Индикаторная диаграмма 2-х тактного двигателя.

<1 2 345 6 7 >

Понятия и определения, которые необходимо знать:

1. какие термодинамические процессы называются круговыми или циклами.

2. что такое теоретический термодинамический цикл

3. знать диаграмму изохорного термодинамического цикла ( цикл ОТТО)

4. знать диаграмму изобарного термодинамического цикла ( цикл Дизеля)

5. знать диаграмму смешанного термодинамического цикла (цикл Тринклера – Сабатэ)

6. показать на индикаторных диаграммах объем камеры сжатия, рабочий и полный объем цилиндра,

дать определение степени сжатия

7. показать на индикаторной диаграмме точки максимального давления сжатия и сгорания.

Тема 3.2-1 основы теории ДВС 09.2012

ПРОЦЕСС НАПОЛНЕНИЯ

Процесс впуска предназначен для введения в цилиндр свежего заряда: горючей смеси — в бензиновых двигателях или воздуха — в дизелях. Чем больший по массе свежий заряд будет введен в цилиндр двигателя на каждый цикл, тем большую работу можно ожидать от цикла и тем большую мощность будет развивать двигатель. Поэтому процесс впуска должен быть организован так, чтобы в цилиндр двигателя было введено возможно большее количество свежего заряда.

В современных двигателях процесс впуска сравнительно четко можно разделить на два периода. К первому периоду относится заполнение цилиндра при движении поршня от в. м. т. до нижней, т. е. за π рад (180°) поворота кривошипа. Поступление свежего заряда в этот период происходит вследствие разряжения, создающегося в цилиндре при отходе поршня от. в. м. т. Второй период осуществляется при движении поршня от н. м. т. к верхней и продолжается, в зависимости от окружающей среды,до загрытия впускного клапана, а объем, занимаемый им, будет равен объему V_a за вычетом объема камеры сгорания Vc, т. е.

На основании изложенного фактическая (общая) масса свежего заряда Gc.з поступившего в цилиндр во время процесса выпуска, будет

где G₁₈₀ — масса свежего заряда, поступившая в цилиндр при движении поршня от в. м. т. до н. м. т.;

G доп— масса дополнительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр за период, соответствующий запаздыванию закрытия впускного клапана. Массу свежего заряда, поступающую в цилиндр за первый период впуска, можно определить по характеристическому уравнению, связывающему параметры его состояния. .

Весовое количество свежего заряда, поступающего в цилиндр за второй период впуска. Процесс поступления свежего заряда за второй период впуска называют дозарядкой .

Рассмотрим процесс наполнения под действием разрежения дизеля без наддува. В конце хода выпуска объем камеры сжатия V_cбудет заполнен продуктами сгорания давлением р_rЕсли не принимать во внимание углы опережения открытия и запаздывания закрытия клапанов, то при нисходящем давлении поршня от в. м. т. вначале будет происходить расширение оставшихся в цилиндре газов от р_rдо р _а.

В результате сопротивлений всасыванию, нагревания о горячие детали двигателя и теплообмена с оставшимися в цилиндре газами поступающий свежий заряд будет иметь меньшую плотность, чем окружающая среда. Очевидно, что масса поступающего заряда с увеличением давления впуска будет возрастать, а с повышением температуры заряда—уменьшаться.

Коэффициент наполнения. Для оценки степени заполнения цилиндра свежим зарядом вводится понятие о коэффициенте наполнения η_н.

Коэффициентом наполнения называется отношение количества свежего заряда, действительно поступившего в цилиндр, к количеству теоретически возможного заряда, который мог бы поместиться в рабочем объеме цилиндра при температуре Т_о и давлении р_о окружающей среды.

Из этого определения следует, что η_н.= 1, если объем V_s заполнен свежим зарядом имеющим температуру и давление окружающей среды.

По окончании хода выпуска, когда поршень будет находиться в в. м. т., в объеме камеры сжатия V_c останутся продукты сгорания в количестве m_r кг. В конце хода наполнения в объеме V_а будет m_акг смеси воздуха и остаточных газов.

Если массу действительно поступившего в цилиндр воздуха обозначить m_s,то

m_а = m_s,+ m_r= m_s(1+m_r/ m_s). Отношение m_r/ m_s=γ_r_,т.е. ,

отношение количества остаточных продуктов сгорания m_r к количеству действительно поступившему воздуху в цилиндр, называется коэффициентом остаточных газов.

Таким образом m_а= m_s (1+ γ_r), откуда m_s= m_а/(1+ γ_r)

Практически величина γ_r для четырехтактных дизелей равна 0,035 — 0,045. В зависимости от типа продувки. γ_rдля двухтактных двигателей может иметь значение 0,03—0,30.

