Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Государственный университет морского и речного флота им. С.О. Макарова

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Диск СГЭО (Лекции_СГЭО_ВЗО_2012) / Глава_4_Расчетные циклы ДВС_Процесс наполнения

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

15.02.2015

Размер:

401.23 Кб

Скачать

☆

Глава 4. РАСЧЕТНЫЕ ЦИКЛЫ СУДОВЫХ ДВС. ПРОЦЕСС НАПОЛНЕНИЯ В ДИЗЕЛЕ (с. 59)

§4.1. Расчетный цикл ДВС как модель реальных процессов, происходящих в двигателе (с. 59)

Расчетным циклом называется математическая модель рабочего процесса двигателя, описывающая изменения свойств рабочего тела в двигателе, основные параметры и показатели цикла, реализованная в виде методики расчета.

ОСНОВНЫЕ ДОПУЩЕНИЯ, ПРИНЯТЫЕ В РАСЧЕТНОМ ЦИКЛЕ ГРИНЕВЕЦКОГО - МАЗИНГА

Рабочее тело – смесь переменного состава, состоящая из воздуха и продуктов полного сгорания топлива.

Процессы сжатия и горения - расширения политропные, происходящие при неизменной массе рабочего тела (утечки через неплотности цилиндра отсутствуют).

Реальный подвод теплоты к рабочему телу от сгорания топлива заменен условными процессами при постоянном объеме ( v = const ) и постоянном давлении ( p = const ).

Реальные процессы наполнения цилиндра воздухом и выпуска отработавших газов (процессы газообмена) заменены изохорами (v = const ).

Теплоемкость рабочего тела считается зависящей от текущих состава рабочего тела и его температуры, но принимается средней в пределах участка цикла.

§4.2. Требования к качеству наполнения цилиндра (с. 60)

максимально возможная масса свежего воздуха в цилиндре;

минимальная масса продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре от предыдущего цикла (массу остаточных газов);

обеспечить минимальные затраты энергии на осуществление

газообмена, в частности, процесса наполнения.

§ 4.3. Схема процесса наполнения (с. 61)

Процесс наполнения – часть газообмена.

Газообмен в четырехтактном двигателе осуществляется главным образом за счет насосных ходов поршня, а в двухтактном – за счет продувки цилиндров воздухом при движении поршня в окрестности НМТ.

а)	p					б)
	pr				6
	pr				b	pа
		r	1		7	pа
		r	1	,	7
			r	,	к
			8		a
	pr	Vc		Vs		V
				Va	pа	p0

p			6		pа
			6	b
pr				b
pr					p
		8	к	7	а
	r		к	7	pк
	r		a
		1	a
		1
pr	Vc		Vs		V
			V	p	p Г
			a	0

Рис. 4.1. Диаграмма процесса газообмена в четырехтактном двигателе:

а – без наддува;	б – с наддувом.
Без наддува	С наддувом

ВМТ: pr = pr − p0 определяется гидравлическим сопротивлением выпускного тракта.

Действительное начало

наполнения цилиндра воздухом начинается в точке r′.

НМТ: pa = p0 − pa определяется гидравлическим сопротивлением впускного тракта (впускных клапанов)

Давления перед цилиндром на впуске pк и после цилиндра на выпуске рг не равны, обычно рк рг .

За счет перепада рк − рг происходит продувка камеры сгорания воздухом.

Продувка происходит в процессе

1 − r − 8 в период « перекрытия клапанов».

Потери давления pa и pr вызваны наличием гидравлических сопротивлений, в основном в клапанах.

Особенности газообмена в двухтактном двигателе (с. 63):

отсутствуют насосные хода поршня, которые существенно облегчают организацию газообмена;

время, отпускаемое на газообмен, весьма ограничено, так как на его осуществление затрачивается лишь часть хода поршня;

процессы выпуска и наполнения протекают одновременно, что вызывает нежелательное перемешивание отработавших газов с поступающим в цилиндр воздухом.

p			Вып. окна
			Вып. окна
			Прод. окна
				yПVs
p	6		b	pа
p		7	b	pа
r		7	a	pк
		п	a	pк
	1	8
	Vc	yВVs	p	V
p0	,		p	Г pа
p0	Vs =Vs	(1- yВ)

Рис. 4.2. Диаграмма процесса газообмена в двухтактном двигателе с контурной продувкой

Итак, в любом двухтактном двигателе сжатие начинается не в НМТ, а значительно позже, когда закрываются окна.

Поэтому в расчетах принято учитывать так называемую долю хода поршняψ , потерянную из-за наличия окон.

