft gemischt werden. Somit wird in diesem Fall das brennbare Gemisch innerhalb des Zylinders der Expansionsmaschine vorbereitet, so dass solche Motoren als Verbrennungsmotoren oder Dieselmotoren bezeichnet werden. Bei ihnen ist die Verbrennung von Kraftstoff etwas langsamer als bei Motoren mit äußerer Gemischbildung (Benzinmotoren). Dies ermöglicht es in einer gewissen Näherung, den Zyklus solcher Motoren als nahe einem idealisierten Zyklus mit einem gemischten Prozess des Lieferns thermischer Energie an den Arbeitskörper zu betrachten.
10. Die Phasen des Verbrennungsprozesses in den Motoren.
In dem normalen Verfahren, bei Motoren mit Funkenzündungsverbrennungsgemisch kann bedingt in drei Phasen des ersten unterteilt werden - primäre, während der kleine Verbrennungsherd zwischen Elektroden der Zündkerze verursacht wird, wird es allmählich in eine abgewickelte Vorder turbulente Flamme transformiert zweite - Hauptphase Flammenausbreitung dritte - Phase Nachbrennmischung. Es ist nicht möglich, eine scharfe Grenze zwischen den einzelnen Verbrennungsphasen zu ziehen, da die Änderung in der Art des Prozesses allmählich auftritt.
11. Detonationsverbrennung und ihre Ursachen verursachen.
Detonationsverbrennung tritt am häufigsten auf, wenn die falsche Benzinwahl für Motoren mit hohem Verdichtungsverhältnis gewählt wird. Während der Detonationsverbrennung breitet sich die Flammenfront schnell aus und erreicht 1500 ... 2000 m / s. Da der Verbrennungsraum ist kleiner Raum, Elastic Detonationswellen wiederholt anschlagen und von den Verbrennungskammerwänden reflektieren, die die charakteristischen Detonations Klopfen metallischem verursacht. Reflektierende Schockwellen stören den normalen Verbrennungsprozess, verursachen Vibrationen von Motorteilen, was zu einem deutlichen Verschleißanstieg führt. Die Abgase erhalten eine dunkle, manchmal schwarze Farbe, d.h. Die Detonation erhöht die unvollständige Verbrennung des Kraftstoffs.
12. Einfluss von Betriebs- und Regimefaktoren auf den Verbrennungsprozess in Diesel.
) Faktoren, die die Phasen des Verbrennungsprozesses beeinflussen
Faktoren, die alle Phasen des Verbrennungsprozesses beeinflussen, und insbesondere die der Zündverzögerungsperiode τ i kann in physikalisch-chemischen, strukturellen und operativen unterteilt werden.
Zu physikochemische Faktoren umfassen die physikalischen Eigenschaften und die chemische Zusammensetzung des Kraftstoffdruck und Luftladungs-Temperatur, Sauerstoffkonzentration und das Restgas in der Brennkammer der Brennstoff in Gegenwart von Katalysatoren in Form von Additiven, Verbrennungsverbesserer. Die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Brennstoffes finden ihren Ausdruck in der Cetanzahl. Die höhere Cetanzahl höhere Sauerstoffkonzentration und geringere Abgasgehalt, desto geringer ist die Zündverzögerungsperiode. In Gegenwart von Katalysatoren, die die Verbrennung und auch mit der Brennraumdruck erhöht die Temperatur und & tgr; i wird ebenfalls reduziert, zu fördern, die den Verbrennungsprozess macht, ist „weicher“, die Steifigkeit der Arbeit & Delta; P / Δφ und der maximale Druck P Z Abnahme.
Unter den wichtigsten konstruktive FaktorenBeeinflussen des Prozesses der Entzündung und Verbrennung umfasst Verdichtungsverhältnis ε, Brennraumgestaltung, Einspritz Geräte-Design, das Kolbenmaterial und die Art seiner Kühlung.
ε Erhöhen erhöht den Druck P c und die Temperatur T c am Ende der Kompression, die τ i verringert. Jedoch, wie bereits erwähnt, mit zunehmenden P c erhöht und P z, die die mechanischen Festigkeit der Motorkomponenten erhöht.
