1билет

1.Принципы работы различных энергетических установок.

2.Термодинамические циклы двигателей внутреннего сгорания с наддувом

3.Сравнение различных методов смесеобразования

1.Принцип работы различных энергетических установок.

Работа энергетических установок сопровождается: выделением в воздух рабочей зоны вредных веществ; повышенными уровнями шума и вибраций; возможным нарушением герметичности систем, находящихся под давлением; вероятностью возникновения взрывов и пожаров в помещениях. Некоторые из этих веществ ( бензин, бензол, антифриз, смазочные масла) испаряются с поверхностей деталей ДВС и оборудования стендов, другие поступают из отработавших газов, состав которых зависит от типа испытываемых двигателей и рода топлива. Для транспортных машин в качестве энергетических установок наибольшее распространение получили поршневые двигатели внутреннего сгорания. Двигатель является в любом виде преобразователем энергии из одного вида в другой. Особенностью тепловых двигателей является то, что для получения механической энергии требуется получение тепловой энергии с последующим ее преобразованием при помощи каких либо процессов или устройств. В ДВС процесс сгорания топливовоздушной смеси и преобразование тепловой энергии в механическую происходит непосредственно в цилиндре двигателя. Работа энергетических установок характеризуется наличием различных температур в пределах одного и того же замкнутого контура, где циркулирует теплоноситель. Отклонения от стационарных режимов приводят к тому, что на отдельных участках контура периодически будут наблюдаться более или менее значительные изменения первоначальной температуры. Это может вызвать существенную опасность со стороны термических напряжений. Для сравнения работы энергетических установок, работающих на различных топливах и имеющих различные величины теплоты сгорания, вводится понятие об условном топливе. Условным топливом называется топливо, имеющее низшую теплоту сгорания 7 000 ккал / кг. Технический контроль работы энергетических установок осуществляется при помощи соответствующих измерительных и контрольных приборов, располагаемых на центральных и местных оперативных щитах, отражающих положение оперативных цепей системы энергоснабжения, причем дежурный персонал или приборы автоматического управления производят необходимое регулирование параметров или включение в работу и выключение агрегатов.

2.Термодинамические циклы двс с наддувом

В ДВС с газотурбинным наддувом применяют циклы с продленным расширением и отводом теплоты при постоянном давлении. Эти циклы представляют собой совокупность циклов с неполным и полным расширением рабочего тела. Неполное расширение происходит в цилиндрах ДВС, а следующее полное-в газовой турбине турбокомпрессора. Поэтому такие ДВС называют комбинированными В поршневой части может осуществляться любой из трех рассмотренных выше циклов, а в газовой турбине-или цикл с подводом теплоты в турбину по устоявшемуся объемом, или цикл с подводом теплоты с постоянным давлением. В первом случае используют импульсную газовую турбину, в которую отработавших газы из цилиндров ДВС направляются непосредственно. Давление газов по мере их расширения постепенно уменьшается, в турбине используется кинетическая энергия газов. термический КПД ДВС с газотурбинным наддувом выше, чем без него. Так, при есть = 14 ... 18 (дизели с импульсной турбиной) термический КПД повышается на 5 ... 6%, а при является = 5 ... 7 (бензиновые и газовые ДВС) на 10 ... 12% по сравнению с теми же ДВС без наддува.

В двигателе внутреннего сгорания применяют два различных термодинамических цикла. Бензиновый двигатель работает таким образом, что в цилиндр на такте впуска всасывается топливовоздушная смесь, которая далее на такте сжатия сжимается, затем в момент, когда поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ), зажигается электрической искрой и сгорает. Возникшие при горении газы расширяются за счет выделяющейся теплоты, их давление повышается, и под действием этого давления происходит рабочий ход поршня. При последующем движении поршня до ВМТ из цилиндра отводятся отработавшие газы. Такой идеализированный цикл (цикл Отто) предполагает заполнение и очистку цилиндра при положении поршня в мертвых точках и протекание сгорания при положении поршня в ВМТ.

Другой термодинамический цикл (цикл Дизеля) протекает подобным образом с тем лишь отличием, что сгорание происходит не при неподвижном поршне, а во время его перемещения из ВМТ таким образом, что давление газов в процессе горения остается постоянным и только после полного сгорания топлива начинается их расширение. В действительности в обоих описанных циклах горение происходит при движущемся поршне и изменяющемся давлении, т. е. действительные циклы двигателей внутреннего сгорания являются циклами со смешанным подводом теплоты.

3. Сравнение различных методов смесеобразования

Смесеобразование – это процесс перемешивания топлива с воздухом и образование горючей смеси за очень короткий промежуток времени. Чем равномернее распределены частицы топлива по камере сгорания, тем совершеннее процесс сгорания. Различают двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием

а)смесеобразование в двигателях с впрыском легкого топлива

Карбюрация имеет недостатки: диффузор и дроссельная заслонка создают сопротивление; обледенение смесительной камеры карбюратора; неоднородность состава смеси; неравномерное распределение смеси по цилиндрам. От этих и других недостатков избавлена система принудительного впрыска легкого топлива. Принудительный впрыск обеспечивает хорошую однородность смеси за счет распыления под давлением, нет необходимости в подогреве смеси, возможна более экономичная продувка 2х-тактного двигателя без потерь топлива, снижается количество токсических компонентов в ОГ, обеспечивается более легкий пуск двигателя при отрицательных температурах. Недостаток системы впрыска – сложность регулирования подачи топлива. Различают впрыск во впускной трубопровод или в цилиндры двигателя; непрерывный впрыск или цикловая подача, синхронизированная с работой цилиндров; впрыск под низким давлением (400-500КПа) или под высоким - (1000-1500КПа). Впрыск топлива обеспечивает топливный насос, фильтры, редукционный клапан, форсунки, арматура. Регулирование подачи топлива может быть механическим или электронным. Для работы устройства регулирования подачи требуется сбор данных о частоте вращения коленчатого вала, разряжения в системе впуска, нагрузки, температурах охлаждения и отработавших газов. Полученные данные обрабатывается миникомпьютером и в соответствии с полученными результатами изменяют подачу топлива.

