книги из ГПНТБ / Чернышев А.Н. Корабельные двигатели внутреннего сгорания. (Теория рабочих процессов поршневого двигателя) учебное пособие
.pdfных газов, которая может быть использована, будет меньше на величину этой работы.
В обычном двигателе энергия o£rg теряется. Потери энергии с выпускными газами составляют 35# и более всего количества теплоты, введенной в цилиндр двигателя с топли вом.
В двухтактных двигателях с газотурбинным наддувом энергия выпускных газов используется в газовой турбине, приводящей компрессор (нагнетатель). Это позволяет значи тельно повысить мощность и к. п. д. двигателя. Поэтому в двухтактных двигателях угол опережения открытия выпускных органов выбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить баланс мощности турбины и компрессора. Слишком раннее открытие выпускных органов (точка в" рис. 70) может привести к то му, что уменьшение индикаторной мощности двигателя прев зойдет выигрыш от достижения баланса мощности турбины и компрессора, в результате мощность двигателя уменьшится. Весьма важно обеспечить выбор оптимального угла опережения открытия выпускных органов, при котором суммарный эффект будет наилучшим.
Продолжительность фаз газообмена не может быть выбра на произвольно, так как протекание одной из фаз оказывает влияние на протекание другой фазы. Например, чем больпе фаза предварения выпуска, тем меньше необходимая продолжи тельность принудительного выпуска. При очень малой продол жительности принудительного выпуска необходимо увеличивать давление продувочного воздуха для обеспечения хорошей очи стки цилиндра от отработавших газов. Кроме того, с увели чением предварения выпуска у двигателей с выпуском через окна растет доля потерянного хода поршня, что приводит к снижению мощности и экономичности двигателя. Для обеспече ния хорошего качества очистки и наполнения важное значе ние имеет правильный выбо^) соотношения между время-сечени
ем продувки-наполнения |
и время-сечением принудитель |
ного выпуска Эр* . К моменту |
начала совместного протека |
240
ния этой фазы газообмена в цилиндре двигателя остается 30*50# продуктов сгорания. Кроме того, неудачный выбор соотношения 7™ и 7/* мокет привести к необходимости чрезмерного увеличения давления рк продувочного воздуха и, как следствие, к увеличению затраты мощности на осуще ствление газообмена.
Анализ показывает, что |
в выполненных двигателях с пет |
левой продувкой соотношение |
составляет 0,75*0,95. |
Для улучшения показателей газооомена двигателей этого ти па целесообразно стремиться к дальнейшему увеличению от ношения
В двигателях с прямоточными схемами газообмена отно шение JF Jjp^ составляет 1,4*1,7. Меньшие значения относят ся к двигателям с противоположно движущимися поршнямл. У
двигателей с |
прямоточной |
клапанно-щелевой продувкой соот- |
|||
ношение |
|
_ пк |
пв |
менее благоприятное, |
чем у двига |
между 3Pt_ и |
7 ^ |
||||
телей с |
ПДП. |
Однако |
попытка улучшения этого |
соотношения |
|
встречает большие трудности в связи с ограниченными воз можностями увеличения время-сечения выпускных органов.
В период эксплуатации двухтактных двигателей необходи мо следить за состоянием впускных и выпускных органов и производить своевременно планово-предупредительные осмот ры и ремонты. В процессе работы двигателя в каналах впуск ных и выпускных органов происходит отложение нагара и ла ка. Это приводит к уменьшению их проходных сечений и, как следствие, к ухудшению газообмена, которое приводит к сни жению мощности и экономичности двигателя, а также к увели чению износа поршня, поршневых колец и цилиндра. Особенно необходимо следить за изменением фаз газораспределения у двигателей с прямоточной клапанно-щелевой продувкой. В процессе работы двигателя вследствие износа в приводе вы пускных клапанов начало предварения выпуска может изменять ся в значительных пределах.
241
§ 39. Определение располагаемого время-сечения впускных и выпускных органов
Исходные данные, необходимые для определения располагаемых время-сечений
Предварительные размеры проходных сечений впускных и выпускных органов выбираются при проектировании, исходя
из опытных данных, по фазам газораспределения и конструк тивным соотношениям двигателей с аналогичной системой га зообмена и близких по степени форсировки и условиям экс плуатации.
