Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

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

.pdf
Скачиваний:
18
Добавлен:
29.10.2023
Размер:
8.6 Mб
Скачать

Рис. Li. CpuhtitHut изохорного ч icjchSol/экого ц и к л о в при Qt = id e m ; е = id em ..

Рис. 5. Сравнение изохорного и изобарного циклов при Qt = idem ; рг = idem .

20

Практические выводы:

1) если в двигателе степень сжатия и цикловая пода­ ча топлива неизменны, но за счет каких-либо конструктив­ ных мероприятий или в силу возникших во время эксплуата­ ции причин цикл приближается к изохорному, то одновремен­ но с ростом максимального давления сгорания и степени по­ вышения давления А можно ожидать увеличения экономич­ ности дизеля;

2) при сформулированных выше условиях Q* = I d e m , S.=ldem более экономичным явился бы цикл бензинового дви­ гателя (изохорный цикл).

Однако известно, что бензиновые двигатели, как прави­ ло, имеют более низкий, чем двигатели с самовоспламенени­ ем, коэффициент полезного действия, расходуют больше топ­ лива на единицу мощности. Среди ряда причин этого немало­ важное значение имеет тот факт, что во избежание детона­ ции (взрывного горения с чрезмерно высокими скоростями распространения пламени) бензиновые двигатели с воспламе­ нением от свечи выполняются с меньшими степенями сжатия, чем дизели. Вследствие этого термический к. п. д. дизеля

оказывается большим, чем у бензинового

двигателя, что и

доказывается в следующем примере.

 

 

 

 

Пример 2. Покажем, что изобарный цикл будет более

выгодным в термодинамическом отношении,

чем изохорный,

если:

 

 

 

 

 

 

-

количество теплоты, подведенной

к рабочему

телу

в каждом из рассматриваемых циклов,

одинаково;

 

 

-

одинаковы также максимально

Допустимые

давления

цикла

( Pz = Рг ) •

 

 

 

 

 

Так как Q.i-Ldem,

то площади I e z 2

и Ic'z'

2 'на

рис.

5,6 равны.

 

 

 

 

 

Очевидно, что в изохорном цикле

степень сжатия

мень­

ше, чем в изобарном. Количество теплоты, отводимой

в изо­

хорном цикле, больше,

чем в изобарном,

на величину,

про­

порциональную заштрихованной площадке 2/ - в /-в -2 . Следова­

21

тельно, при

этих новых условиях

более совершенным оказы­

вается цикл

с большей степенно

сжатия, т .е . изобарный.

Таким образом, полученные с

помощью термодинамическо­

го анализа вывода достаточно убедительно поясняет причи­ ны более низкой экономичности карбюраторных двигателей, имеющих меньшие £ в сравнении с дизелями.

Пример 3. При проектировании двигателя требуется

правильно выбрать степень

сжатия £

,

величину

максималь­

ного давления сгорания

р 2

и степень

повышения

давления

Термодинамический анализ позволяет выявить степень

влияния этих параметров

на

величину

термического к. п. д.

и качественно оценить возможные пути повышения экономи­ ческих показателей реального двигателя.

Из курса теоретических основ теплотехники известно

выражение для термического к.

п . д. смешанного цикла

 

 

e i j J U . i _

i

------* P X.- I--------

.

(?)

Ч *

fli

е**1

А - 1 * х А ( р - 1 )

 

 

Основным исходным условием для последующего анализа влия­

ния А

,

р и £

на

tit

может служить постоянство

под­

веденной

теплоты

Qj

, что соответствует постоянству цик­

ловой подачи топлива в реальном двигателе.

 

Тогда уравнение (8),

вывод которого не приводится,

 

 

s - % —

А - 1 * к А < р - п

(8)

 

 

Ьу 1 с

 

 

 

после

замены Тс

на

Tag"*1 может быть преобразовано к

виду

 

 

 

 

 

 

 

 

- А - . Д

- £" ‘[(A-i) + nA (p-i)] .

'.9)

 

 

Су Та

 

 

 

Здесь

Тв - температура рабочего тела в цилиндре в начале

сж ати я ;

А- постоянная величина.

22

В уравнении (7) Л и р при О1»соги^являются взаимо­ связанными параметрами. Поэтому, найдя из уравнения (9)

 

 

А

X - 1

+ 1

 

 

 

к Л

кЛ

 

и подставив

в уравнение (7),

получим

 

 

,

t

* ( р А л - * ^ Г + > Т - 1

( ю )

U t - 1

- ---х-1------------------

 

А -

 

 

 

 

л-1* кЛ [ е * '1 к Х

кА

 

Если теперь

выбрать численное

значение

А , то

 

 

 

Пг =■* (&>X) .