При этом наряду с рабочим объемом цилиндра V в расчетах используют полезный объем цилиндра (1 − ψ)Vs .s

§ 4.4. Факторы, влияющие на качество наполнения цилиндра (с. 65)

Обеспечению максимально возможной массы свежего воздуха в цилиндре препятствуют:

1. Потеря давления вследствие преодоления сопротивлений во впускном тракте и газораспределительных органах ( pa ).

2. Нагрев свежего воздуха в процессе наполнения от горячих поверхностей цилиндра, поршня, впускных клапанов или

продувочных окон ( Ta ).

3. Невозможность полностью вытеснить остаточные газы из цилиндра.

§ 4.5. Коэффициент остаточных газов, коэффициент наполнения (с. 66)

Этими коэффициентами оценивают совершенство процессов соответственно очистки цилиндра от отработавших газов и заполнения его воздухом.

Коэффициент остаточных газов γr представляет собой отношение
количества остаточных газов Мr , оставшихся в цилиндре от
предыдущего цикла, к количеству воздуха L , поступившего в цилиндр
в результате его наполнения:
в результате его наполнения:				γr =	Мr	,	(4.1)
					Мr
					L
					L
где М	r	и	L обычно выражены в киломолях на 1 кг топлива.
	r

Коэффициентом наполнения						η	называется отношение
действительной массы воздуха						н
действительной массы воздуха						G , остающегося в цилиндре к
						к
началу сжатия, к такой теоретической массе воздуха, которая
могла бы поместиться в рабочем объеме цилиндра V											при
										s
параметрах, характеризующих состояние воздуха перед
цилиндром.		ηн	=	Gк
		ηн	=	V	ρ	,					(4.2)
				s	к
где ρк – плотность воздуха перед цилиндром, кг/м3.
	Другая форма представления этой величины.
	Коэффициент наполнения можно выразить как
	отношение объема воздуха V						при параметрах
	состояния перед цилиндром (вкобщем случае это										рк , Тк ),
	который войдет в цилиндр и останется в нем для
	совершения цикла, к объему воздуха, который в идеальном
	случае мог бы поместиться в рабочем объеме цилиндра Vs
	при тех же параметрах				рк и		Тк :		Vк
							η	=	Vк
							η	=	V
							н		V		(4.3)
									s		(4.3)

ВЫВОД ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ηн (с. 67)

Запишем уравнение материального баланса смеси воздуха и остаточных газов в точке a :

= L(1 + γr ), (4.4)

Ma = L + Mr = L 1+

где Ma , Mr , L

– количество соответственно смеси, остаточных

газов и воздуха, кмоль/(кг топлива).

Заменим Ma и

L выражениями, полученными из уравнения

состояния газа, и учтем выражение (4.3):

pкVs ηн ,

Ma =

paVa ;

L =

pкVк

RμTa

RμTк

где Rμ – универсальная газовая постоянная.

Тогда формулу (4.4) можно записать:

paVa

pкVs ηн

(1 + γr ) ,

Откуда

RμTa

RμTк

Va pa Tк

ηн =

T 1

+ γ

Разделим дробь Va на V :

−V

. Тогда

ε − 1

для четырехтактного двигателя с наддувом

ηн =	ε pa Tк	1

	ε − 1 pк Tа 1	+ γr
	ε − 1 pк Tа 1	+ γr

В расчетах четырехтактного дизеля без наддува:

ηн =	ε pa T0	1	.

	ε − 1 p0 Tа 1
		+ γr

(4.5)

(4.6)

Для двухтактных дизелей - две разновидности коэффициента наполнения:

отнесенный к полезному ходу поршня
′		εд pa Tк		1
ηн =					,	(4.7)
		εд − 1 pк Tа 1
				+ γr
где εд – действительная степень сжатия, учитывающая потерю
хода поршня из-за наличия окон в стенке цилиндра;
отнесенный к полному ходу поршня
			′			(4.8)
	ηн = ηн (1 − ψ) ,

где ψ – доля хода поршня, потерянная из-за наличия окон в стенке цилиндра.

§ 4.6. Анализ влияния различных факторов на коэффициент наполнения (с. 69)

По формуле (4.5) коэффициент наполнения ηн тем выше, чем

больше отношение pa pк, то есть чем меньше потеря давления во впускном тракте и газораспределительных органах;

меньше степень подогрева воздуха в процессе наполнения Ta ;

меньше коэффициент остаточных газов γr .

Все отмеченные изменения указанных основных факторов вызывают увеличение массы свежего воздуха в цилиндре двигателя, следовательно, повышение качества наполнения.

