книги из ГПНТБ / Теория поршневых двигателей внутреннего сгорания Метод. пособие
.pdfВыбор значения п2 производят по опытным данным, соответстственно типа двигателя (см. таблицу 10).
Определение среднего показателя можно производить также по методу Е. К- Мазинга [63], предложенному им одинаково как для процесса сжатия, так и для процесса расширения (рис. 616); при меняем тот же ход рассуждений, т. е. исходим из равенства
Uz- U b= ALzb, |
(а) |
далее пишем
uz = m ;c:zt z,
Uь = Мь сч Тъ,
А^ь = A ] ~ i (P zV z -P bVb) = 4Й- |
(848Мгтг - 848 MbTb) = |
=№ гТг - MbTb).
Подставляя |
полученные значения |
в |
равенство (а) и принимая |
|||
Mz ^ |
cVa |
aVz + bzTz, Сщ= (Хщ-(- bbTb, avz ^ ,a vp, bz ^zb b, |
||||
получим после преобразований |
|
|
|
|||
|
|
aVz + bz (Tz + Tb) = ^ |
- v |
(б> |
||
Замечая, из термодинамических соотношений, что |
|
|||||
|
|
|
= __ 1_ |
|
|
|
|
|
|
Ть |
|
|
|
где 5 = — 5------ степень последующего |
расширения и сделав |
соот |
||||
|
|
ветствующие преобразования формулы (б), |
полу |
|||
|
|
чим окончательно |
|
|
|
|
|
|
-------------— |
----- j—:> |
(145) |
||
|
|
avz + b 2Tz ( l + |
-^Z T i) |
|
||
откуда к2находится методом последовательных приближений |
(для |
|||||
двигателей, у |
которых р = |
1, необходимо в формуле (145) |
заме |
|||
нить параметр б параметром ед ). |
|
|
|
|||
После этого принимаем показатель политропы расширения п2, |
||||||
близким к вычисленному по формуле |
(145) значению Дг- |
|
||||
Более точное |
значение |
показателя |
К. |
политропы расширения п2 |
||
получится, как |
указывает |
проф. Е. |
Мазинг [63], если учесть |
|||
догорание на всем протяжении расширения; в этом случае он дает
два уравнения |
[10: |
63;], которые надо решать совместно: |
|
|
|
|
1 Л 1 6 ( - Ь - Г , - |
Г » ) |
|
п2 = \ + |
■ - . |
^ ------------- ------------------ • |
(146) |
|
|
T T T T W + Т Г '1а- + w |
~ + Ь‘Т‘)Т' |
|
|
120
|
т = Т |
1 |
|
(147) |
|
__ :_ |
|
||
|
1 Ъ 1 г |
gn2—1 ‘ |
|
|
Формула (146), |
после подстановки |
известных величин, приводится |
||
к виду |
|
А — 1,986 ть |
(148) |
|
|
|
|||
|
Пч — 1 + в — Кб + |
|
||
|
|
Ть |
||
Определение л2 |
по формуле (148) производится методом последо |
|||
вательных приближений; сперва задаются значением Т ъ(1000—1400° К) и подставляя его в формулу (148) определяют из нее л2, которое затем подставляют в формулу (147) и найдя из последней значение Ть, сравнивают его с ранее принятым, если они не совпали, то опе
рация повторяется, но уже с этим |
полученным |
значением |
Ть пока |
|
не получится указанного совпадения. |
можно |
применять |
||
Для карбюраторных двигателей |
типа ЗИС-5 |
|||
эмпирическую формулу В. |
А. Петрова |
|
|
|
ла |
= 1 , 2 2 |
+ ^ р |
|
(149) |
где п — число оборотов коленчатого вала двигателя в^минуту.