Исходными данными для определения располагаемых вре
мя-сечений |
являются: |
|||
D |
- |
диаметр цилиндра, м; |
||
5 |
- |
ход поршня, м; |
||
пде - |
число |
оборотов коленчатого вала, об/мин; |
||
£ |
- |
действительная степень сжатия; |
||
Д* |
- |
угол |
смещения кривошипов (у двигателей с ПДП); |
|
hn , he , вп , вв - |
высота и ширина впускных и выпускных |
|||
окон, м; |
|
|
|
|
р в - |
угол наклона оси канала окон к оси цилиндра; |
|||
оС° - угол между осью канала и радиусом цилиндра; |
||||
&=■-£- - |
отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. |
|||
Величина |
|
А |
находится в пределах: |
|
а) |
для |
тронховых корабельных дизелей с контурной и |
||
прямоточной клапанно-щелевой схемой газообмена Л * 3^5 т ~ *
Большие значения Л |
принимаются в быстроходный ди |
зелях, имеющих отношение |
- ^ - * 1 ,0*1,3 и среднюю скорость |
поршня |
|
с т = |
> 6 м/се.гс . |
йеныие значения Л принимаются в тихоходных дизелях с отношением =1 ,5*1,8;
б) для двигателей с прямоточной щелевой (ГШП) схе мой газообмена значения А. изменяются в пределах ~ f Y y Для возможности разборки и сборки кривошипно-шатун ных’ механизмов в корабельных условиях нихний шатун делает ся обычно длиннее верхнего. Поэтому при равных радиусах кривошипов величина А. в таких двигателях для нихнего кривошипно-шатунного механизма меньше, чем для верхнего. При приближенном определении располагаемого время-сечения можно брать одинаковые'отношения - у для верхнего и ниж него кривошипно-шатунных механизмов. Для многорядных дви
гателей с наклонным расположением цилиндров ( |
V - |
образ |
|
ных и звездообразных), одним коленчатым |
валом |
и прицепным |
|
сочленением шатунов величину Л можно |
брать |
в тех |
же |
пределах, |
что |
и для однорядных двигателей. Для приближен |
||
ного |
расчета |
значения А |
можно брать одинаковыми для |
|
главных и боковых цилиндров. |
||||
|
Для определения располагаемых время-сечений у двигате |
|||
лей |
с прямоточной клапанно-щелевой продувкой, кроме пере |
|||
численных |
выше исходных данных, необходимо выбрать: |
|||
|
d - |
диаметр горловины (см. рис. 69), м; |
||
|
Нх- |
полный подъем клапана, м; |
||
|
iK- |
число выпускных клапанов одного цилиндра; |
||
|
о£*- |
угол наклона фаски на тарелке клапана; |
||
|
8° - |
продолжительность открытия клапана; |
||
до НМТ). |
начало открытия |
выпускных клапанов (за 80*90° |
||
|
|
|
||
Построение диаграмм площадей проходных сечений впускных и выпускных органов
Для определения располагаемого время-сечения впускных и выпускных органов необходимо выбрать масштабы и построит
!;р*4 "к"- |
. |
. |
= -j— |
г„ а д |
Масштабы: |
по оси |
абсцисс |
чершёШС * |
243
|
|
по |
|
|
S |
R |
h |
JLL |
|
|
|
оси ординат m<., = - — = — |
i h |
----------------- |
|||
где |
|
S |
- |
|
,h l s |
i s |
мм чертежа |
|
|
действительная величина хода поршня, |
|||||||
|
|
к |
- |
высота окна или подъема клапана, |
||||
|
|
J? - радиус кривошипа. |
|
|
„ |
|||
|
Масштаб площадей диаграмм т - |
ти ms,k |
чертежа. ' |
|||||
|
Для двигателей с контурной схемой газообмена^строит |
|||||||
ся |
график |
зависимости |
пути поршня от угла поворота колен |
|||||
чатого |
вала |
$ =f(cC°), |
для двигателей |
с ПДП |
строятся графи |
|||
ки |
5 = |
f(oC°) для обоих |
поршней, а |
для двигателя с прямо |
||||
точной |
клапанно-щелевой продувкой |
- |
графики |
S = f(U °) и |
||||
зависимости подъема (пути) клапана от угла поворота колен
чатого вала |