ηн существенно зависит от коэффициента остаточных

газов	γr :
η −	при ↓ γ	r	(см. формулу 4.5).
н		r
В свою очередь, на γr влияют:
1. частота вращения коленчатого вала n ( γr ↓ при ↓ n ,
т.к.	увеличиваются продолжительность наполнения и,

соответственно, качество очистки цилиндра);

2.длительность фазы перекрытия клапанов, ϕ8−1 º п.к.в. ( γr ↓ при − ϕ8−1 );

3.рациональная форма камеры сгорания и газовоздушных каналов двигателя, их размеры

( γr ↓ при рациональных формах );

4. уровень противодавления выпуску	pг ( γr ↓ при ↓ рг );
5. степень сжатия ε ( γr ↓ при − ε	, т.к. уменьшается

объем камеры сжатия Vc , занимаемый остаточными газами);

6. тип продувки цилиндра двухтактного дизеля: при прямоточных продувках качество очистки цилиндра выше, чем при контурных продувках.

ηн зависит от степени подогрева воздуха в процессе

наполнения Ta (или отношения Tк Tа		по формуле (4.5).
На Ta влияют:
1.	уменьшение нагрузки на двигатель или его мощности Ne
(	Ta ↓ при ↓ Ne , т.к. при этом снижается температура
стенок цилиндра);
2.	увеличение частоты вращения n	при неизменной
температуре стенок цилиндра ( Ta ↓ при − n			, т.к. при этом
сокращается продолжительность процесса наполнения и,
соответственно, сокращается время контакта воздуха с
нагретыми стенками);
3.	увеличение размеров цилиндра – диаметра цилиндра D и S
хода поршня ( T ↓ при − размеров цилиндра			, т.к.
	a

уменьшается контактирующая с воздухом площадь поверхности стенок, приходящаяся на единицу объема цилиндра);

4. уменьшение температуры жидкостей (воды, масла),

охлаждающих детали цилиндро-поршневой группы Tохл. жидк. ( Ta ↓ при ↓ Tохл. жидк. , т.к. снижается интенсивность

теплообмена между стенками и воздухом).

-----------------------------------------------------------------------------

ηн зависит от потери давления рa во впускном тракте и органах газораспределения (или отношения pa pк по формуле (4.5).

На рa влияют:

частота вращения коленчатого вала двигателя n ,

площадь проходных сечений впускного тракта (впускных

клапанов, окон) fвп ,

коэффициента сопротивления впускного органа (клапанной щели, продувочного окна) ξвп

по зависимости p ξ		;	n2
по зависимости p ξ		;	f
a	вп		f	2
				вп

(от n и fвп в квадрате, т.е. весьма существенно).

§ 4.7. Температура и давление заряда цилиндра в конце наполнения (с. 71)

В результате наполнения в цилиндре образуется смесь,
состоящая из L молей воздуха с температурой T ′ = T	+	T	и
к к		a
Mr молей продуктов сгорания с температурой Tr .

Запишем уравнение баланса энтальпии для смеси:

′

′′

′′′

(4.9)

Lc pTк

+ Mr c pTr =

( L + M )c pTa

где

′

′′

′′′ – средняя изобарная теплоемкость

соответственно чистого воздуха, продуктов сгорания и их

смеси.

c p = c p

= c p .

Введем допущение

′

′′

′′′

Тогда с учетом выражения

(4.1) из формулы (4.9) получим:

T =

Tк + Ta + γrTr

(4.10)

1 + γr

Формула (4.10) свидетельствует, что температура заряда цилиндра в конце процесса наполнения превышает температуру наддувочного (продувочного) воздуха перед цилиндром ввиду подогрева поступающего в цилиндр воздуха от нагретых стенок цилиндра, а также вследствие смешивания этого воздуха с горячими остаточными газами.

Соседние файлы в папке Диск СГЭО (Лекции_СГЭО_ВЗО_2012)

#
15.02.2015392.28 Кб83Глава_1_Введение_Классификация_ДВС.pdf
#
15.02.2015767.92 Кб82Глава_2_Идеальные циклы ДВС.pdf
#
15.02.2015536.64 Кб71Глава_3_Рабочие циклы ДВС.pdf
#
15.02.2015401.23 Кб88Глава_4_Расчетные циклы ДВС_Процесс наполнения.pdf
#
15.02.2015336.75 Кб71Глава_5_Сжатие в дизеле.pdf
#
15.02.2015397.99 Кб71Глава_6_Смесеобразование и сгорание в дизеле.pdf
#
15.02.2015391.74 Кб76Глава_7_Процесс расширения в дизеле.pdf
#
15.02.2015324.33 Кб79Глава_8_Выпуск-продувка в дизеле.pdf
#
15.02.2015186.8 Кб76Глава_9_Показатели двигателя.pdf