Билет 4.

1 Классификация и технические характеристики энергетических установок различной транспортной техники.

2 Топливо и продукты сгорания.

3 Силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме (КШМ) поршневых ДВС.

1. Классификация и технические характеристики энергетических установок различной транспортной техники.

Энергетические установки обеспечивают движение транспортных средств (автомоби­ль, трактор, тепловоз, самолет, теплоход и т.д.) создавая силу тяги F (Н), и перемещая благо­даря этой силе транспортное средство на расстояние S (км), совершая при этом полезную механическую работу А_пол равную: А_пол = F·S (кДж). (1) Для совершения этой полезной работы, необходимо затратить какое-то количество энергии А_зат. Для любых автономных транспор­тных средств, не имеющих подвода энергии извне, источни­ком энергии может быть внутренняя химическая энергия различ­ных видов топлива сжигаемого в двигателе. Запас топлива может быть размещен на самом транспортном средстве. При сжигании топлива продукты его сгорания (газы) приобретают высокую темпе­ратуру и являются носителем тепловой энергии. Энергетические установки автономных транспортных средств, предназначены для преобразования внутрен­ней химической энергии топлива в механическую работу. При сгорании определенного количества топлива, массой В (кг), с теплотой сгорания Q (кДж/кг), потенци­ально может быть получена тепловая энергия-А равная: А = В·Q (кДж). Энергия -А, полученная при сжигании топлива, может быть затрачена на выполнение полезной работы, А = А_зат Энергетическая цепь (последовательность этапов преобразования энергии от А_зат=В·Q до А_пол=F·S ) для транспортного средства состоит из не­обходимых последовательных звеньев: — теплового генератора ТГ — устройства, которое преобра­зует внутреннюю химическую энергию топлива в тепловую энергию; — теплового двигателя ТД — машины, преобразующей теп­ловую энергию в механическую работу (рис. 1.). Типы энергетических установок. Энергетические установки могут быть разделены на две основные группы: — двигатели внешнего сгорания; — двигатели внутреннего сгорания.

2. Топливо и продукты сгорания

Процесс сгорания в карбюраторных двигателях происходит в действительности не при постоянном объеме, но близко к этим условиям. Сгорание начинается, когда поршень не доходит до ВМТ и заканчивается после ВМТ. α – угол опережения зажигания.

Кривая 3-6-7-изменение давления при выключенном зажигании. На участке кривой 2-3 давление одинаково как при включенном, так и при выключенном зажигании. На участке 3-4 давление резко повышается. Распространение фронта пламени не заканчивается на линии 4-5. При этом давление падает, т.к. увеличивается объем. Процесс сгорания на индикаторной диаграмме можно разделить на 3 фазы: первая фаза ( кривая 2-3) называется периодом задержки воспламенения. На этом участке процесса происходит предпламенное окисление топлива без повышения давления. Скорость сгорания зависит от свойств топлива. Первая фаза определяется углом поворота коленчатого вала двигателя -. На продолжительность этой фазы оказывает влияние коэффициент избытка воздуха, коэффициент остаточных газов, степень сжатия, нагрузка.

Вторая фаза – период видимого или эффективного сгорания. При этом сгорает до 90% смеси, резко возрастают скорость сгорания и давление. Вторую фазу характеризует угол поворота коленчатого вала . Продолжительность второй фазы зависит от состава смеси, степени сжатия, угла опережения зажигания, формы камеры сгорания. При наличии полученной или построенной индикаторной диаграммы, вторую фазу можно оценить степенью нарастания давления, т.е. увеличением давления, отнесенного к одному градусу поворота коленчатого вала. Среднее значение этого отношения называют жесткостью процесса сгорания и определяют как отношение

.

Если эта величина меньше указанных значений, то сгорание происходит на линии расширения, что ухудшает топливную экономичность. Если эта величина больше указанных значений, то от резкого нарастания давления двигатель работает « жестко», что вызывает усиленные износы и поломки деталей.

Экспериментально установлено, что наибольшая мощность двигателя будет при повороте коленчатого вала от ВМТ на 10⁰–15⁰ и при этом будет максимальное давление цикла. Третья фаза – догорание смеси (кривая 4-5), продолжительность догорания невелика, практически определить трудно, т.к. необходимо знать момент полного сгорания. Продолжительность сгорания смеси можно определить по формуле:

Где: - угол поворота коленчатого вала в град.