Количество воздуха т₀которое теоретически возможно поместить в объеме V_s при Т_ои р₀,определяется из уравнения состояния

р₀ V_s = m₀ R_s T_Q: тогда m₀= р₀ V_s / R_s T_Q:

Аналогично находится количество смеси воздуха и остаточных газов: m_а= р_а V_а/ R_а T_а:

Согласно определению коэффициент наполнения равен: η_н= m_s / m₀= m_а/ m₀(1+ γ_r)

Подставив в это выражение значение т_аи т₀, получим: η_н= р_а V_аR_s T_Q / R_а T_а р₀ V_s(1+ γ_r)

Без особой погрешности газовые постоянные R_sвоздуха и R_aсмеси можно считать равными; тогда, сократив их и произведя перегруппировку, найдем, что

η_н= V_а/ V_s ∙ р_а/ р₀∙ T_Q / T_а∙1/(1+ γ_r)

Отношение объемов V_а/ V_s можно преобразовать следующим образом

V_а/ V_s= V_а/ V_а- V_c= V_а/ V_c(V_а/ V_c-1) = ε /ε-1

Подставив это значение в предыдущую формулу, получим окончательное выражение для коэффициента наполнения в таком виде:

η_н= ε /ε-1∙ р_а/ р₀∙ T_Q / T_а∙1/(1+ γ_r)

Выражение действительно как для четырехтактных, так и для двухтактных двигателей при условии замены р₀и T_Q на p_sи T_s— давление и температуру продувочного воздуха.

Коэффициент наполнения двухтактного двигателя, отнесенный к полезному ходу поршня,

η_н= ε /ε-1∙ р_а/ p_s∙ T_s / T_а∙1/(1+ γ_r )

Для определения коэффициента наполнения четырехтактного двигателя с наддувом необходимо в формулу подставить вместо рои То соответствующие давление р_ни температуру Т_н наддувочного воздуха.

На основании анализа формул можно прийти к следующим выводам:

а) наибольшее влияние на величину коэффициента наполнения оказывает давление р_ав цилиндре в конце хода наполнения, с увеличением которого η_н возрастает;

б) степень сжатия е оказывает незначительное влияние на коэффициент наполнения;

в) с уменьшением подогрева воздуха уменьшается и температура Т_ав конце впуска, в результате чего повышается η_н .

В процессе эксплуатации коэффициент наполнения может понизиться, что приведет к падению мощности. Для сохранения наибольшего значения η_н в период эксплуатации необходимо обеспечивать установленные фазы газораспределения, поддерживать нормальные тепловые зазоры между кулачковыми шайбами и роликами, не допускать загрязнения впускных каналов, выпускного коллектора и воздушных фильтров. Перегрев двигателя также уменьшает η_н , происходит более сильный нагрев свежего заряда, уменьшается его плотность и масса.

При уменьшении частоты вращения η_н уменьшается, так как при этом наступает несоответствие фаз газораспределения. На некоторых современных ДВС устанавливают автоматические устройства корректировки фаз газораспределения в зависимости от условий работы ДВС.

Коэффициент наполнения для судовых дизелей колеблется в пределах 0,70—0,98,

Определение давления в конце наполнения р_а ( в начале сжатия.)

Если двигатель работает без наддува и цилиндр наполняется под действием разрежения, то давление в начале сжатия может быть принято равным давлению в период впуска, предполагаемому постоянным.

Ввиду того что главным фактором, влияющим на сопротивление при впуске, является скорость протекания воздуха через щель, образующуюся при открытии впускного клапана, величину р_а определяют в зависимости от скорости воздуха.

Средняя скорость протекания воздуха в проходном сечении впускного клапана при установившемся движении воздуха (в м/сек) может быть найдена из уравнения сплошности:

V = FC_m =ƒС₁

где V— объем воздуха, протекающего через впускной клапан в 1 сек.в м³

F— площадь поршня в м²;

C_m=2Sn — средняя скорость поршня в м/сек

(здесь п –частота вращения в об/сек и S— ход поршня в м);

f — площадь живого сечения впускного клапана в м²

С₁ — средняя скорость протекания воздуха в щели при открытии

впускного клапана в м/сек.

Из уравнения сплошности С₁=C_m∙F/ƒ

Наибольшая скорость протекания воздуха (в м/сек) в щели при открытии впускного клапана, очевидно, будет при максимальной скорости поршня С_макс примерно на середине его хода:

С_макс=π/2 C_m=1,57 C_m

Обозначив через С₂ наибольшую скорость протекания воздуха (в м/сек) при открытии клапана, получим:

С₂= С_макс ∙F/ƒ=1,57 C_m F/ƒ

По известной наибольшей скорости истечения воздуха можно определить давление р_а н/м² по формуле

р_а = 98066 – kC₂² ,

где k= 1,204-1,50 — коэффициент, учитывающий колебание величины гидравлических сопротивлений в зависимости от быстроходности двигателя. Большие значения k относятся к быстроходным двигателям.