 

 

На рис.

б представлен график, полученный для А «2.

23

Анализ этого графика позволяет сделать очень важные выво­ ды, которые неоднократно будут использоваться в дальней­ шей.

I . Если конструктор не ограничен в выборе максима ного давления сгорания

Р2 = Л р с = Л р а е* , (И )

где Ра - давление в цилиндре в начале сжатия, которое предполагается величиной постоянной и в данном примере

равной

2 кГ/см2,

то

целесообразно порознь или одновремен­

но увеличивать е

я

Л

,

вследствие

чего

возрастает.

Другими словами,

чем

больие р 2

при рй = co n st,

тем

больие

rit .

 

 

 

 

 

 

 

 

2. В том случае,

когда максимальное

давление

цикла

ограничено для обеспечения прочности и надежности работы

деталей дизеля, при увеличении

£

необходимо уменьшать

А

,

что легко

видеть из

уравнения ( I I ) .

На рис.

б по­

казан

характер

изменения

X

к

 

в функции от

£

для

разных,

но

постоянных pz

. Очевидно, что значительным при­

ращениям

£

будет соответствовать

ухе сравнительно

не­

большое увеличение

.

Отсюда понятно стремление огра­

ничить степень

сжатия

оптимальными пределами.

 

 

 

 

 

3.

С

увеличением ра

igc

сохраняется неизменным

только

в случаe X t* - c o n s t

, т .е .

только

при увеличении

р 2

пропорционально ра

.

В противном случае

неизбежно

уменьшение

.

Поэтому во-

всех

современных двигателях с

высоким наддувом, т .е .

высоким давлением

воздуха

в цилинд­

ре в начале сжатия, имеют место

и весьма

большие

значения

Pz *

В

заключение еще раз

отметим,

что на протекание

реаль­

 

ного цикла оказывают влияние многие дополнительные факто­ ры, которые не могут быть учтены термодинамическим к. п. д. и потому все сделанные здесь выводы носят качественный ха­ рактер, а использованные аналитические зависимости не мо­ гут являться основанием для количественных вычислений.

24

Вопросы для повторения

1.Как классифицируются циклы ЛВС? Охр. 12 .

2.Лайте определение рабочего, термодинамического и расчетного циклов. Стр. 13 .

3.В чем основное различие между рабочим, термодина­ мическим и расчетным циклами? Табл. I ' .

4.Какими показателями характеризуется совершенство термодинамического, расчетного и действительного циклов?

Стр. 15, табл. I .

5.Чем объясняется внешнее сходство между термодина­ мическим и расчетным циклами7 Стр. 15 .

6.Для каких целей может использоваться анализ термо­ динамических циклов? Стр. 16 .

7.Поясните различие между геометрической и действи­ тельной степенями сжатия двухтактного дизеля и выведите

формулу, устанавливающую аналитическую связь между ними.

Стр. 17 формулы (3),(4),($), рис. 3 .

3. Дайте определение и напишите соотношения для степе­ ни повышения давления, степени предварительного и последу­ ющего расширения. Стр. 18 .

9. Докажите с помощью анализа термодинамических цик­ лов, что, если в одном из двух одинаковых двигателей с равным расходом топлива Л больше, чем в другом, терми­ ческий к. п. д. этого двигателя также больше. Какой дви­ гатель разовьет большую мощность? В каком двигателе будет большее максимальное давление сгорания? Стр. 19, рис. 4 .

10. Докажите, что, если в двух идентичных двигателях с одинаковым расходом топлива к максимальными давлениями

сгорания степени

сжатия

различны,

один из них окажется

мощнее и экономичнее. Какой7

Стр.

21, рис. 5 .

11. При каких условиях увеличение степени сжатия даст

больший прирост термического

к.

п.

д .: при р2 = const или

приЛ= const* Стр.

23,

24,

рис.

б .

25

Г л а в а П

ПРОЦЕСС НАПОЛНЕНИЯ

§ 3. Наполнение рабочих цилиндров

Для обеспечения процесса сгорания из цилиндра двига­

теля должны быть удалены продукты сгорания,

оставшиеся

от предыдуцего цикла, и размещен новый заряд

свежего воз­

духа. Чем большее количество воздуха удается

поместить

в цилиндре двигателя, тем

большее количество

топлива мож­

но сжечь и больную работу

получить. Таким образом, от ка­

чества очистки и наполнения цилиндра в определенной мере зависит мощность, развиваемая двигателем.

Физическая картина процессов наполнения четырех- и двухтактных двигателей не одинакова.