П число оборотов коленчатого вала в минуту

Для карбюраторных двигателей = 0,001- 0,002 сек. /с/

1. зависит, главным образом, от скорости распространения фронта пламени (скорости сгорания). Средняя скорость сгорания в карбюраторном двигателе находится в пределах 20-40м\сек.

Факторы, влияющие на процесс сгорания.

Процесс сгорания характеризуется скоростью сгорания, которая зависит от:

1. состава смеси

2. степени завихрения смеси

3. степени сжатия

4. угла опережения зажигания

5. формы камеры сгорания

6. расположения свечи зажигания

7. нагрузки двигателя

Состав смеси характеризуется коэффициентом избытка воздуха и коэффициентом остаточных газов, что оказывает большое влияние на процесс сгорания. Скорость сгорания имеет наибольшее значение при α = 0,8 – 0,9. Если имеется завихрение смеси, то скорость сгорания в 8 –12 раз увеличивается. При отклонениях в сторону обогащения или обеднения, скорость сгорания увеличивается. Наибольшую топливную экономичность достигают при смесях, у которых α = 1,05 – 1,15. Повышение начального давления вызывает наибольшее увеличение скорости сгорания. Зависимость сгорания от степени сжатия объясняется совместным влиянием начальной температуры, начального давления и наличием остаточных газов, при увеличении Е все эти показатели увеличиваются, а количество остаточных газов уменьшается, что увеличивает скорость сгорания. От формы камеры сгорания зависит теплоотдача в окружающую среду и чем меньше отношение поверхности камеры сгорания к ее объему, тем меньше теплота, которая теряется в результате теплоотдачи, что увеличивает скорость сгорания. От формы камеры сгорания зависит теплоотдача в окружающую среду и чем меньше отношение поверхности камеры сгорания к ее объему, тем меньше теплота, которая теряется в результате теплоотдачи, что увеличивает скорость сгорания.

Чтобы обеспечить окончание сгорания вблизи ВМТ и тем самым получить наибольшую степень расширения смесь необходимо воспламенять с некоторым опережением до подхода поршня к ВМТ. При правильно установленном угле опережения зажигания видимое сгорание заканчивается на 10⁰–15⁰ угла поворота после ВМТ. Увеличение числа оборотов способствует увеличению скорости сгорания за счет более интенсивного завихрения смеси. Вместе с тем увеличение числа оборотов уменьшает время, отводимое на сгорание, но не влияет на период задержки воспламенения. Опытным путем установлено, что с увеличением оборотов, несмотря на большую скорость сгорания, необходимо увеличивать угол опережения зажигания.

2 ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ В ДИЗЕЛЯХ

Процессы воспламенения и сгорания в дизелях отличаются от сгорания в карбюраторных двигателях. Происходит он в более сложных условиях, так как в цилиндре находится воздух, а не заранее подготовленная смесь.

Период сгорания можно разделить на четыре фазы. Первая фаза = период задержки воспламенения. Она занимает промежуток времени от момента начала впрыска (т.1) до начала резкого повышения давления (т.2). При этом происходят физико-химические процессы подготовки топлива к сгоранию без заметного повышения давления (линия 1-2). На продолжительность 1 фазы оказывают влияние физико–химические свойства топлива, температура и давление сжатого воздуха. Вторая фаза – здесь происходит интенсивное тепловыделение и ровное повышение давление. При этом сгорает подготовленное топливо. Впрыск в цилиндр может продолжаться в течение всей второй фазы или прекратиться до ее окончания. Ступень нарастания давления зависит от периода задержки воспламенения, от скорости подачи, качества распыливания и количества впрыскиваемого топлива. Среднее значение степени нарастания давления на линии 2-3 равно . При этом работа двигателя считается нежесткой. Наилучшая топливная экономичность будет, если давление цикла достигает максимального значения при повороте коленчатого вала на 6⁰–8⁰ после ВМТ. На протяжении второй фазы оказывают влияние распределение топлива по объему камеры сгорания, скорость подачи количества впрыскиваемого топлива в период задержки воспламенения. Третья фаза – соответствует периоду незначительного изменения давления (3-4) и заканчивается при повороте коленчатого вала на угол, при котором температура газа достигает наибольшего значения. Впрыск топлива к началу третьей фазы заканчивается. Процесс сгорания происходит при пониженной скорости тепловыделения, вследствии.