3) Факторы, влияющие на механические потери в двс

Механические (внутренние) потери состоят из потерь всех видов механического трения, потерь на привод вспомогательных механизмов (жидкостного, масляного, топливного насосов, вентилятора, генератора и др.), на осуществление газообмена, вентиляционных потерь, возникающих при движении подвижных деталей двигателя при больших скоростях в воздушно-масляной среде, а также на привод компрессора. Газодинамические потери на перетекание заряда между полостями разделенной камеры сгорания также относят к механическим потерям.

Факторы, влияющие на уровень механических потерь: силы, нагружающие трущиеся подвижные сочленения двигателя; средние по времени значения сил инерции, действующих в подвижных сопряжениях, определяют потери на трение; силы упругости поршневых колец не зависят от режима работы двигателя; они особенно велики при сгорании в области ВМТ, когда мала скорость движения кольца, что изменяет режим трения и вызывает повышенный износ верхней части гильзы; тепловой режим двигателя влияет на вязкость смазочного масла и, следовательно, на характер трения; частота вращения (при ее увеличении) вызывает рост сил инерции и относительных скоростей трущихся пар, повышает температуру и снижает вязкость масла, обусловливая увеличение потерь на трение; нагрузка (при ее увеличении) приводит к росту газовых сил и повышению температуры двигателя, что вызывает снижение вязкости масла; однако потери на трение сравнительно мало зависят от нагрузки; эксплуатация двигателя — на начальной стадии жизненного цикла двигателя в процессе приработки деталей потери на трение постепенно снижаются, затем стабилизируются, а на завершающей стадии растут. Потери на газообмен связаны с неодинаковыми величинами работ впуска и выпуска, сумма которых в основном отрицательна. Она может быть положительной при наддуве четырехтактного двигателя от компрессора, приводимого коленчатым валом, а также на отдельных режимах при газотурбинном наддуве. Потери на газообмен возрастают: при увеличении сопротивления впускной и выпускной систем и скорости движения газов; с ростом частоты вращения; при уменьшении нагрузки в двигателе с искровым зажиганием из-за прикрытия дроссельной заслонки (растет сопротивление системы впуска и снижается положительная работа при впуске). В высокооборотных двигателях с газотурбинным наддувом потери на газообмен могут составлять более 25 % от механических потерь. Это обусловлено ростом работы выталкивания при установке на выпуске газовой турбины.

Билет 12

1.Конструктивные схемы нетрадиционных энергетических установок.

2.Химические реакции при сгорании топлива, значение коэффициента избытка воздуха для карбюраторных и дизельных двигателей

3.Силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме

2.Химические реакции при сгорании топлива, значение коэффициента избытка воздуха для карбюраторных и дизельных двигателей

Сгорание топлива в цилиндре двигателя является сложным химическим процессом. Опуская все промежуточные стадии процесса сгорания, рассмотрим конечные химические реакции элементов, входящих в состав топлив, с кислородом воздуха. Химические реакции при полном сгорании жидкого топлива. Элементарный состав топлив определяют по уравнению При полном сгорании топлива предполагается, что в результате реакций углерода и водорода с кислородом воздуха образуются соответственно углекислый газ и водяной пар. В этом случае окисление углерода и водорода топлива соответствует химическим уравнениям:

В двигателе, в зависимости от режима его работы, количество воздуха может быть больше или меньше теоретически необходимого для полного сгорания топлива.

Отношение действительного количества воздуха, вводимого в цилиндр для сгорания 1 кг топлива, к теоретически необходимому называется коэффициентом избытка воздуха и обозначается через а. Этот коэффициент.

С двигателях с искровым зажиганием коэффициент избытка воздуха может быть больше единицы (бедная смесь) и меньше единицы (богатая смесь). В зависимости от условий работы в карбюраторном автомобильном двигателе а изменяется от 0,85 до 1,15.

