1. Короткі теоретичні відомості.
Рис. 1. Індикаторна діаграма дійсного Рис. 2. Індикаторна діаграма
циклу чотиритактного бензинового ДВЗ дійсного циклу чотиритактного
з іскровим запалюванням дизеля без наддування
Дійсні цикли ДВЗ складаються з реальних процесів, які відбуваються в циліндрі двигуна. Основні особливості дійсних циклів: теплота підводиться спалюванням паливоповітряної суміші в надпоршневому просторі; після кожного циклу відбувається заміна робочого тіла; стиск і розширення відбуваються політропно, тобто при наявності теплообміну із зовнішнім середовищем; під час розширення догоряє паливо; теплоємність і хімічний склад газів змінні; є гідравлічні втрати під час руху газів.
Процес впуску характеризується значенням параметрів стану робочого тіла в точці (а) діаграми (рис. 1), - температурою (Та) і тиском (Ра) , а також узагальненими параметрами: коефіцієнтом наповнення (ηv) та коефіцієнтом залишкових газів (γ).
Процес стиску у ДВЗ служить:
для збільшення температурного перепаду у циклі і ступеню розширення продуктів згоряння, що сприяє підвищенню термічного ККД двигуна;
для створення умов для стійкого запалювання і ефективного згоряння робочої суміші, що необхідно для якісного перетворення теплоти в корисну роботу.
У дизелях і газодизелях процес стиску—спосіб запалювання робочої суміші, тобто для цих двигунів він принципово необхідний. Отже, в кінці стиску температура в циліндрі повинна бути достатньою для самозаймання вприснутого палива.
У дійсному циклі процес стиску супроводжується такими факторами: відбувається теплообмін між газами і стінками циліндра; гази просочуються крізь
нещільності між поршнем і циліндром. Тому дійсний процес стиску не адіабатний, а політропний і описується рівняннями політропи:
де n1, — показник політропи стиску.
У процесі розширення гази завдяки енергії згорілого палива виконують
корисну механічну робот здійснюють робочий хід поршня. Звідси друга назва процесу — робочий хід.
У дійсному циклі процес розширення супроводить ся такими факторами:
теплообміном із стінками циліндра; витіканням газів крізь нещільності поршневих кілець; тепловою дисоціацією газів.
На лінії розширення, як правило, догоряє робоча суміш, яка не встигла
згоріти на лінії згоряння. Це явище більше виявляється в дизелях, ніж у ДВЗ з
іскровим запалюванням. Внаслідок впливу перелічених факторів процес
розширення відбувається не за адіабатою, а за політропою із змінним
показником n2.
Для того, щоб розраховувати параметри робочих процесів дійсних циклів двигунів, потрібно визначити тиск і температуру в кінці кожного процесу.
Також потрібно визначити певні коефіцієнти, що є характерними для цього процесу.
Для процесу впуску визначаємо:
Густину заряду ρ0 при То і Ро:
ρ0 = Ро / RTo кг/м.куб. (1)
Тиск в кінці впуску Ра:
бар
(2)
Температура в кінці впуску Та:
град.К
(3)
Коефіцієнт наповнення ηv :
(4)
Для процесу стиску визначаємо:
Тиск Рс в кінці процесу стиснення:
бар
(5)
Температуру Тс в кінці процесу стиснення:
град.К
(6)
Для процесу згоряння визначаємо:
Дійсний коефіцієнт молекулярних змін β:
(7)
Кількість
невикористаної теплоти внаслідок
неповного згоряння палива
:
кДж/кг
(8)
Постійна величина С:
(9)
Температуру згоряння Тz визначаємо з рівняння:
(10)
________________________________________
Tz = [(18,422+2,5958α) + √ (18,422+2,5958α)² + 4 · (1,549+1,376α) 10 ־³ · С ] /
/ 2 · (1,549+1,376α) 10 ־³, градус Кельвіна;
_____
(Корінь квадратного рівняння виду : ах² + вх + с = 0; х = ( - в+-√в²-4ас) / 2а ).