а)смесеобразование в дизельных двигателях

У двигателей с внутренним смесеобразованием в цилиндр поступает воздух, а затем туда же подается мелкораспыленное топливо, которое перемешивается с воздухом внутри цилиндра. Это объемное смесеобразование.

В современных дизелях применяют три основных способа смесеобразования: струйное для неразделенных камер сгорания и смесеобразование и сгорание в камерах, разделенных на две части (предкамера{20-35%}+основная камера сгорания, вихревая камера{до 80%}+основная камера сгорания). Дизели с разделенными КС имеют более высокий удельный расход топлива.

Пленочное смесеобразование. В последнее время эффектиность смесеобразования повышается за счет впрыска топлива на стенки КС – пленочное смесеобразование. Это несколько замедляет процесс сгорания и способствует уменьшению максимального давления цикла. При пленочном смесеобразовании стремятся к тому, чтобы минимальное количество топлива успевало испариться и перемешаться с воздухом за период задержки воспламенения. Факел топлива подается под острым углом на стенку камеры сгорания, чтобы капли не отражались, а растекались по поверхности в виде тонкой пленки толщиной 0,012-0,014мм. Путь факела от соплового отверстия до стенки должен быть минимальным, чтобы уменьшить количество испарившегося топлива за время движения струи в камере сгорания. Направление вектора скорости движения заряда воздуха совпадает с направлением движения топлива, что способствует растеканию пленки. Одновременно это понижает парообразование, т.к. снижаются скорости движения топлива и воздуха. Теплота для испарения топлива в основном подводится от поршня (450-610К). Испарение топлива происходит за счет движения воздуха вдоль стенки, процесс испарения резко увеличивается после начала горения за счет передачи энергии от пламени к стенкам. Преимущества. При ПСО повышается экономичность двигателя (218-227г/квтч), среднее эффективное давление, снижается жесткость в работе двигателя (0,25-0,4МПа/гр), максимальное давление цикла возрастает до 7,0-7,5МПа. Двигатель может работать на различных топливах, в том числе на высокооктановом бензине.

Недостатки. Затрудненный пуск двигателя, на малых оборотах увеличение токсичности ОГ, увеличение высоты и массы поршня из-за присутствия КС в поршне, затруднения при форсировании двигателя за счет частоты вращения.

Разделенные КС – предкамеры и вихревые камеры. Топливо впрыскивается в дополнительную камеру, расположенную в головке блока. За счет перемычки в дополнительной камере образуется мощное движение сжимаемого воздуха, что способствует лучшему перемешиванию топлива с воздухом. После воспламенения топлива в дополнительной камере нарастает давление и начинается движение газового потока через канал перемычки в надпоршневую камеру. Смесеобразование от энергии топливной струи зависит незначительно. В вихревой камере соединительный канал располагается под углом к торцевой плоскости головки блока так, чтобы образующая поверхность канала была касательной к поверхности камеры. Топливо впрыскивается камеру под прямым углом к потоку воздуха. Мелкие капли подхватываются потоком воздуха и относятся к центральной части, где температура наиболее высока. Малый период задержки воспламенения топлива при высокой температуре обуславливает быстрое и надежное воспламенение топлива. Крупные капли топлива относятся потоком к стенкам КС, контактируя с нагретыми стенками топливо, также начинает испаряться. Интенсивное движение воздуха в вихревой камере позволяет установить форсунку закрытого типа с штифтовым распылителем. Преимущества. Меньшее максимальное давление, меньшее нарастание давления, более полное использование кислорода (альфа 1,15-1,25) при бездымном выпуске ОГ, Возможность работы на высоких скоростных режимах с удовлетворительными показателями, возможность использования топлива различного фракционного состава, меньшее давление впрыска.Недостатки. Более высокий удельный расход топлива, ухудшение пусковых качеств.

Предкамера имеет меньший объем, меньшую площадь соединительного канала (0,3-0,6% от Fп), воздух перетекает в предкамеру с большими скоростями (230-320м/с). Форсунка размещается обычно по оси предкамеры навстречу потоку. Во избежание переобогащения смеси впрыск должен быть грубым, компактным, что достигается одноштифтовой форсункой при малом давлении впрыска топлива. Воспламенение происходит в верхней части предкамеры и используя весь объем камеры факел распространяется по всему объему. Давление резко возрастает и врываясь через узкий канал в основную в камеру происходит соединение с основной массой воздуха. Преимущества. Невысокие максимальные давления (4,5-6Мпа), малое нарастание давления (0,2-0,3Мпа/гр.), интенсивный подогрев воздуха и топлива, меньшие энергетические затраты на распыление топлива, возможность форсирования двигателя по частоте, меньшая токсичность. Недостатки. Ухудшение экономичности двигателя, увеличенный теплоотвод в систему охлаждения, затруднен запуск холодного двигателя (повышают степень сжатия и ставят калильные свечи зажигания).

Дизели с неразделенными камерами сгорания имеют более лучшие экономические и пусковые показатели, возможность применения наддува. Худший показатель по шумности, нарастанию давления (0,4-1,2Мпа/гр).