Mga Paksa:
- Paghahambing ng teoretikal at aktwal na proseso ng paggawa
- Diagram ng tagapagpahiwatig
- Ang pag-unlad ng presyon sa panahon ng proseso ng four-stroke ng isang petrol engine
- Pag-unlad ng presyon sa panahon ng proseso ng four-stroke ng isang diesel engine
- Pagkakaiba-iba ng presyon sa panahon ng iba't ibang kondisyon ng pagpapatakbo
- Pagkawala ng daloy
- Impluwensya ng timing ng ignition sa indicator diagram
- Pag-unlad ng presyon sa p-α diagram
- Pinakamataas na presyon ng gas
- Average na presyon ng gas
Paghahambing ng teoretikal at aktwal na proseso ng paggawa:
Sa proseso ng pagtatrabaho ng isang petrolyo o diesel engine ay nakikitungo tayo sa isang PV diagram (P = pressure, V = volume) na nagpapahiwatig ng ugnayan sa pagitan ng presyon at volume sa proseso ng apat na stroke. Higit pang impormasyon tungkol dito ay matatagpuan sa pahina: Proseso ng Seiliger.
Ang proseso ng theoretical cycle ay nagaganap sa isang perpektong makina, kung saan walang natitirang mga gas o pagkalugi ang naroroon. Sa katotohanan, ang teoretikal na proseso ng paggawa ay naiiba sa aktwal na proseso ng paggawa dahil sa mga sumusunod na paglihis:
- ang silindro ay naglalaman ng hindi lamang sariwang singil, kundi pati na rin ang natitirang gas mula sa nakaraang ikot ng trabaho;
- hindi kumpletong pagkasunog ng gasolina;
- ang pagkasunog ay hindi nagpapatuloy nang eksakto sa pantay na dami o presyon;
- pagpapalitan ng init sa pagitan ng gas at ng silindro na dingding;
- ang mga pagkalugi sa daloy ay nangyayari sa panahon ng pagbabago ng trabaho;
- palaging may (minimal) na pagtagas ng gas sa mga piston ring;
- ang tiyak na init ay nagbabago sa presyon at temperatura, na nakakaapekto sa pagkasunog.
Ang kurso ng aktwal na proseso ng trabaho ay naitala gamit ang indicator diagram.
Diagram ng tagapagpahiwatig:
Ang indicator diagram ay nagpapakita ng gas pressure sa cylinder (sa itaas ng piston) sa panahon ng dalawang crankshaft revolutions. Natukoy ang diagram sa panahon ng pagsukat ng presyon na naganap sa silindro.
Ang indicator diagram na ipinapakita ay ng isang gasoline engine. Ang pulang linya ay nagpapahiwatig ng pagkakaiba-iba ng presyon na nauugnay sa piston stroke. Sa isang aktwal na pagsukat, ang isang halaga ay nakuha sa p Max. Pupunta tayo dito mamaya. Sa ibaba ng diagram ay isang silindro na may piston sa loob. Ang mga titik na Vs at Vc ay nagpapahiwatig ng dami ng stroke at dami ng compression.
Ang sumusunod ay isang listahan ng mga pagdadaglat na ginamit sa figure:
- p0: presyon ng hangin sa atmospera;
- pmax: pinakamataas na presyon sa silindro;
- S: stroke ng piston;
- vs: dami ng stroke;
- Vc: dami ng compression;
- W: paggawa (+ positibo at – negatibo);
- Ign: sandali ng pag-aapoy;
- Io: bubukas ang inlet valve;
- Amin: nagsasara ang balbula ng tambutso;
- Ay: nagsasara ang inlet valve;
- Uo: bumukas ang balbula ng tambutso
Ang pag-unlad ng presyon sa panahon ng proseso ng four-stroke ng isang petrol engine:
Maaari naming tingnan ang indicator diagram sa apat na magkakaibang sitwasyon:
- Intake stroke: gumagalaw ang piston mula TDC patungo sa TDC at sumisipsip sa hangin. Tumataas ang volume dahil tumataas ang espasyo sa itaas ng piston.