Розрахунковий тиск в кінці процесу згоряння Рz:
бар
(11)
Ступінь підвищення тиску λ:
(12)
Дійсна величина найбільшого тиску:
бар
(13)
Тиск в кінці процесу розширення Рв:
бар
(14)
Температура в кінці процесу розширення Тв:
град.К
(15)
2. Завдання для виконання лабораторної роботи:
По вихідни даних визначити:
1. Тиск в кінці впуску Ра
2. Температуру в кінці впуску Та
3. Коефіцієнт наповнення ηv
4. Тиск в кінці процесу стиснення Рс
5. Температуру в кінці процесу стиснення Тс
6. Температуру згоряння Тz
7. Дійсна величина найбільшого тиску Рz1
8. Ступінь підвищення тиску λ.
9. Тиск в кінці процесу розширення Рв
10. Температура в кінці процесу розширення Тв
Висновок:
3. Вихідні дані для розрахунку:
Тип двигуна – карбюраторний.
Підігрів заряду ΔТ = 10º
Температура залишкових газів Тr = 950º K
Коефіцієнт
опору рухові повітря в трубопроводі
= 8
Тиск навколишнього середовища: Ро = 1 бар
Температура навколишнього середовища: То = 288ºК
В процесі впуску в циліндр поступає повітря, молекулярна маса якого
μ в = 28,97 і R = 287 Дж/кг.град
Показник політропи при стиску n1 = 1,34
Теплота згоряння палива Нu = 44 000 кДж/кг
Теоретично необхідна кількість повітря для згоряння 1 кг палива Lo = 0,515 кмоль
Коефіцієнт використання теплоти ξ = 0,85
Показник політропи при розширенні n2 = 1,28
Вибір варіанту завання:
Із таблиці 2 вибираємо вихідні дані для розрахунку і заносимо в таблицю1:
Таблиця 1 Вихідні дані для розрахунку
№ вар. |
Вид палива |
Ступінь стиску: ε |
Коефіцієнт залишкових газів γост |
Швидкість руху заряду ώкл м/сек |
Коефіцієнт надлишку повітря α
|
Кількість горючої суміші і продуктів згоряння, кмоль |
|
М1 |
М2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Розрахунок:
Висновок:
Таблиця 1. Вихідні дані для розрахунку:
№ вар. |
Вид палива |
Ступінь стиску: ε |
Коефіцієнт залишкових газів γост |
Швидкість руху заряду ώкл м/сек |
Коефіцієнт надлишку повітря α
|
Кількість горючої суміші і продуктів згоряння, кмоль |
|
М1 |
М2 |
||||||
1 |
бензин |
6 |
0,06 |
50 |
0,85 |
0,470 |
0,508 |
2 |
бензин |
7 |
0,07 |
51 |
0,86 |
0,471 |
0,509 |
3 |
бензин |
8 |
0,08 |
52 |
0,87 |
0,472 |
0,510 |
4 |
бензин |
9 |
0,09 |
53 |
0,88 |
0,473 |
0,511 |
5 |
бензин |
10 |
0,06 |
54 |
0,89 |
0,474 |
0,512 |
6 |
бензин |
11 |
0,06 |
55 |
0,90 |
0,475 |
0,513 |
7 |
бензин |
12 |
0,07 |
56 |
0,91 |
0,476 |
0,514 |
8 |
бензин |
6 |
0,08 |
57 |
0,92 |
0,477 |
0,515 |
9 |
бензин |
7 |
0,09 |
58 |
0,93 |
0,478 |
0,516 |
10 |
бензин |
8 |
0,06 |
59 |
0,94 |
0,479 |
0,517 |
11 |
бензин |
9 |
0,06 |
60 |
0,95 |
0,48 |
0,518 |
12 |
бензин |
10 |
0,07 |
61 |
0,96 |
0,481 |
0,519 |
13 |
бензин |
11 |
0,08 |
62 |
0,97 |
0,482 |
0,521 |
14 |
бензин |
12 |
0,09 |
63 |
0,98 |
0,483 |
0,522 |
15 |
бензин |
6 |
0,06 |
64 |
0,99 |
0,484 |
0,523 |
16 |
бензин |
7 |
0,06 |
65 |
1,01 |
0,485 |
0,514 |
17 |
бензин |
8 |
0,07 |
66 |
1,02 |
0,486 |
0,515 |