к = ft (оС°) . |
|
|
|
|
|
Клапанно-щелевая схема газообмена |
|
|
||
На рис. |
71 показаны графики зависимостей пути поршня |
||||
S=f(oC°)u выпускного клапана |
k = fl(oi°) от угла |
поворота |
|||
коленчатого |
вала. |
Построение |
кривой S =f(<X°) |
производит |
|
ся по способу Брикса. |
|
|
|
||
Из центра о |
на ось ординат радиусом R * -^ - (в |
при |
|||
нятом масштабе) наносится полуокружность. От точки |
о в |
||||
сторону НМТ откладывается поправка Брикса о о ^ Д р - , |
учиты |
||||
вавшая влияние конечной длины шатуна на перемещение порш
ня. Из нового |
центра |
Ot |
произвольным радиусом г |
описы |
||
вается полуокружность и делится на равное |
число |
частей |
||||
(обычно через |
15°). |
Затем |
из центра of |
через |
точки |
деле |
ния вспомогательной полуокружности проводят лучи до пере
сечения с окружностью радиуса R |
и находят |
точки оС0 ,oCts, |
|||||
оС^о . . . |
(X 3gg |
• Проекция данных точек на вертикальный |
диа |
||||
метр (ось ординат) даст искомую величину пути поршня |
S |
||||||
при повороте |
кривошипа на угол оС° |
от |
ВМТ. |
По оси абсцисс |
|||
в принятом масштабе откладывается отрезок |
I |
, соответст |
|||||
вующий углу |
поворота кривошипа радиуса |
R |
от 0° до 360°. |
||||
Отрезок |
I |
делится на то же число |
равных |
частей, что |
и |
||
полуокружность (через 15°). Из точек оСа , л 30 . . . о(1ло проводят прямые, параллельные оси абсцисс, а из точек де ления на оси абсцисс 0, 30, 60° . . . 360° - прямые, парал лельные оси ординат. Плавная кривая, соединяющей! точки пересечения прямых, проведенных из одноименных точек, пред ставляет искомую зависимость S = / (оС°).
Рис. 71. Диаграммы S = i(o£ )пути поршня; h=ii(oC ) подъе ма клапана и угол-сечений впускных окон и выпускных кла панов двигателя с прямоточной клапанно-велевои схемой га зообмена.
Построение кривой подъема клапана h x fi(ot°) произво дится следующим образом. Задаются профилем кулачка. Для выпускных клапанов обычно применяют кулачки параболическо
го профиля с постоянной величиной ускорения |
CLm a x • |
В качестве примера рассмотрим построение |
h=S(<xc)для |
кулачка параболического профиля. Прежде всего задаются числом выпускных клапанов на один цилиндр. У корабельных
двухтактных |
дизелей |
LK «4. |
Определяет |
диаметр |
горловины |
клапана d |
из отношения |
, которое |
при |
составля |
|
ет 0 ,2 7 < -= —< 0,35 |
(D - |
диаметр цилиндра). |
Находят пол |
||
ный подъем |
клапана |
h K , пользуясь |
соотношением |
0,24 |
< |
|||||||||||
< ^ £ -< 0 ,3 2 . |
|
Задаются |
продолжительностью |
открытия |
клапана |
|||||||||||
S |
, |
которая составляет у выполненных двигателей 120*160 . |
||||||||||||||
Определяют |
продолжительность |
открытия |
%0 |
клапана |
от |
|||||||||||
к -О |
до |
k ~ h K при |
=60*80°, |
10 ==4 — сек• |
В коорди- |
|||||||||||
натах |
Н -оС |
в принятом масштабе |
откладывают |
на |
оси |
|
ор- |
|||||||||
динат |
Я* |
и на оси |
абсцисс |
-тр |
(рис. |
72). |
Отрезки |
|
Я* |
|||||||
и |
-j- |
делят |
пополам. Полученные |
отрезки оа ,а в ,в с |
,c d |
|||||||||||
делят на равные части и нумеруют, как ото показано на |
|
|||||||||||||||
рис. |
72. |
Из начала координат |
проводят линии О I, |
0 2 , |
0 3 . |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Из точек |
I, |
2, |
3 |
линии |
|
OCL |
|||
|
|
|
|
|
|
|
восстанавливают |
перпендику |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ляры до пересечения с одно |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
