книги из ГПНТБ / Теория поршневых двигателей внутреннего сгорания Метод. пособие

Разделим первое уравнение на второе

Заменим Vа = гд Vс и введем понятие текущей степени сжатия s, понимая.его как отношение текущего объема газов в цилиндре V , к объему камеры сжатия Ус, тогда уравнение (а) запишется такт

Л ___L. = ч Л

Ра Ед ^ г ,

Формула (128) и устанавливает связь между параметрами цикла X, р, рг; ее можно было получить аналогично формуле (125) из характеристических уравнений для состояний рабочего тела «с» и «г».

2) Тепловой эффект реакции сгорания. Коэффициент использования теплоты при сгорании — \

а затем изобарно (г/г), заканчиваясь в точке г. В рабочем цикле двигателя, вследствие ряда потерь, процесс сгорания растягива­ ется (рис. 59) и при этом потенциальная энергия топлива не вся

111

активно проявляется — часть ее теряется от диссоциации и непол­ ноты сгорания; выделение теплоты при сгорании протекает по кри­ вой 0Г2'3' (рис. 59), заканчиваясь, в зависимости от условий, гдето в процессе расширения — в точке г' (или даже в конце расши­ рения — в точке Ь).

Рис. 59. Диаграмма изменения коэффициента выделения тепло­ ты %= /(V ) и коэффициента использования теплоты £ = /(V ) в функции от изменения объема рабочего цилиндра для двига­ теля смешанного сгорания [10]. рГ = f(V.)— диаграмма рас­

четного цикла; о'Г2"з' — кривая выделения теплоты у = /(V ), если догорание заканчивается в точке 2 '; 0'Г2"3"4" — кривая

выделения теплоты у = /(V), если конец выделения совпадает

2 — адибатное состояние; 2 ' — конец сгорания.

Мерой совершенства выделения теплоты при сгорании в любом рабочем цикле является коэффициент выделения теплоты %, ко­ торый представляет собой отношение количества теплоты действи­ тельно выделившейся к данному моменту сгорания — ко всей под­ веденной теплоте; для 1 кг топлива выражение х запишется так:

112

сгорания и от диссоциации, ккал.

Чтобы выявить возможности полезного использования теплоты, выделяющейся при сгорании, необходимо еще учесть потери теп­ лоты в охлаждающую воду Qw— в процессе сгорания и расширения

Обычно при расчетах или анализе рабочего цикла поршневых, двигателей-внутреннего сгорания используют диаграмму расчетного

ных данных, подтвержденных анализом; известны также опытные данные £ для точек с и е (см. табл. 13).

3) Уравнение сгорания

Напишем выражение для теплового баланса двигателя смешан­ ного сгорания за период видимого сгорания cyz (рис. 58), при израсходовании 1 кг топлива:

Qz + Фвозд + Qr = г + ALyz, (132)

где: Qz— количество использованной теплоты от сгоревшего топлива;

щие параметры:

Qz =

^возд. == cv LTс;

Qr ~ сщМгТс = cVbyrLTc;

AUZ = UZ — UC= Mzcv,Tz\

ALUZ= A (PZVZ - PZV C) = A (PZV3 - \PeVc) =

(848М,Тг — 848Ш СГС) = 1,986 /ИДУ — 1,986Ш еТе.

Здесь, кроме известных величин (см. раньше), обозначено:

1 ккалш

427 кг м9

QH—теплотворность топлива, отнесенная к нулю градусов абсолют­ ной шкалы температур; формула для ее вычисления дана ниже.

Преобразования выражения ALyz даны на основании характери­ стических уравнений.

Подставим полученные значения отдельных членов в формулу (132), разделим их на L и после сокращения сгруппируем по

Тс и Т -

114

стороны равенства, получим, окончательно, уравнение сгорания для смешанного цикла

Для определения теплотворности топлива QH проф. В. А. Ваншейдт [10] дает формулу, которую можно представить в таком виде

Qн = Qn + А (1 + 7 Г) [Р2{a„z -\-bzT 0) — (aVll+bcT0)]T0- кг. топа. , (135)

где коэффициенты: ащ, Ь2, а0с, Ьс берутся из формул (123, 122);

Т 0— температура окружающей атмосферы, °К.