18 |
бензин |
9 |
0,08 |
67 |
1,03 |
0,487 |
0,516 |
19 |
бензин |
10 |
0,09 |
68 |
1,04 |
0,488 |
0,517 |
20 |
бензин |
11 |
0,06 |
69 |
1,05 |
0,489 |
0,518 |
21 |
бензин |
12 |
0,06 |
70 |
1,06 |
0,490 |
0,519 |
22 |
бензин |
6 |
0,07 |
55 |
1,07 |
0,491 |
0,520 |
23 |
бензин |
7 |
0,08 |
56 |
1,08 |
0,492 |
0,522 |
24 |
бензин |
8 |
0,09 |
57 |
1,09 |
0,493 |
0,523 |
25 |
бензин |
9 |
0,06 |
58 |
1,10 |
0,494 |
0,524 |
26 |
бензин |
10 |
0,06 |
59 |
1,11 |
0,495 |
0,525 |
27 |
бензин |
11 |
0,07 |
60 |
1,12 |
0,496 |
0,526 |
28 |
бензин |
12 |
0,08 |
61 |
1,13 |
0,497 |
0,527 |
29 |
бензин |
6 |
0,09 |
62 |
1,14 |
0,498 |
0,528 |
30 |
бензин |
7 |
0,06 |
55 |
1,15 |
0,499 |
0,529 |
Контрольні запитання:
1. Які основні особливості дійсних циклів ДВЗ?
2. Що зображують за допомогою індикаторних діаграм?
3. Опишіть протікання дійсного циклу у карбюраторному двигуні.
4. Опишіть протікання дійсного циклу у дизельному двигуні.
5. Для чого служить процес стиску?
6. Як протікає процес згоряння в ДВЗ з іскровим запалюванням?
7. Як протікає процес згоряння в ДВЗ з запалюванням від стиску?
8. Які види запалювання використовуються в ДВЗ?
9. Яку роль відіграє процес розширення в роботі двигуна і як він протікає?
10. Який склад вихлопних газів теплових двигунів?
Джерела:
1. Ф.І. Абрамчук. Автомобільні двигуни-К.: Арістей. 2006.-476с. – С.17-26.
2. М.С. Ховах, Г.С. Маслов Автомобільні двигуни. –М.: Машиностроение. 1971.- С.142-148
Лабораторна робота № 2 Приклад оформлення звіту
Тема:
Особливості дійсних циклів двигунів.
Мета заняття:
Навчитися розраховувати параметри робочих процесів дійсних циклів двигунів.
Вихідні дані для розрахунку:
Тип двигуна – карбюраторний.
Підігрів заряду ΔТ = 10º
Температура залишкових газів Тr = 950º K
Коефіцієнт опору рухові повітря в трубопроводі = 8
Тиск навколишнього середовища: Ро = 1 бар
Температура навколишнього середовища: То = 288ºК
В процесі впуску в циліндр поступає повітря, молекулярна маса якого
μ в = 28,97 і R = 287 Дж/кг.град
Показник політропи при стиску n1 = 1,34
Теплота згоряння палива Нu = 44 000 кДж/кг
Теоретично необхідна кількість повітря для згоряння 1 кг палива Lo = 0,515 кмоль
Коефіцієнт використання теплоти ξ = 0,85
Показник політропи при розширенні n2 = 1,28
Із таблиці 2 вибираємо вихідні дані для розрахунку згідно заданого варіанту і заносимо в таблицю1:
Таблиця 1 Вихідні дані для розрахунку
№ вар. |
Вид палива |
Ступінь стиску: ε |
Коефіцієнт залишкових газів γост |
Швидкість руху заряду ώкл м/сек |
Коефіцієнт надлишку повітря α
|
Кількість горючої суміші і продуктів згоряння, кмоль |
|
М1 |
М2 |
||||||
0 |
бензин |
8 |
0,06 |
58 |
0,9 |
0,472 |
0,510 |
1. Визначаємо тиск в кінці впуску Ра:
Для цього спочатку обчислимо густину заряду при Ро і То:
ρ0 = Ро/RTo = 100 000 / 287 · 288 = 1,21 кг/м³
Ра = Ро – (1+ ξ0) ώкл² ρ0 / 2 = 100 000 – 8 · 58² · 1,21 / 2 = 0,84 бар.