2) Давление и температура в конце расширения
Для политропы расширения можно написать
Р V |
п* = РР/иП2 |
Г z y z |
г b r Ь ’ |
откуда |
получим: |
|
|
для |
смешанного цикла |
|
|
|
I Vz \" 2 |
Рг |
|
|
^ |
г 2 |
|
|
р » = р * Уу |
г ) |
= |
для изохорного цикла (Vc — Vz)
Pz
Рь =
ата; |
(150) |
ата. (151)
Их характеристических уравнений
PbVb 848 МЪТЬ-,
Р;Уz — 848 MZTZ,
принимая получим:
для смешанного цикла |
|
|
|
|
8”2' |
1 °К ; |
(152) |
|
|
||
для изохорного цикла (Vz = |
Vc) |
|
|
Th = |
En2-1 °К. |
(153) |
|
В современных двигателях |
рь = |
2,8 — 7,0 ата; Ть = 950—1700°К- |
|
121
5)Абсолютная работа расширения и среднее давление
впроцессе расширения
Абсолютная работа, совершаемая газами в течение процесса рас ширения, равна (рис. 62)
Рис. 62. Кривая процесса расширения рг = f (V) — к выводу значений параметров процесса.
РьУь ~1
P * V . J*
откуда путем преобразований получим для смешанного цикла
|
|
|
■'гЪ' |
п 2- \ |
( 1 — ъп«—«) |
кгм\ |
||
для изохорного |
цикла |
(Vz — V,.). |
|
|
|
|||
|
|
г |
_ |
PcW, f |
, |
|
кгм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
«ЗГ* |
|
|
Среднее давление за процесс расширения: |
|
|||||||
Р |
lp |
= - |
РгЬ |
_ |
Ь2ъ |
|
кг/см2. |
|
|
|
vc |
Ve(вд — 1) |
|
|
|||
Подставляя значения |
Ь!Ь из формул (154, 155), |
получим |
||||||
для смешанного цикла |
|
|
|
|
|
|||
Pip = |
|
^ - п г п j O - |
|
|
|
|||
|
|
(Я,— 1)(«д — 1) |
|
|
|
|
||
(154)
(155)
(156)
122
для изохорного цикла (Vz = Vс)
Pia = |
,---------1 — |
- г Л т ) |
к г /с л 12 |
(1 5 7 ) |
7 |
^ |
(«2-- О (S |
-- 1) V |
еп2—1/ |
V |
мд
5.ПРОЦЕСС ОЧИСТКИ РАБОЧЕГО ЦИЛИНДРА ОТ ОТРАБОТАННЫХ
ГАЗОВ (ВЫХЛОП)
Очистка рабочего цилиндра от отработанных газов происходит в 4-тактных двигателях вследствие истечения отработанных газов из цилиндра в атмосферу, а затем — выталкиванием их поршнем при его движении от ВМТ к НМТ — на всем протяжении хода (рис. 38, линия в' е' d' г" г'), при этом с целью лучшей очистки и затраты меньшей работы на очистку, выпуск начинается с опере жением НТМ (точка Ь') и заканчивается с запаздыванием отно сительно ВМТ (точка г '); соответственно этому открываются и закрываются выхлопные органы (клапаны). Описанный процесс вы
хлопа протекает очень сложно с колебаниями давления |
(рис. 38) |
и точный расчет его почти невозможен. Путем сложных |
расчетов |
и длительных экспериментов подбираются оптимальные |
размеры |
выхлопного тракта и фазы газораспределения*. Для небольших двигателей удается подобрать выхлопной тракт таким образом,
что на |
номинальном режиме |
может |
быть |
обеспечен небольшой |
||||||
наддув |
в |
конце |
процесса наполнения |
(инерционный |
наддув — |
|||||
рис. 43). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
За первый период выхлопа |
(свободный выхлоп |
— в'е') удаля |
||||||||
ется около 60% |
газов |
с критической |
скоростью |
w = |
18,8УТ/, |
|||||
примерно |
w = 600—900 |
м/сек |
при |
Т г = 850—1150°К и |
поэтому |
|||||
выхлоп |
сопровождается |
резкими |
звуками |
(необходимо гаше |
||||||
ние — глушители). |
|
|
|
|
|
(eV) |
давление по |
|||
За |
второй период выхлопа-выталкивание |
|||||||||
нижается, становясь чуть больше противодавления и соответст венно средняя скорость колеблется в пределах w = 60—100 м/сек.