Наполнение цилиндров четырехтактного двигателя

Наполнение цилиндра четырехтактного двигателя свежим воздухом осуществляется через открытый впускной клапан при ходе поршня из верхней в нижнюю мертвую точку (рис.7).

Взаимное расположение линий выпуска и впуска (линий насосных ходов) изображено на рис. 8 и зависит от соотно­ шения давлений воздуха в наддувочном ресивере перед ци­ линдром р хц и в выпускном коллекторе рг .

В двигателе без наддува давление перед цилиндрами не­ сколько меньше атмосферного за счет гидравлических потерь во впускном тракте. Давление за цилиндрами больше атмос­ ферного по причине сопротивлений в выпускном трубопроводе.

Поэтому

для

двигателя

без

наддува

всегда

= Pc

а

Ре <

Рг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В двигателях с наддувом в зависимости от особенностей

конструкции и условий исполь­

 

 

 

зования дизеля давление над­

 

 

 

 

дувочного воздуха перед ци­

 

 

 

 

линдрами может быть как

 

 

 

 

 

больие,

так

и меньше давле­

 

 

 

 

ния газа в выпускном коллек­

 

 

 

 

торе.

 

 

 

 

 

 

 

ВМТ

 

 

 

В связи с отмеченными об­

 

 

 

 

стоятельствами

диаграммы на­

 

 

 

 

сосных ходов различных четы­

 

 

 

 

рехтактных двигателей могут

 

 

 

 

принципиально

отличаться.

 

 

 

 

 

Если

давление газа

за

 

НМТ -

~ -----

 

 

цилиндром равно или превыиа-

 

 

 

 

ет давление

воздуха перед

 

 

 

 

 

впускными клапанами, т .е .

 

 

 

 

 

Рг 2 РКц* лини* впуска

рас­

 

 

 

 

полагается ниже линии вы­

 

 

 

 

 

пуска.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В тех случаях, когда

 

 

 

 

 

давление

газа

за цилиндром

 

 

 

 

 

много меньше,

чем давление

 

 

 

 

 

наддувочного

воздуха

 

 

 

 

Рис. 7. К процессу на­

(рг «

р кц

),

линия

впуска

полнения четырехтактного

двигателя

 

 

может

проходить выше

линии

 

 

 

 

 

 

 

 

выпуска.

 

 

 

 

 

Впускной клапан начинает открываться до прихода порш­

ня

в ВМТ (точка г ' ) и закрывается за

НМТ (точка

и 1 ).

 

Раннее открытие

впускных

клапанов

необходимо

для то­

го,

чтобы к началу

движения

поршня вниз пропускное сече­

ние клапана было достаточным и гидравлические потери дав­ ления минимальными. Кроме того, при Рг < р кц в период

27

Рмс. 8. Хлаграмыы насосных ходсв четырехтактного дг.зе,г.л

а - для случаев рг > р ^ , рг >р; ; 5 - и л рг <~р*ч .

28

Выпускной клапан

одновременного открытия выпускных и впускных клапанов в районе ВИТ ( г , г г*) осуществляется дополнительная очист­ ка камеры сжатия от остаточных газов продувочным воздухом ( г " - момент закрытия выпускного клапана).

Закрытие впускных клапанов после НМТ позволяет к при­ ходу пормня в нижнее крайнее положение иметь достаточное проходное сечение. Благодаря продолжающемуся поступлению воздуха через клапан давление в цилиндре к концу хода на­ полнения приближается к давлению перед цилиндрами. Более того, несмотря на начинающееся движение поршня вверх, че­ рез щель клапана продолжается инерционная дозарядка цилинд­

ра. Все это позволяет увеличить

весовой

заряд

воздуха.

В табл. 2 приведены значения фаз открытия

и закрытия

впускных клапанов и отномений

для

некоторых корабель­

ных дизелей.

 

 

Т а б л и ц а 2

Фазы открытия

и закрытия впускных клапанов

некоторых

четырехтактных двигателей

 

 

Отноше­

 

 

ние

Марка

Обозна­

Рг/Рнц

дизе­

чение

на пол­

ля

по

ной

 

ГОСТ

мощно­

 

 

сти

30

бЧ Н й

Впускной кла­ пан

откры­

закрытие

открытие

закрытие

тие до

за НМТ

ДО НМТ

за

ВМТ

ВМТ в

в град,

в град,

в

град,

град,

угла по­

угла по­

угла

угла

ворота

ворота

поворота

поворо­ вала

вала

вала

та ва­

 

 

 

 

ла

 

 

 

 

Г -2 0 °

~30°

~42°

-1 5 °

ЗДб

6 4 и

1,05

20°

48°

*8°

20°

 

М50

12ЧнЩ 0,75

50°

56°

56°

50°

29

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