Ang presyon ay nananatiling pare-pareho*. Ang pulang linya sa indicator diagram ay tumatakbo mula sa a sa b; - Compression stroke: ang piston ay gumagalaw pataas at pinipiga ang hangin. Bumababa ang dami ng hangin habang tumataas ang presyon. Ang pulang linya ay nagpapakita nito sa pagitan ng mga punto b en c. Nagaganap ang pag-aapoy sa dulo ng compression stroke;
- Power stroke: Pagkatapos mag-spark ang spark plug, tumatagal ng ilang oras para tuluyang masunog ang mixture. Nakikita natin ang prosesong ito sa pagitan ng mga tuldok c en d. Ang puwersa na inilabas ng ignition ay nagtutulak sa piston pababa. Tumataas ang volume at bumababa ang presyon. Nakikita natin ito sa pagitan ng mga titik d en e;
- Exhaust stroke: Bubukas ang exhaust valve at itinutulak ng piston ang exhaust gas palabas. Bumababa ang volume, nananatiling pare-pareho ang presyon (e sa a).
Ang mga tagagawa ng hybrid na sasakyan ay lalong nag-aangkop nito sa mga araw na ito Prinsipyo ng Atkinson-Miller upang mabawasan ang mekanikal na pagtutol sa panahon ng compression stroke. Ito ay makikita sa tumataas na linya ng compression stroke sa indicator diagram.
*Sa paliwanag ay pinag-uusapan natin ang pantay na presyon sa panahon ng intake stroke. Ito ay bahagyang tama. Sa panahon ng intake stroke, ang piston acceleration ay pinakamataas sa humigit-kumulang 60 degrees pagkatapos ng TDC. Hindi masundan ng papasok na hangin ang piston. Sa sandaling iyon ang pinakamataas na negatibong presyon ng humigit-kumulang -0,2 bar ay nilikha. Pagkatapos ay tumaas muli ang presyon ng silindro. Ang mass inertia ng papasok na hangin ay nagsisiguro na ang hangin ay dumadaloy pa rin sa silindro habang ang piston ay gumagalaw muli paitaas. Ang magnitude ng underpressure ay depende sa posisyon ng throttle valve at sa bilis. Ang karagdagang saradong balbula ng throttle ay nagbibigay ng mas malaking vacuum sa isang pare-parehong bilis ng engine. Napabayaan namin ang tumaas na underpressure sa panahon ng maximum na acceleration ng piston sa teksto at mga larawan sa itaas.
Ang pag-unlad ng presyon sa panahon ng proseso ng four-stroke ng isang diesel engine:
Dito nakikita natin ang isang indicator diagram ng isang diesel engine.
- intake stroke: gumagalaw ang piston mula TDC hanggang TDC at sumisipsip ng hangin (kung supercharged ang makina);
- compression stroke: ang piston ay gumagalaw patungo sa ODP. Ang hangin ay naka-compress at ang temperatura ay tumataas sa higit sa 100 degrees Celsius dahil sa pagtaas ng presyon. Sa dulo ng compression stroke ang diesel fuel ay iniksyon. Ang fuel injection ay nagsisimula 5 hanggang 10 degrees bago ang TDC at nagtatapos sa pagitan ng 10 at 15 degrees pagkatapos ng TDC;
- power stroke: dahil ang diesel fuel ay itinuturok sa dulo ng compression stroke, ito ay magsisimulang magsunog habang ang presyon ay nananatiling pare-pareho. Ang presyon sa (halos) pahalang na bahagi ay nananatiling pare-pareho, habang ang lakas ng tunog ay tumataas.
Sa power stroke nakikita natin ang isobaric heat dissipation mula sa theoretical cycle process.
Tulad ng sa makina ng gasolina, nakikita natin na ang balbula ng tambutso ay bubukas bago umabot ang piston sa TDC. Nagaganap din ang overlap ng balbula dahil mas maagang bumukas ang inlet valve kaysa magsara ang exhaust valve.
Pagkakaiba-iba ng presyon sa panahon ng iba't ibang kondisyon ng pagpapatakbo:
Bilang karagdagan sa mga katangian ng engine na tinutukoy ang diagram ng tagapagpahiwatig, ang mga kondisyon ng pagpapatakbo (basahin: pag-load ng engine) ay nakakaimpluwensya rin dito. Ang mataas na presyon sa itaas ng piston ay hindi palaging naroroon o kinakailangan.
Ang tatlong diagram ng tagapagpahiwatig sa ibaba ay nagpapakita ng pagkakaiba-iba ng presyon na may kaugnayan sa mga degree ng crankshaft. Ang mga diagram ay naitala sa ilalim ng mga sumusunod na kondisyon:
- part load: 3/4 load sa n = 4200 rpm;
- buong pagkarga: sa n = 2500 rpm;
- engine braking: sa n = 6000 rpm na nakasara ang throttle valve.