В расчетном цикле процесс выхлопа схематизируется (см. рис. 1) и принимаются осередненные значения давления и темпе ратуры выхлопа, либо применяются приближенные формулы, на пример, формулы В. А. Петрова — (40; 51).
В зависимости от типа двигателя осередненные температуры вы хлопа Тг и давление рг колеблются в.пределах Тг =700—1200°К; рг — 1,03— 1,25 ата ( в зависимости от противодавления на выхлопе;
при коротком трубопроводе |
и |
небольшом |
глушении |
шума рг = |
|
= |
1,03—1,05 ата — см. таблицу 8). |
|
|
||
|
В 4-тактных двигателях с наддувом процесс выхлопа протекает |
||||
аналогично вышеизложенному; |
некоторые |
подробности в части |
|||
|
* Приближенный расчет см. |
[10J, |
стр. 127—133; более |
подробный см. |
|
[29; |
30]. |
|
|
|
|
123
определения давления и температуры выхлопных газов будут из ложены в главе VIII.
Процесс очистки рабочего цилиндра от отработанных газов в 2-тактных двигателях протекает одновременно с процессом за рядки, вблизи НМТ и принципиально уже разбирался (рис. 2, 3), более подробно этот вопрос будет изложен в главе VI.
Глава IV
ОБЩИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Общими параметрами, характеризующими рабочий цикл двигате ля, являются индикаторные показатели: индикаторная диаграмма; индикаторная работа цикла L-, среднее индикаторное давление рь индикаторный к. п. д. \ \ индикаторный расход топлива gb инди каторная мощность N v
Общими параметрами* характеризующими работу двигателя в
целом, с учетом не только внутренних |
(индикаторных) |
потерь, |
но |
||||
и механических потерь, являются эффективные показатели: |
эффек |
||||||
тивная мощность двигателя Ne\ |
среднее |
эффективное |
давление ре\ |
||||
эффективный к. п. д. т)е; эффективный расход топлива |
ge\ |
механи |
|||||
ческий К. П. Д. У]мд. |
|
|
|
|
|
|
|
Приведем трактовку вышеперечисленных терминов и некоторых |
|||||||
других необходимых для пояснения их [60]. |
|
|
|
|
|
||
Индикаторная диаграмма — изображение |
рабочего |
цикла |
|||||
двигателя или отдельной части |
цикла, |
полученное |
при |
помощи |
|||
особого прибора — индикатора. |
|
|
|
|
|
|
|
Индикаторная работа цикла Lt —работа за один цикл, опреде |
|||||||
ляемая по индикаторной диаграмме. |
|
|
условного |
по |
|||
Среднее индикаторное давление p t — значение |
|||||||
стоянного давления в цилиндре двигателя, при |
котором |
работа, |
|||||
произведенная рабочим телом за один ход поршня, равнялась бы индикаторной работе цикла. Иначе — величина, равная индика торной работе цикла Lb приходящаяся на единицу рабочего объ ема цилиндра —
Индикаторный коэффициент полезного действия ги— отношение индикаторной работы., выраженной в, единицах теплоты ALt, к рас-
125
четной теплоте сгорания топлива Q, затраченной на получение этой
* |
|
АЦ |
|
|
|
|
|
работы — г]г = |
|
|
|
|
|
|
|
г), |
Индикаторный расход топлива — количество топлива |
(в кг или |
|||||
расходуемого |
в двигателе |
за 1 час на |
1 индикаторную лошади |
||||
ную силу — gt кг!и. л. с. ч. |
(или г/и. л. с. ч.). |
двигателя, |
|||||
|
Индикаторная |
мощность |
двигателя |
Nt— мощность |
|||
соответствующая |
индикаторной работе цикла (и. л. с.). |
двигателя, |
|||||
|
Эффективная |
мощность |
двигателя |
Ne — мощность |
|||
отдаваемая рабочей машине или силовой передаче (э. л. с.). |
мощ |
||||||
|
Номинальная |
мощность двигателя Nemu — эффективная |
|||||
ность двигателя, |
гарантируемая заводом-изготовителем для опреде |
||||||
ленных условий |
работы двигателя; W6hom является расчетной |
мощ |
|||||
ностью и должна допускать некоторую кратковременную перегрузку.
