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: 9336;