Nakikita namin ang mga pagkakaiba sa pinakamataas na presyon ng gas sa silindro sa pagitan ng bahagi ng pagkarga at buong pagkarga. Kapag “engine braking”, ang throttle valve ay sarado at mayroong mataas na vacuum sa intake tract at sa cylinder. Dahil sa negatibong presyon na ito, ang presyon ng compression ay hindi mas mataas sa 3 hanggang 4 bar.
Pagkawala ng daloy:
Sa panahon ng intake stroke, ang isang vacuum ay nalikha sa silindro. Ang pagsipsip sa hangin ay nagkakahalaga ng enerhiya. Nakikita rin natin ito sa indicator diagram. Sa pagitan ng mga punto a at b bumababa ang pulang linya sa ibaba ng p0 (ang presyon ng hangin sa labas ng atmospera). May vacuum sa ibaba ng tuldok-tuldok na linyang ito (lugar -W). Tinatawag namin itong mga pagkalugi sa daloy o pagkalugi sa pag-flush.
Ang negatibong gawain (-W) ay nagkakahalaga ng enerhiya at samakatuwid ay hindi kanais-nais. Ang pagbabanlaw ay nangangailangan ng paggawa. Ang presyon ng labasan ay mas mataas kaysa sa presyon ng pumapasok. Ang flushing loop ay counterclockwise sa self-priming na mga motor.
Naglalapat ang mga tagagawa ng mga diskarte upang limitahan ang mga pagkalugi sa daloy:
- variable na timing ng balbula;
- mabilis at malaking pagbubukas ng balbula;
- pinakamainam na sukat ng mga inlet channel;
- makinis na kurso ng mga channel sa intake tract (pag-iwas sa matalim na paglipat);
- supercharging (sa pamamagitan ng turbo at/o mechanical compressor.
Ang mga makina na nilagyan ng supercharging ay may mas kaunti o walang negatibong trend sa indicator diagram. Ang coil loop ay tumatakbo nang pakanan at ngayon ay gumagawa ng trabaho. Ang boost pressure ay nakakatulong na itulak ang piston pababa (mula sa TDC hanggang ODP) sa panahon ng intake stroke. Ang kinakailangang trabaho ng compressor ay nakuha mula sa maubos na gas, dahil ang compressor wheel ng turbo ay hinihimok ng turbine wheel. Nangangahulugan ito na ang mga supercharged na makina ay mas mahusay sa ilalim ng parehong mga kundisyon kumpara sa mga self-aspirating engine.
Impluwensya ng timing ng ignition sa indicator diagram:
Upang makamit ang pinakamababang posibleng pagkonsumo ng gasolina at mataas na kahusayan, mahalagang makamit ang mga sumusunod:
- isang maikling oras ng pagkasunog, kaya isang mataas na bilis ng pagkasunog. Ito ay may kinalaman sa komposisyon ng pinaghalong;
- tamang phasing ng combustion kaugnay ng paggalaw ng piston. Direktang nauugnay ito sa timing ng pag-aapoy. Ang combustion center of gravity ay dapat na humigit-kumulang 5 hanggang 10 crankshaft degrees pagkatapos ng TDC. Ang sentro ng grabidad ay ang paglabas ng init na nangyayari sa panahon ng pagkasunog.
Ang parehong masyadong maaga at huli na timing ng pag-aapoy ay humahantong sa pagtaas ng paglabas ng init sa pamamagitan ng cylinder wall at samakatuwid ay isang pagbawas sa kalidad.
- Masyadong maagang pag-aapoy: masyadong maaga ang pagtaas ng presyon dahil maagang nagsisimula ang pagkasunog sa panahon ng compression stroke. Ang piston ay malakas na nakapreno bago ang TDC sa pamamagitan ng presyon ng pagkasunog. Ang masyadong maagang pag-aapoy ay humahantong sa mataas na pinakamataas na presyon, na nagreresulta sa pagbawas sa kahusayan ng makina at ang panganib ng mga depekto sa makina.
- Masyadong mahina ang pag-aapoy: huli na ang pagsisimula ng pagkasunog. Ang piston ay gumagalaw na patungo sa ODP, na nagiging sanhi ng presyon sa lumalawak na espasyo upang maging hindi sapat na mataas. Ang nasusunog na mga gas ay dumaloy din sa mga balbula ng tambutso. Bilang isang resulta, ang temperatura ay tumataas nang masyadong mataas. Ang isang manipis na timpla ay nagbibigay ng parehong resulta: ang gas ay nasusunog nang masyadong mabagal. Kung ang timpla ay masyadong payat, ang gas ay masusunog pa rin sa simula ng intake stroke. Para sa kadahilanang ito, maaaring mangyari ang backfire sa mga makina ng carburetor.