Эффективная работа двигателя 1е — работа двигателя за цикл,
соответствующая эффективной мощности.
Максимальная мощность двигателя Лг6шах — наибольшая ' мощ
ность, которую двигатель |
может |
развивать |
ограниченное |
время |
|||
(1—2 часа); эта мощность — перегрузочная, |
Ne |
= 1>^еГОм- |
|
||||
Эксплуатационная. мощность N£ |
|
— мощность, |
которую |
двига |
|||
тель может развивать без какого-либо |
ограничения |
времени, |
в пре |
||||
делах установленного моторесурса; обычно |
|
|
|
|
|||
Ne |
т (0,85—0,90) Ne . |
|
|
|
|||
'-ЭКС |
' 9 |
’ |
7 |
fcHOM |
|
|
|
• Экономическая мощность Иезк— мощность, |
при |
которой |
дости |
||||
гается наименьший удельный расход |
топлива g e . ; |
обычно |
|
||||
Л'еэк^ (0-80-0,85) А'ено1. |
|
|
|
||||
Минимальная мощность We — мощность, |
развиваемая |
двига |
|||||
телем при минимальном числе оборотов, при котором двигатель еще
устойчиво работает; примерно |
|
|
|
^ * ( 0 . 1 0 |
0,15)А^еном |
при птjn ~ |
-д-ином. |
Мощность холостого хода Nexoj]— мощность |
двигателя без на |
||
грузки, расходуемая на |
преодоление |
внутренних сопротивлений — |
|
^ еХол ~ Т1МД^енсмСоответственно вышеизложенному, трактуются термины: для
крутящего момента двигателя |
и числа оборотов коленчатого вала |
||
(МР ; МР |
; |
лР . ). |
|
' ешах’ |
еном’ |
етах’ “ном1 |
“min' |
Среднее эффективное |
давление Ре — значение условного по |
||
стоянного давления в цилиндрах двигателя, при котором работа, произведенная в них за один такт, равнялась бы эффективной работеИначе — величина, равная эффективной работе двигателя, приходящаяся на единицу рабочего объема цилиндров
126
Эффективный коэффициент полезного действия rie отношение эффективной работы, выраженной в единицах теплоты АЬе к рас четной теплоте сгорания топлива Q, затраченной на получение этой
работы — т)е = |
. |
|
|
|
|
|
Механический коэффициент полезного |
действия |
Т1мд — отноше |
||||
ние эффективной мощности |
(эффективной |
работы, |
среднего эф |
|||
фективного давления) к индикаторной мощности |
(индикаторной- |
|||||
работе, среднему индикаторному давлению); |
|
|||||
|
|
|
N~ |
L e Р е |
|
|
|
^ |
= |
n7 = T 7 = 1 у |
|
|
|
Эффективный расход |
топлива — количество топлива (в кг или |
|||||
г), расходуемого в двигателе за |
1 час на |
1 эффективную лошади |
||||
ную силу g кг/э, л. с. ч. |
(или г/э. л. с. ч.). |
|
|
|||
2.ИНДИКАТОРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
а) Среднее индикаторное давление
Аналитически сперва вычисляется^ теоретическое |
среднее инди |
|||||
каторное давление Р /, |
представляющее |
ссбсю |
отношение |
работы |
||
расчетного цикла только за ход сжатия |
