Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Чернышев А.Н. Корабельные двигатели внутреннего сгорания. (Теория рабочих процессов поршневого двигателя) учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

29.10.2023

Размер:

8.6 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2122 / 2922 23 24 25 26 27 28 29 > Следующая >>>

Рис.6к. Диаграммы изменения давления газа р в цилиндре двухтактного двигателя:(а)-в зависимос ти от одьема цилиндра и

(6) -в зависимости от уг ла поворота коленчатого вала; диагралшы измене ния проходных сечений впускных 1п и выпускных fe органов: (в)-при симмет ричных и (г) -несиммет ричных фазах газораспре деления в зависимости от угла (Xеповорота коленча того вала.

НМТ

210

При движении пориня в сторону ННТ в момент открытия выпускных органов (точка в' рис. 64,а ) газы вытекают из цилиндра в выпускной трубопровод со скоростью 600*700 и более м/сек. При этом в выпускном трубопроводе возникает волна сжатия, а в цилиндре - водна разрежения. Эти волны

многократно	отражаются,	складываются с новыми волнами и
делают картину изменения состояния газа весьма			сложной.
В выпускном трубопроводе газы также движутся с боль
шой средней	скоростью, достигающей в двигателях		с импульс
ной системой	наддува 200	и более м/сек. Высокие	скорости

течения газа через увеличивающееся проходное сечение вы пускных органов и в выпускном трубопроводе обусловливают эжектирующий эффект потока выпускных газов, который спо собствует резкому падению давления в цилиндре (рис. 64,б- точка М ).

Возникающие в выпускном трубопроводе прямые и отражен ные волны при определенной его длине и числе оборотов ко ленчатого вала могут создать к концу продувки сильно по вышенное или, наоборот, сильно пониженное давление (разре жение) за выпускными органами, а затем и в цилиндре, что оказывает влияние на качество газообмена и мощность дви гателя.

Колебания давления в выпускной системе используются иногда для продувки двигателя без продувочного насоса. При такой продувке воздух поступает в цилиндр из атмосфе

ры благодаря разрежению, создаваемому		в нем колебаниями
давления в выпускной системе.	На рис.	64,6 изображены кри
вые изменения давления газа в	цилиндре	p s ^(V) и p=fz^*).
Кривая изменения давления	газа р « /(о £ в) в цилиндре

(рис. 64,б) по углу поворота позволяет весь процесс газо обмена разделить на следующие фазы или периоды:

	I )	свободный	выпуск в '	К	(рис. 64,а ,б ). При рас
четах	из	этого периода выделяют предварение выпуска 6 'd .
Точка	d	- момент	открытия	впускных органов. Точка и -

конец	свободного выпуска (поршень движется	в сторону НМТ);
	2 ) продувка-наполнение и принудительный выпуск п с
(рис.	64,в) или п а ' (рис. 64,г ) . Точка е	- момент закры

тия впускных органов (поршень движется в сторону ВИТ). На диаграмме (рис. 64,г) впускные м выпускные органы закры ваются одновременно и точка е совпадает с точкой а ' - моментом закрытия выпускных органов;

3) потеря заряда еа '(р и с . 64,в) шли у некоторых дви гателей дозарядка, если впускные органы закрываются после выпускных. Каждому из этих периодов на диаграмме измене ния проходных сечений впускных и выпускных органов (рис. 64,в ,г ) соответствует орределенное время-сечение:


время-сечвиие			j	“		м*-сем
свободного выпуска равно площади,0'п Ne' ;
время-сечение		«яр«л-« i			,	-	р	пред
		3Fr		~~5п^ Jt igdoL			Л1 г -сек
варения выпуска равно			площади * * в 'и В в ';
время-сечение продувки-наполнения							^ п ^ ^ - е е к
равно площади	n V ' g п			на рис.		64,в и
равно площади	"n N a 'n			м г ' с‘‘к	64,г ;
				на рис.
время-сечедие принудительного выпуска
равно площади"jiNEen				на рис.	64,в и
= * Ь р е		doC°		‘
равно площади	n N a 'n			на рис.	64,г ;		о
время-сечение потери заряда					Jp		J 5gdLcL° равно
площади е Е а ' е		на рис. 64, в.					<*е