Tinutukoy ng modernong sistema ng pamamahala ng makina ang tamang timing ng pag-aapoy mula sa mga parameter nito: sa ilalim ng lahat ng pagkakataon, ang timing ng pag-aapoy ay dapat na mas malapit hangga't maaari sa limitasyon ng katok.
Pag-unlad ng presyon sa p-α diagram:
Ang indicator diagram ay maaaring ma-convert sa tangential force diagram. Ipinapakita nito ang tangential force bilang isang function ng crank angle (alpha). Binabago namin ang indicator diagram sa isang diagram kung saan ang presyon (p) ay inilalarawan bilang isang function ng anggulo (α): ang p-α diagram.
Sa sumusunod na larawan makikita natin ang profile ng presyon sa silindro sa panahon ng buong pagkarga.
Ang mga asul na punto ay nagpapahiwatig, tulad ng sa seksyong "diagram ng tagapagpahiwatig", kung anong oras ang mga balbula ay bubukas at sumasara:
- Pagbubukas (Io) at pagsasara (Is) inlet valves
- Ang mga balbula ng tambutso ay bubukas (Uo) at sumasara (Amin).
Bilang karagdagan, makikita natin mula sa mga antas ng crankshaft kung saan gumagana ang makina:
- 0 degrees: TDC (pagtatapos ng exhaust stroke, simula ng intake stroke)
- 180 degrees: ODP (pagtatapos ng intake stroke, simula ng compression stroke)
- 360 degrees: TDC (pagtatapos ng compression stroke, simula ng power stroke)
- 540 degrees: ODP (pagtatapos ng power stroke, simula ng exhaust stroke)
Pinakamataas na presyon ng gas:
Pinakamataas ang peak gas pressure sa panahon ng power stroke. Ang antas ng presyon ay nakasalalay sa pagkarga ng makina: kapag ang makina ay naghahatid ng maraming kapangyarihan, ang presyon ng pagkasunog ay mas mataas kaysa sa bahagi ng pagkarga.
Ang apat na larawan sa ibaba ay nagpapakita nito: ang throttle opening TP (Throttle Position) ay nagbibigay ng indikasyon ng lawak ng pagkarga ng makina kaugnay ng pag-ikot ng crankshaft CA (Crank Angle). Sa isang average na petrol engine, ang isang presyon ng sa average na 4000 kPa ay nilikha sa panahon ng combustion sa bahagi load at sa kasong ito sa paligid ng 5000 kPa sa buong load. Sa mga makina na may layered injection, camshaft adjustment at variable valve lift, ang presyon ay maaaring tumaas nang higit sa 6000 kPa.
Average na presyon ng gas:
Sa panahon ng proseso ng pagtatrabaho, ang presyon sa silindro ay nag-iiba nang malaki. Sa panahon ng intake stroke mayroong vacuum (kung ang isang exhaust gas turbo ay nagbibigay ng mas mataas na intake air pressure), at pagkatapos ng compression stroke ay mayroong pressure peak. Kung mas mataas ang peak gas pressure, mas malakas ang combustion.
Upang matukoy ang average na presyon ng proseso ng pagkasunog, maaari nating hatiin ang indicator diagram sa maliliit na parihaba ng pantay na lapad. Ang sumusunod na larawan ay nagpapakita ng asul at berdeng mga parihaba. Sa pamamagitan ng pagkalkula ng lugar ng mga asul na parihaba maaari nating kalkulahin ang positibong presyon. Pagkatapos ay ibawas namin ang lugar ng berdeng tatsulok mula dito. Pagkatapos ay naiwan tayo sa average na presyon ng piston.
Sa average na presyon ng piston matutukoy natin, bukod sa iba pang mga bagay, ang ipinahiwatig at epektibong lakas ng makina. Bisitahin ang pahina: mga ari-arian, pagkalugi at pagbabalik para magbasa pa tungkol dito.
Sa larawan, makikita natin na ang pulang linya ay nasa labas ng mga asul na parihaba: kung gagawin nating mas maliit ang lapad ng bawat parihaba at samakatuwid ay maaari tayong maglagay ng higit pang mga parihaba sa tabi ng bawat isa, magkakaroon tayo ng mas kaunting paglihis. Maaari naming ilapat ang ad na ito nang walang katapusan. Siyempre, sa katotohanan ay hindi namin gagawin iyon. Sa pamamagitan ng paglalapat ng mathematical function, matutukoy natin ang surface sa matematika. Ginagawa namin ito sa pagsamahin.