Lac и |
расширения |
Арасш к |
|||
рабочему объему цилиндра |
Найдем значение |
Р / для двигателя |
||||
смешанного сгорания, |
в котором 1Расш = |
Ьуг-{-РгЬ (см |
рис. |
63). |
||
р f _ L i |
L y s -|- L zb |
L a |
|
|
|
|
|
V* |
|
|
|
|
|
__ пл. (1 — у — z — 2) -f- пл. (zb —3 — 2) — пл. (ос— 1 — 3) |
(a) |
|||||
~ |
|
1 - 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Выразим Ln , Lzb, Lac —через параметры:
Ls,z = |
Р2 (Vz- |
Vc) = 1РС(oVc- |
Vc) = IPCVC(p- |
1); |
||||||||
|
^ i ( P zv z - p |
bv by, |
pzv z = ).pc9v - |
= |
^ |
IPr |
||||||
|
= |
|||||||||||
LZb— п г — 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Sfl v c \ |
ед = |
p8; |
|
|
|
|
|
|
J__f ) n |
i/ __ I P c |
|
T / l __.l IPMc' V |
( |
|
|
. |
||||
n2_ 1^лРсрУс |
5паеД ^ J |
— n 2 — l^P _ |
B"!-l ) ' |
|||||||||
__yp£v£p/- _ |
1 |
V |
i |
___ !_(p у |
__ p |
v ) = |
||||||
n2— l ^ 1 |
o"»-1) ' |
ш |
ni— l ( |
c |
c |
° |
a> |
|||||
PrV,' ( 1 |
Pa |
Va \ |
|
PMc |
f | |
1 . |
\ |
|
PcVc / |
1 |
||
n l ■ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ш
Рис. 63. Диаграмма расчетного цикла 4-тактного двигателя сме шанного сгорания р, = / (V )— к выводу значения теоретического индикаторного давления р,-'
(пунктиром даны линии для получения скругленной диаграммы).
Подставляя полученные выражения в равенство (а), вынося за скобки PCVC и заменяя Vs = Vc (гд — 1), а затем сокращая на Vc, получим|выражение Р[ для двигателей смешанного сгорания
Pi |
= г ч [ > - 4 + ^ ( 1 |
|
|
|
кг |
|
» -F T (‘ |
1? |
или, переходя |
к р / кг/см2, напишем |
|
1
П1— 1 ( ’
(158)
Графически р / выражается высотой прямоугольника ABCDp пло щадь которого равна L /, а основание равно Vс (рис. 63).
128
Для двигателей изохорного сгорания (V = const), значение р[ получим из формулы (158), положив р = 1 , и замечая, что в этом случае 8 = вд :
Рс |
_- |
( 1 |
____ 1 |
\ --------— |
( 1 |
------ }—V |
(159) |
||
P i |
«•’ — |
I V |
е " 2 - 1 ) |
« 1 — 1 |
' |
г « 1 - 1 |
) |
J |
|
£д - > |
|
|
Д |
/ |
|
|
Д |
• |
|
Для двигателей изобарного сгорания (р = const) значение р ' по
лучим из формулы (158), |
положив л = 1 : |
|
|
||
Pi |
( ? - ! ) + |
|
|
|
|
|
1 |
, 1 — |
1 |
КГ |
(160) |
|
«! — |
п1— 1 |
см2 |
||
|
1 V |
еД |
|
|
|
Полученные формулы (158—160) справедливы как для 4-тактных, |
|||||
так и для 2 -тактных |
двигателей, |
только |
для |
последних рабочий |
|
Рис. 64. |
Диаграмма расчетного |
цикла 2-тактного |
двигателя сме |
шанного |
сгорания рг = f(V) к |
выводу значения |
теоретического |
среднего |
индикаторного давления— pi'; pi" (пунктиром даны линии |
||
|
для получения скругленной диаграммы). |
||
9 ф. П. Волошенко |
|
129 |
|