2. Температура в кінці впуску Та:
Та = (То + ΔТ + γост Тr) / (1 + γост) =
= (288 + 10 + 0,06 · 950) / (1+ 0,06) = 334ºК.
3. Коефіцієнт наповнення ηv:
ηv = (ε / (ε – 1)) · (Ра/Ро) · (То / Та(1+γост) =
= 8/8-1 · 0,84/1 · 288/334(1+0,06) = 0,78.
4. Тиск в кінці процесу стиснення Рс:
Рс
= Ра ·
5. Температуру в кінці процесу стиснення Тс:
Тс
= Та ·
6. Для визначення температури згоряння Тz визначимо спочатку дійсний коефіцієнт молекулярої зміни β:
Кількість невикористаної теплоти внаслідок неповного згорання палива:
ΔНu = 119852 (1 – α) Lo = 119852 (1-0,9) 0,515 = 6172, кдж/кг
Постійна величина С:
Температуру згорання визначаємо з рівняння:
7. Для визначення дійсної величини найбільшого тиску Рz1 спочатку визначаємо розрахунковий тиск кінця горіння:
Рz = β Рс Тz / Тс = 1,07 · 13,6 · 2630 / 680 = 56,4 бар.
Дійсний тиск визначається:
Рz1 = 0,85 · Рz = 0,85 · 56,4 = 48 бар.
8. Ступінь підвищення тиску λ:
λ = Рz / Рс = 56,4 / 13,6 = 4,15
9. Тиск в кінці процесу розширення Рв:
10. Температура в кінці процесу розширення Тв:
Висновок:
Досліди і розрахунки показують, що від характеру протікання окремих процесів роботи двигуна залежить максимальна його потужність, економічність, і інші експлуатаційні показники. При розробці нових конструкцій двигунів і їх доводці можна покращити показники дією на фактори, що впливають на протікання кожного процесу.
Таблиця
для визначення значень
,
Числ/Ступ |
1,34 |
0,34 |
1,28 |
0,28 |
|
Числ/Ступ |
1,34 |
0,34 |
1,28 |
0,28 |
6 |
11,03 |
1,84 |
9,91 |
1,65 |
|
14 |
34,34 |
2,45 |
29,31 |
2,09 |
7 |
13,57 |
1,94 |
12,07 |
1,72 |
|
15 |
37,67 |
2,51 |
32,02 |
2,13 |
8 |
16,22 |
2,03 |
14,32 |
1,79 |
|
16 |
41,07 |
2,57 |
34,78 |
2,17 |
9 |
19,00 |
2,11 |
16,65 |
1,85 |
|
17 |
44,55 |
2,62 |
37,58 |
2,21 |
10 |
21,88 |
2,19 |
19,05 |
1,91 |
|
18 |
48,09 |
2,67 |
40,43 |
2,25 |
11 |
24,86 |
2,26 |
21,53 |
1,96 |
|
19 |
51,70 |
2,72 |
43,33 |
2,28 |
12 |
27,93 |
2,33 |
24,06 |
2,01 |
|
20 |
55,38 |
2,77 |
46,27 |
2,31 |
13 |
31,09 |
2,39 |
26,66 |
2,05 |
|
|
|
|
|
|
Лабораторна робота № 3.
Тема: Визначення основних показників роботи двигуна.
Мета заняття:
Навчитися розраховувати основні показники роботи двигуна.