Brennraumgestaltung und Kraftstoffeinspritzung, bestimmt die Qualität der Vermischung - die Feinheit und die Gleichförmigkeit der Kraftstoffzerstäubung, seine Verdampfung, die Gleichmäßigkeit der Vermischung der Kraftstoffpartikel und der Luft um die Verbrennungsraumvolumen, - bestimmen die Intensität der Wärme auf die Brennstoff- und Zündverzögerungsperiode τ i. Jede Verbesserung in der Qualität der Durchmischung verringert die Abnahme τ i P z, & Delta; P / Δφ und Verringerung der IV-Phase (Nachverbrennung).
In die gleiche Richtung wirkt sich das Vorhandensein von ungekühlten Kolben und Auskleidungen auf den Kolben aus. In gußeisernen Kolben Wärmeleitzahl geringer als die von Aluminium ist; daher ist die Temperatur ihrer Oberfläche höher. Bei Zweitakt-Dieselmotoren und bei erzwungenem Viertakt ist es jedoch notwendig, nicht darauf zu achten, die Temperatur des Kolbens zu erhöhen, sondern ihn zu senken. Kolben werden üblicherweise mit Öl oder Wasser gekühlt, wodurch sich die Zeitdauer τ i erhöht.
Baumaschinen Brennelement bestimmt nicht nur die Qualität der Gemischbildung und durch carburetion - Verbrennungsqualität. Ein großer Einfluß auf dem Verbrennungsphasengesetz macht den Kraftstoffeinspritzprozess - das Gewicht oder die Volumenverteilung des zugeführten Kraftstoffs im Zylinder zu der Zeit (oder Kurbelwinkel q (φ), siehe Abbildung unten ..). Bei sonst gleichen Bedingungen wird das Einspritzgesetz durch die Geschwindigkeit des eingespritzten Kraftstoffs bestimmt.
Typischerweise versuchen Einspritzung durchzuführen Geschwindigkeit, um die Erhöhung der dynamischen Leistungszyklus P z und & Delta; P / Δφ sowie eine effizientere Nutzung der Luftladung befindet sich in entfernten „Ecken“ der Verbrennungskammer (der letzte Teil des Kraftstoffs mit einer maximalen Geschwindigkeit zu reduzieren, in die die meisten zu durchdringen entfernte Ecken). Die dynamischen Parameter des Zyklus sind umso geringer, je weniger Kraftstoff während der Zeit & tau; i zugeführt wird.
Unter den betriebliche Faktoren können Kraftstoffzufuhrzeitsteuerwinkel φ bp Einspritzdauer umfasst φ n, der aktuelle technische Zustand der Kraftstoffeinspritzung, die Luftzufuhr und Organe des Fließweg.
Kraftstoffzufuhrzeitsteuerwinkel φ bp Faktor ist die flexibelste, in Betrieb ermöglicht die Natur des Verbrennungsprozesses zu beeinflussen. Zu früh Voraus Versorgung, wenn die Einspritzung bei einer niedrigen Temperatur in der Zylinderladung komprimierte durchgeführt erhöht τ i, die P z zunimmt, & Dgr; P / Δφ (vgl. Abb. 1 unter der Kurve). Zu spät Futter (Kurve 3) führt zu einer Transferlinie für die Nachverbrennung Verbrennungsprozess, die Erhöhung des Drucks und die Abgastemperatur, die die Temperatur der Zylindergruppe erhöht und die thermische Wirkungsgrad verringert.
die Kraftstoffeinspritzdauer φ n „in Betrieb zu erhöhen, ist ein Mittel, um die Leistung eines Dieselmotors zu erhöhen. Wenn der Vorschub konstant, dann mit zunehmendem φ n der relativen Dauer der III-IV-s, und die zweite Verbrennungsphase erhöht, um die Temperatur der Abgase zu erhöhen erhöhen die Temperatur der Zylinderwand. Somit ist die thermische Effizienz kann, wenn die relative Erhöhung der Nutzleistung inkrementieren größer übertragen relative Wärmekältequelle (mit den Abgasen mitgerissen werden) werden verbessert.