Свободный выпуск

При исследовании процесса свободного выпуска делают следующие допущения:

- поток газов в выпускных органах является одномер ным и установившимся;

212

-силы трения равны нулю;

-процесс истечения происходит адиабатически;

- давления в выпускном трубопроводе				рр , а также
в продувочном ресивере	ркц	постоянны	по	объему и по
времени.
Принятые допущения	позволяют вести		исследование про

цесса свободного выпуска на основании известной из курса термодинамики теории истечения идеальных газов.

В соответствии с теорией истечения вес газа, вытека ющего из цилиндра за бесконечно малый промежуток времени

d V	,	может быть определен				дифференциальным уравнением
				cLO = ju .fi?		'JPxfJ-dLr ,	(137)
где	ju.		- коэффициент расхода выпускных органов, .отне
сенный		к	периоду свободного			выпуска;
	f		- текущее		значение площади проходного сечения
выпускных				органов;
рж	и f x		-	текущие	значения	давления и удельного веса		га
за в	цилиндре;
	у		-	функция,	вид и значения которой определяются
условиями истечения и составом продуктов сгорания.
	Из рассмотрения уравнения (137) следует,						что количе
ство	газа,			вытекающего из цилиндра в единицу			времени,	за

висит от величины площади проходного сечения выпускных ор ганов, коэффициента расхода выпускных органов, параметров состояния газа в цилиндре в данный момент истечения и


функции ц/	,	вид и значение которой определяются условия
ми истечения и химическим составом газа.
В момент открытия выпускных органов (точка в' рис. 64)
давление	В	цилиндре		рв/ в несколько раз превыпает
давление газа в выпускном трубопроводе и составляет
Рв/ = (3 ,5*5,5) ржЦ			для	быстроходных и pg, = (2 ,5*4)рхц

для малооборотных двигателей. Более низкие значения ре> имеют двигатели с выпуском через окна. У двигателей с га

213

зотурбинным наддувом, имеющих увеличенное предварение вы

пуска,выпуск газов начинается		при более высоком	значении рв'^
чем у двигателей с	приводным	нагнетателем. Как	показывают
опыты, давление рд/	несколько растет с увеличением чис
ла оборотов, а при	неизменной	подаче топлива на цикл уве

личивается примерно пропорционально pxti . Среднее давле ние рг в выпускном трубопроводе у двигателей без исполь зования энергии выпускных газов составляет примерно

1,05*1,08 кГ/см2 или в системе СИ - (10,3*10, 6 ) . К)1* н/м2.

В двигателях с газотурбинным наддувом величина среднего

давления		рг	зависит	от системы наддува и давления ркц и
изменяется в пределах				(0,80*0,95)рхц .
	Температура газов			Tg'	в момент	открытия выпускных
окон находится приблизительно в пределах 1000*1600°К,							че
ху	соответствуют значения				показателя	адиабаты Х т от	1,32
до	1,29.	Обычно для выпускных газов				при истечении прини
мают Хг >1,3.			Тогда критическое отношение давлений, раз

граничивающее область надкритического и подкритического истечения выпускных газов за период свободного выпуска,

при Jdr * I,3 бу***

где рх - текущее значение давления газов в цилиндре. В момент открытия выпускных окон

поэтому истечение газов происходит с критической ско ростью, равной местной скорости звука, которая зависит от гекущих параметров газа в цилиндре,

21*

И при tij, =1,3	=1600°К, изкр =720 ы/сек.
Функция
	( £ ) ” [	’	(63,)

значения которой определяются условиями истечения и соста

вом	продуктов	сгорания при	[-^7 ) ^	(к^+г1*^ ’ принимает
максимальное		постоянное значение		т
	V = *W x = ( ф т Г			- C D n s t ■
Для	продуктов	сгорания при	«г =1,3	утЛХ=2,09.