именными линиями 0 1 , |
0 2 , |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
О 3. |
Точки пересечения |
|
соеди |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
няют плавной кривой. Анало |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
гичное построение |
проводят |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
на втором участке. Получен |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ная кривая представляет со |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
бой |
зависимость |
к~^(оС°) хо |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
да клапана от угла поворота |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
коленчатого |
вала. |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Построив |
графики S~f(oi°) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
и Я =fi (oCe) |
(рис. |
71), |
|
оп |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
ределяют |
располагаемые |
|
вре |
||||||
|
Рис. 72. Построение кри |
мя-сечения впускных |
и выпуск |
|||||||||||||
вой Я |
|
подъема клапана. |
ных органов. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Злементарное располагаемое время-сечение впускных ор |
|||||||||||||||
ганов |
|
|
|
i„-dT = 2 e „ k nd r , |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
где |
i„ |
|
- текущее значение площади проходного сечения |
|||||||||||||
впускных |
окон, м2 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
2 в „ |
- суммарная ширина впускных окон, м (величина |
|||||||||||||
постоянная |
для окон данного размера); |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
246
|
Vl |
- текущее значение высоты окон, |
открытых поршнем |
||||||||||
к данному моменту при движении его от ВМТ к НМТ. |
|
||||||||||||
|
Так |
как |
— |
|
— > то |
|
2 6п |
hdoCc |
|
|
|||
|
При |
|
|
бПдв |
|
|
Ь П д в |
окон |
и |
постоянном |
|||
|
постоянной |
ширине 2 в „ |
впускных |
||||||||||
числе оборотов пдв коленчатого вала изменение величины |
|||||||||||||
время-сечения определяется изменением величины |
hdoC0 , |
||||||||||||
назовем |
ее |
у го л -п у ть и |
обозначим Jh . Тогда располага |
||||||||||
емое |
время-сечение |
впускных окон |
за |
время ДТ = Т 5 |
|
||||||||
определится |
выражением |
^ |
|
|
|
|
|
'2 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
- |
s e ” |
h -d o c ° = |
£ вп |
|
Мг-сех, |
(153) |
||||
|
|
|
6 Пдв |
||||||||||
|
|
|
|
6 п лв |
|
|
|
|
|
|
|||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3? = |
[ |
hcLoC° = Т т |
м - град ; |
|
|
|||||
|
F |
- |
площадь диаграммы, |
мм*; |
|
|
|
|
|
||||
|
гн - масштаб площадей диаграммы. |
|
|
|
|
||||||||
|
Следовательно, |
г |
— — Тт |
л£-сек есть |
располагаемое |
||||||||
|
|
|
|
|
ь па» |
|
|
|
|
|
|
|
|
время-сечение впускных окон. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Располагаемое время-сечение выпускных клапанов за вре |
|||||||||||||
мя d% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f 6 ’ d Z |
= M d l Kh cosoCk |
d z . |
|
|
|
|
|||||
|
Площадь |
проходного |
сечения |
ig |
, открываемого |
выпуск |
|||||||
ным клапаном, является |
функцией |
его |
подъема |
и |
определяется |
||||||||
выражением |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
fe = Л h cobcLK ( d + 0,5h sln 2o C K) i K , |
|
|
|||||||||
где |
Я |
- |
текущее |
значение |
подъема клапана, |
берется из |
|||||||
графика |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^ |