Eine Verschlechterung des technischen Zustandes von Kraftstoff Ausrüstung, Einrichtungen der Luftzufuhr und Luftströmungswegs - ein Verstopfen der Düsen oder Feuer Vernebler den Düsennadel hängen, die Entwicklung der Düsenlöcher, eine Erhöhung des hydraulischen Widerstands Strömungswegs um die Effizienz und Kapazität Turbolader zu verringern - schließlich führt zur Verschlechterung des Verbrennungsprozesses, der Transfer Verbrennung auf der Nachbrennstrecke, Reduzierung der thermischen Effizienz und Überhitzung der Zylinder-Kolben-Gruppe.
13. Anwendung der Einspritzung des Benzins. Das Prinzip der Kraftstoffdosierung bei der Einspritzung.
Das Luft-Kraftstoff-Gemisch (TV-Gemisch) wird aus dem Vergaser zu den Zylindern der Brennkraftmaschine (ICE), die entlang der Rohrlänge des Saugrohres zugeführt. Die Länge dieser Rohre auf die verschiedenen Zylinder des Motors variiert, und in dem Kollektor die ungleichmäßige Erwärmung der Wände hat, auch auf vollständig warmgelaufenen Motor.
Dies führt dazu, dass aus dem im Vergaser erzeugten homogenen TV-Gemisch in unterschiedlichen Zylindern des ICE unterschiedliche Kraftstoff-Luft-Ladungen gebildet werden. Als Ergebnis hat der Motor die berechnete Leistung nicht geben, wird die Gleichmäßigkeit Drehmoment, Kraftstoffverbrauch und die Menge an schädlichen Substanzen im Abgas Anstieg verloren. Es ist sehr schwierig, dieses Phänomen in Vergasermotoren zu bekämpfen. Es sollte auch darauf hingewiesen werden, dass moderne Vergaser auf dem Prinzip arbeitet Versprühen, in dem die Zerstäubung in dem Benzinstrom in dem Einlassluftzylinder nimmt.
In dieser Form ausreichend großer Tropfen Kraftstoff, der nicht die Qualität der Mischung aus Benzin und Luft bietet. Eine schlechte Vermischung und große Tropfen Benzin an den Wänden des Saugrohrs und an den Wänden des Zylinders während des Ansaug- TV Mischung erleichtern Einschwingzeit. Aber gezwungen Versprühen Benzin unter Druck durch den kalibrierte Brennstoffeinspritzdüse des Partikels kann viel kleiner sein, verglichen Kraftstoff während der Pulverisierung zu besprühen. Besonders effektiv wird Benzin unter hohem Druck mit einem engen Strahl besprüht.
Es wird festgestellt, dass, wenn der Kraftstoff in Partikel mit einem Durchmesser Versprühen weniger als 15 ... 20 Mikrometern seine in der Luft mit dem Sauerstoff Mischen nicht als Gewichtungs Teilchen ist und auf der molekularen Ebene. Dies macht TV Mischung resistenter gegenüber Änderungen in der Temperatur im Zylinder und der Druck und den Einlasskrümmer von langen Röhren, die vollständigere seine Verbrennung fördert. So wurde die Idee des Ersetzens der mechanische Trägheit Spritzdüsen Vergaser zentralen trägheits Einspritzdüse (FVC) getragen, die für eine vorbestimmte Zeit durch das elektrische Impulssignal von der Steuereinheit des elektronischen Automatisierungs öffnet.
In diesem Fall neben qualitativer Zerstäubung und effiziente Vermischung von Brennstoff mit Luft, ist es einfach, eine höhere Genauigkeit der Dosierung in den TV-Mischungen in allen möglichen Formen des ICE zu erhalten. Somit wird durch die Verwendung eines Kraftstoffversorgungssystems mit Einspritzmotoren der modernen Autos nicht die oben genannten Nachteile Vergaser-Motoren haben, das heißt Sie sind effizienter, eine höhere Leistungsdichte, die Konsistenz wird das Drehmoment über einen weiten Drehzahlbereich gehalten wird, und die Emission von Schadstoffen in die Atmosphäre mit den Abgasen minimiert wird.
Kraftstoffeinspritzsysteme
Common-Rail-Einspritzsystem
Das Common-Rail-Einspritzsystem ist ein modernes Einspritzsystem für Dieselmotoren.
Der Betrieb des Komon Rail-Systems basiert auf der Versorgung der Einspritzventile mit Kraftstoff aus dem gemeinsamen Hochdruckspeicher - der Kraftstoffschiene. Das Einspritzsystem wurde von Spezialisten von Bosch entwickelt.