В надкритический период свободного выпуска истечение газов из цилиндра происходит с критической скоростью не зависящей от отношения давлений. Но так как по мере

истечения температура газа в цилиндре понижается, то и ис течение происходит с постепенно понижающейся местной ско ростью звука.

Точка к (рис. 64,б) на кривой p = St (oC0) показывает момент критического отношения давлений и делит период сво бодного выпуска на надкритический к ъ ' и подкритическийкя.

Положение точки к. определяется отношением давлений газов в цилиндре рх к давлению в выпускном трубопроводе р , равном

(■£■)	-	м	з .
I РГ
Следовательно,
(р) х„ =1,&3(0,&0 + 0,95)р.*ц
Величина давления рхц	воздуха		в продувочном ресивере за
висит от схемы наддува и степени форсировки двигателя.
Для двухтактных двигателей			с нагнетателем, приводящим
ся от коленчатого вала,	р	=1 , 1 *1,3 кГ/см2 или			в системе
СИ
Р™ -(10,8 *12,75)				10* н/м2 .
Для двухтактных двигателей			с	газотурбинным	наддувом

Риц =1 >6 *3, 0		кГ/см2		или		ркц- ( 15, 7		*	2 9	,	и/м2.
Соответственно величина						( р ) хр	составит:
-	для двигателей			с	приводный нагнетателем
или		{'p)X)B- I,6 f2 ,3			кГ/см2		,
		- ч г	,			и
		(р)хр “ (15,822,2)1(г н/м2 ;
-	для	двигателей		с	газотурбинным			наддувом
или		(р)кв “2,31*5,13				иГ/см 2
		( р \ рш(22,650,3) . 10					н/м2.

7 малооборотных двигателей надкритический											период ис
течения обычно заканчивается раньие момента открытия
впускных	органов		(точка		к	расположена			выие	точки d. )

и тогда предварение выпуска имеет два периода истечения: надкритический и подкритический. В быстроходных двигателях

точка к	может располагаться ниже точки d			, тогда		пред
варение выпуска й '&		имеет только	надкритический			период
истечения.
С в о б о д н е й		в ы п у с к	продуктов		сгорания
длится до	начала продувки (в'м. рис.		54,6),	т .е .	до момен
та, когда	давление в цилиндре понизится до			величины		рц .

Это давление всегда нике критического по отноиенно к дав

лению в	выпускном	трубопроводе рР	, т .е .
Поэтому	свободный	выпуск в двигателях всех типов всегда
включает	н а д к р и т и ч е с к и й		и п о д к р и

ти ч е с к и й периоды истечения.

Вмомент, определяемый точкой d. (рис. 54,б), от крываются впускные органы. Если давление в цилиндре в

этот	момент	выие давления воздуха в продувочном ресивере
(р ^	> р*ц ),	то происходит заброс продуктов сгорания в

ресивер. Это приводит к загрязнению продувочного возду ха и потере время-сечения впускных органов на перетекание выпускных газов в продувочный ресивер и обратно. Заброс

216

продуктов сгорания в продувочный ресивер ухудшает очистку и наполнение цилиндра, и мощность двигателя понижается.

Давление	в цилиндре	в момент открытия впускных ор
ганов зависит	от числа	оборотов	двигателя ( пдв об/мин),
скорости нарастания проходного			сечения S6 выпускных ор
ганов и величины подачи		топлива	на цикл.