- f i (o i°) |
; |
|
|
|
|
|
|
d - |
диаметр горловины |
клапана; |
oi,c - |
уго л наклона фаски на тарелке клапана; |
|
I* - |
число клапанов на |
один цилиндр. |
Без существенной погрешности можно принять
|
fe - x d L Kh |
cosocK |
|
||
За период времени \т=тг -Т4 |
|
|
|||
if |
|
|
* |
<4 |
|
Lt |
|
i K X d cosotg |
|
||
|
|
IL |
dot |
||
|
|
6n.м |
|||
или |
|
|
|
<*\ |
- |
|
|
|
|
|
|
п*к |
i K X cL COSOCx ,уек |
|
|
||
|
- |
ь п ; |
*• |
’ |
|
|
' |
urLA* |
|
|
|
где J I k d o P ^ F t H . |
м -гр а д - |
угол-путь клапана за период |
|||
J • |
|
|
АоСв = оСсг -ос°{ |
||
Располагаемое время-сечение выпускных клапанов по диа грамме Ня^(оС°н) определяется из выражения
- |
Гу* d |
t - ± * * А с°ь«-* |
f м |
. сек < d 5 4 ) |
||
с |
I |
|
|
6 *л* |
|
|
|
Zi |
|
величина проходного сечения |
fe клапана |
||
Максимальная |
||||||
при полном его открытии: |
|
|
|
|||
- п р и |
оС%-30° |
/ в<0. » 2 ,7 i* h * (ct + 0.43 Н *); |
||||
- п р и |
оС$жЧ5° |
Sgkg0 - 2,2LKh K( d + 0,5НХ) . |
||||
Располагаемое время-сечение предварения выпуска |
||||||
(рис. 71) определяется площадью Fz |
и равно |
|
||||
J » |
" . |
l %x d cosatк р m |
м >•сек . |
|||
Ft |
|
|
В пД, |
I |
|
|
Располагаемое время-сечение принудительного выпуска |
||||||
3 я* a |
} » fd e o s o tH р m |
м г ‘ сек. |
||||
Fr |
|
6 нАв |
я |
|
|
|
Располагаемое время-сечение продувки-наполнения |
||||||
~0К |
|
3* Г m |
м г • с е к . |
|
||
V |
|
6rt |
|
|
|
|
Определение располагаемого время-сечения впускных и выпускных окон в двигателях с ЦДЛ
Двухтактные двигатели с ПДП обладают характерными осо
бенностями, которые вызывает отклонения в последователь ности теплового расчета и расчета проходных сечений впуск ных и выпускных органов, принятой для двигателей с контур ными и клапанно-щелевыми схемами газообмена:
- во-первых, поршни неодновременно приходят в свои
крайние положения |
(ВИТ и H1IT), т .е . впускной пориень |
за |
паздывает на |
угла поворота коленчатого вала |
по |
сравнению с выпускным поршнем. В результате этого полное изменение объема между поршнями, которое следует рассмат ривать как рабочий объем цилиндра однопоршневого двигате
ля Vfe , не |
равно |
сумме объемов, |
описанных каждым поршнем |
|
( Vk Ф Vn + Ye |
), |
и меньше этой |
суммы приблизительно |
|
на 1£; |
|
|
|
|
- во-вторых, |
величина^отношения R радиуса криво |
|||
шипа к оС |
длине |
шатуна (А *-^ ) |
в общем случае различна |
|
для кривошипно-шатунного механизма впускного и выпускного поршней.
В корабельных двигателях с ПДП Для возмож ности разборки и сборки кривошипно-шатУнных механизмов в корабельных условиях нижний шатун делается обычно длиннее
верхнего. |
Поэтому при равных радиусах R |
кривошипов ве |
||
личина |
А |
для |
кривошипно-шатунного механизма выпускного |
|
поршня меньше, |
чем для впускного. |
|
||
Вследствие |
изложенных выше особенностей построение |
|||
графиков |
5„я ^(оС°) и St =fz (oC°) впускного |
и выпускного |
||
поршней необходимо не только для определения располагаемых время-сечений окон, а также для определения полного рабо
чего |
объема |
Vfc, и должно предшествовать |
тепловому расче |
||
ту. |
Для построения графиков |
Sn = fi(oC°) |
и Se = i2 (с*°) в |
||
|
|||||
соответствии |
с заданием на |
расчет |
выбирают: |
||
|
- величину действительной |
степени |
сжатия; |
||
J L , |
'‘f t . J L - |
- отношения хода поршня к диаметру цилиндра |
|||
и радиуса кривошипа к длине |
шатуна; |
|
|||
24$