рс, находят X,

8* Ш

Уравнение (134) решается относительно Тг, для чего предвари­ тельно вычисляются все входящие в него величины и после под- ■ становки приводят его к виду:

из которого определяют положительное значение Тг.

Уравнение сгорания для двигателей с изобарным сгоранием полу­ чится из уравнения (134) подстановкой значения X= 1, тогда члены (с„ + 1,986 X) и (c„s + l,986X) представят собою теплоемкости ср, сРЬ и уравнение сгорания примет вид

Уравнение сгорания для двигателей с изохорным сгоранием (лег­ кого топлива и газовых), получится из выражения (132), в котором надо положить АЬуг = 0 и тогда в формуле (133) пропадут третий член левой части и второй член правой части и уравнение сгорания примет вид (после преобразований):

если учесть запаздывание конца видимого сгорания и следовательно наличие некоторого предварения расширения Vz; в этом случае отно­ шение

называют степенью замедления сгорания (р' = 1,1 — 1,20 — для кар­ бюраторных и р '= 1,2— 1,5 — для газовых двигателей) [6].

Вывод уравнения сгорания при учете замедления сгорания р' аналогичен выводу уравнения для смешанного цикла, только процесс

116

Дальнейшие выводы аналогичны выводам формулы (134) и в окон-

чательном виде уравнение сгорания для карбюраторных и газовых двигателей примет вид

уравнения сгорания, принимая процесс сгорания смешанным; урав­ нения получаются такими же, как и уравнение (134), только следует иметь в виду особенности рабочего тела и. соответственно определять теплоемкости, теплотворность, L, (Ь; приводим эти уравнения **:

117

4.ПРОЦЕСС РАСШИРЕНИЯ

а) Протекание процесса расширения

Процесс расширения рабочего тела в поршневых двигателях внутреннего сгорания начинается с момента достижения макси­ мального давления и протекает при движении поршня к НМТ; это рабочий процесс, в результате которого внутренняя энергия продук­ тов сгорания преобразуется в механическую работу. •

В идеальных двигателях процесс расширения протекает адиабатно с показателем к2= 1,25 (тонкая линия ze — на рис. 61а). В двигателях действительный процесс расширения продуктов сгора-

118

б и я происходит политропно с непрерывно изменяющимся показа­ телем п2 (рис. 61а — толстая линия ze), вследствие теплопередачи в стенки цилиндра, догорания и восстановления некоторого коли­ чества продуктов диссоциации, при этом в начальной части (г—1)

Рис. 61. Диаграммы процесса расширения, а) Протекание процесса расширения, б) К выводу значения

показателя адиабаты расширения к?, — const.

показатель политропы п2 меньше показателя адиабаты к2, затем после мгновенного адиабатного состояния (точка 1) показатель политропы становится больше показателя адиабаты (п2> к2, линия 1 —Ь). Показатель политропы изменяется в течение процесса расши­ рения примерно от п2 — 1,1 до п2 = 1,5.

Исследованиями установлено, что протекание процесса расшире­ ния зависит также от числа оборотов двигателя, нагрузки, скоро­ сти сгорания и размеров рабочего цилиндра.

С возрастанием числа оборотов процесс расширения ускоряется, поэтому уменьшается теплоотдача в стенки и утечки газа через неплотности, увеличивается протяженность догорания — все это приводит к уменьшению п2.

С увеличением нагрузки увеличивается количество и темпера­ тура продуктов сгорания, что влечет большую теплоотдачу в стенки, но в то же время увеличивается и степень догорания, но так как первый фактор превалирует, то показатель п2 возрастает.

Суменьшением скорости сгорания топлива, увеличивается дого­ рание в процессе расширения, что влечет уменьшение п2.

Сизменением размеров рабочего цилиндра, при возрастании

относительной поверхности охлаждения, увеличится теплоотдача в стенки, следовательно показатель п2 возрастает; при уменьшении указанной поверхности произойдет обратное.

б) Параметры процесса расширения — я 2 р в, 7в, 5

1)Показатель политропы расширения — п2

Врасчетах рабочего цикла принимают процесс расширения про­

текающим политропно с постоянным показателем п2 = const, на всем протяжении процесса, но при равенстве работ расширения сравнительно с истинной политропой п2 = invar.

119