Давление в начале сжатия, по практическим данным, колеблется в следующих пределах: для четырехтактных тихоходных двигателей без наддува р_а=0,0834÷0,093 Мн/м²—0,83÷0,93 кгс/см² и для четырехтактных быстроходных двигателей без наддува р_а—0,0784÷0,083Мн/м²—0,784÷0,83 кгс/см².

Выше было сказано, что наибольшее влияние на коэффициент наполнения оказывает давление р_а в цилиндре в начале сжатия, с увеличением которого он возрастает. Понижение р_а в период эксплуатации недопустимо, так как это приведет к падению мощности вследствие уменьшения количества свежего заряда.

Чтобы сохранить установленное значение р_а нужно обеспечивать правильные моменты газораспределения, тепловой зазор в клапанах, содержать в чистоте впускные каналы и воздушные фильтры, не допускать перегрева двигателя.

Температура в начале сжатия Т_а.

Температура заряда, поступающего в цилиндр, повышается также вследствие перемешивания его с остаточными газами, заполняющими камеру сгорания. Установлено, что каждый процент остаточных газов (по отношению к свежему заряду) повышает температуру заряда на 8—10°. Кроме того, в карбюраторных двигателях одновременно наблюдается некоторое снижение температуры смеси ввиду поглощения тепла при испарении топлива, находящегося в смеси в жидкой фазе.

У двухтактных двигателей, кроме того, он будет нагреваться при сжатии в продувочном насосе, а у двигателей с наддувом — в нагнетателе.

К моменту поступления в цилиндр температура воздуха будет равна:

а) для четырехтактных двигателей без наддува

Т'_о = Т_о + ∆t;

б) для четырехтактных двигателей с наддувом и двухтактных двигателей.

Т'_о = Т_о + ∆t+ ∆t₁;

В этих формулах:

∆t; — повышение температуры воздуха вследствие нагрева его в системе двигателя;

∆t₁; — повышение температуры при сжатии воздуха в нагнетателе или в продувочном насосе.

Степень подогрева заряда ∆tзависит от типа двигателя, тактности, частоты вращения, способа охлаждения и нагрузки его. Величина ∆t , по опытным данным, составляет для дизелей 10—20°С.

Для форсированных двигателей и двигателей малых мощностей принимаются более высокие значения ∆t . Форсированными называются двигатели, которые при тех же размерах развивают большую мощность, что сопровождается повышением теплового режима и увеличением нагрузок на детали.

В конечном итоге температура воздуха в конце наполнения(начало сжатия )в точке а на индикаторной диаграмме определяется по формуле Т_а= Т'_о+ γ_r Tr /(1+ γ_r )

Из формулы видно, что температура в начале сжатия зависит главным образом от температуры окружающей среды и степени подогрева свежего заряда и мало зависит от температуры остаточных газов.

Средние значения Та, составляют для бензиновых двигателей 350—400°К, для керосиновых — 410—480°К и для дизелей — 310—370° К. Несколько меньшие значения Та для дизелей объясняются меньшим подогревом вследствие более низких температур остаточных газов и меньшими для них значениями коэффициента остаточных газов.

Повышенный подогрев свежего заряда приводит к уменьшению коэффициента наполнения, а значит, и мощности из-за плотности заряда.

В двигателях с наддувом воздух нагревается от сжатия в турбокомпрессоре и для увеличения его плотности после ГТН устанавливают воздушный холодильник, представляющий собой по конструкции, образно говоря радиатор, по трубкам которого прокачивается насосом забортная вода.

Ответить на следующие вопросы:

Почему впускной клапан у большинства ДВС закрывается после прохождения поршнем НМТ.

Что называется коэффициентом наполнения.

От каких факторов зависит величина коэффициента наполнения цилиндра.

Определение коэффициента остаточных газов

От чего зависит давление воздуха в цилиндре в конце такта впуска.

По каким причинам устанавливают охладитель впускного воздуха

<1 2 345 6 7 >

Дата добавления: 2016-06-22; просмотров: 9353;

Индикаторная диаграмма 2-х тактного двигателя.

Публикации по технике и механике

Публикации по биологии

Публикации по информатике

Публикации по строительству

Публикации по физике

Публикации по химии

Публикации по электронике

Публикации по искусству

Публикации по истории

Публикации по медицине

Публикации по педагогике