В дизелях коэффициент избытка воздуха всегда больше единицы и в зависимости от нагрузки изменяется в пределах 1,3—5.

Если известно значение коэффициента избытка воздуха, при котором сгорает богатая смесь (а <; 1), то долю углерода, сгоревшего в СО, можно определить по уравнению <p = 2(l-a)(l+3£).

Для характеристики того, насколько отличаются реальные показатели топливовоздушной смеси от теоретического или стехиометрического отношения вводится коэффициент избытка воздуха (лямбда). Коэффициент избытка воздуха показывает отношение массы введенного в цилиндр воздуха к требуемой при cтехиометрическом сгорании для данной массы топлива:

Лямбда  = Масса воздуха / (Масса топлива * стехиометрический коэффициент)

Лямбда = 1: введенное в цилиндр количество воздуха соответствует теоретически необходимому для сгорания всего топлива.

Лямбда < I: имеется недостаток воздуха, соответственно смесь — богатая.

Лямбда > 1: имеется избыток воздуха, соответственно смесь — бедная.

Значения коэффициента избытка воздуха к для дизельного двигателя

Наличие в цилиндре зон с богатой смесью (Лямбда < 1) приводит к увеличению выбросов сажи, СО и СН. Чтобы избежать возникновения таких зон с богатой смесью, дизель должен работать при избытке воздуха. ЗначенияЛямбда для дизелей с наддувом при полной нагрузке находятся между 1,15 и 2,0. На холостом ходу и при нулевой нагрузке они повышаются до Лямбда > 10.

В результате кратковременности процесса смесеобразования и низ­кой испаряемости дизельного топлива горючая смесь получается неод-нородной, что вызывает необходимость увеличения избытка воздуха для обеспечения полного сгорания топлива. Поэтому дизе­ли работают с коэф-фициентом избытка воздуха, большем единицы (а= 1,2÷1,8). Высокое зна-чение коэффициента избытка воздуха способствует уменьшению среднего эффективного давления. Чтобы уменьшить коэффициент избытка воздуха при обеспечении полного и своевременного сгорания топлива, следует улучшать качество смесеобразования.

3)Силы действующие в КШМ

Анализ сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме, необходим для расчета деталей двигателя на прочность и для определения нагрузок на подшипники. Его проводят для определенного режима работы двигателя. В кривошипно-шатунном механизме двигателя внутреннего сгорания действуют силы от давления газов Р_г, силы инерции P_j, центробежные Р_с и силы трения и полезного сопротивления. Картер двигателя считается неподвижным, а коленчатый вал вращающимся с постоянной угловой скоростью. При этом силы инерции движущихся масс кривошипно-шатунного механизма делят на силы инерции масс, движущихся возвратно-поступательно (индекс /), и силы инерции вращательно-движущихся масс (индекс В). Кроме сил от давления газов на поршень в кривошипно-шатунном механизме действуют силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс. Суммарная сила, отнесенная к оси пальца

. (8) Для удобства сложения сил давления газов Р_г и сил инерции P_j возвратно-поступательно движущихся масс берут их в одинаковом масштабе, тогда P_S можно получить графическим суммированием.Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс подсчитывают, приближенно относя их к единице площади поршня (м² или см²):

, (9)

где  и   — соответственно силы инерции первого и второго порядков; m₁— масса, сосредоточенная на оси верхней головки шатуна.

Силы инерции, направленные так же, как и силы от давления газов, считают положительными, если же они направлены в противоположную сторону - отрицательными.

Для определения сил, действующих на опорные подшипники, необходимо, отнести массу кривошипной шейки, массу щек и массу нижней головки шатуна на ось кривошипной шейки. Так как центр тяжести щек не совпадает с осью шейки кривошипа, то необходимо пересчитать действительную массу т_дщ на эквивалентную т_эщ:

где r — расстояние центра тяжести действительной массы щеки до оси вращения коленчатого вала; R — радиус кривошипа.