Для судовых малооборотных и среднеоборотных дизелей


больной мощности			величина		pd	часто	равна рхц	,	в общем
случае у этих двигателей давление
	pd *		Р*ц ♦	(0,30бЮ ,714)			кГ/см2
И™	pd	«	Ркц +	(3*7)		IQ1* н/м2.
М. Г.	Круглов	[l5 ] для			быстроходных двигателей			с	прямо

точными схемами газообмена рекомендует оценивать величину

pd x (1,1 *2,2) риц		или по	графику		(рис.		65).
В быстроходных		Pd
двигателях	вследст	Pd
вие сильной	эхекции
столба выпускных га		щ
зов продувочные окна		щ
открывают при давле
нии в цилиндре более 5>б
высоком, чем давле-
ние в продувочном ре
сивере.		2,0	1,2	1,3	1,4	U	iJS 1,7	12	US
Температура			1,2	1,3	1,4	U	iJS 1,7	12	US
Температура
в цилиндре	в момент
открытия впускных			Рис. 65. Изменение р*					в	зави
окон может быть оп		симости		от	pU4	для двигателей с
окон может быть оп		прямоточной клапанно-щелевой про
ределена из	соотно-	дувкой.
нения
									(138)
Условный показатель и			политропы			изменения		состоя-

217

ния отработавших газов лежит в данном случае в пределах 1,45*1,65. Как утверждает Ы. Г. Круглов [l5 ] , двигате ли, имеющие большую скорость нарастания проходного сече

ния fe выпускных органов во время выпуска,		имеют и боль
ную величину показателя п .	к
Окончание свободного выпуска (точка		на рис.	64,б)
может быть определено по моменту начала	поступления		све

жего воздуха в цилиндр, например, с помощью отбора проб газов из цилиндра у впускных органов. В связи с большой трудностью осуществления такого отбора газовых проб окон чание свободного выпуска оценивается по косвенным призна

кам.
Н.	В. Петровский [23]		оценивает окончание свободного
выпуска моментом, когда		давление в цилиндре становится
равным	давлению воздуха	в продувочном ресивере.
А.	С. Орлин [l9 , 2l]		считает, что свободный выпуск

из цилиндра заканчивается при достижении в нем давления Рн (рис. 64,а ,б ), равного среднему по величине давлению в цилиндре во второй части газообмена, когда процесс при


ближается	к установившемуся (точки о , д , е			рис. 64,б)
и давление в цилиндре изменяется незначительно.					При таком
предположении получается, что			часть перепада, а		именно
рхи- р ч ,	теряется во	впускных	органах, а другая часть
(Рч~Рг)“ в	выпускных	органах.	Следовательно,	естественно

предположить, что воздух начинает поступать из ресивера в цилиндр тогда, когда давление в цилиндре снижается до ве личины рн . После этого удаление отработавших газов из цилиндра происходит принудительно с помощью свежего возду


ха. Поэтому данный период газообмена и называется			п е-
р я о д о м	п р о д у в к и - н а п о л н е н и я		и
п р и н у д и т е л ь н о г о		в ы п у с к а .

Продувка-наполнение

Процесс продувки-наполнения цилиндра свежим воздухом происходит при одновременном вытеснении продуктов сгора-

2ie

ния со скоростью потока продувочного воздуха ниже крити ческой, т .е . при отношении давлений

где	К	-	показатель адиабаты для воздуха.
	Весовое количество воздуха, поступившего в цилиндр за
элементарный промежуток времени d z ,
			(6 2 ')
где	/и„	-	коэффициент расхода продувочных органов;
	i„	-	текущее значение площади проходного сечения
продувочных			органов;
рхч и Гхц-			постоянные значения давления и удельного веса

воздуха в продувочном ресивере за процесс продувки-напол

нения ;	___________
	(6 3 ')
р v - функция, которая имеет постоянное значение
при	- c o n s t .

Весовое количество воздуха Ge , необходимого для осу ществления очистки и зарядки цилиндра, зависит от системы продувки, размеров цилиндра, числа оборотов коленчатого вала, двигателя, давления продувочноТо воздуха и может быть представлено выражением

		(139)
где	-	рабочий объем цилиндра;
Г*ц и ifл	-	удельный вес воздуха и коэффициент продув
ки (см. § 35),		отнесенные к условиям в продувочном ресиве
ре (рхц и Ткц );
	-	коэффициент наполнения

219

<<< < Предыдущая 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2122 / 2922 23 24 25 26 27 28 29 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