книги из ГПНТБ / Теория поршневых двигателей внутреннего сгорания Метод. пособие
.pdfk — следует вести решение путем выбора наиболее оптималь
ных значений D и S в смысле наиболее приемлемых для данного
типа двигателей значений см [ ~ ^ ) и |
необходимо также |
учесть технологические соображения и требования ГОСТов. Такое решение удобнее находить в табличной форме, варьируя, например, значениями ст и числом цилиндров — i.
Наиболее ходовые значения стбыли указаны раньше (см. стр. 23);
£
рекомендуемые значения k = — таковы [53]:
тихоходные 4-тактные двигатели................ |
k = |
1,3 — 2,0 |
»2 -тактные двигатели простого
действия ..................................... |
k — -гг-= 1 ,3 — 1,8 |
»двигатели с противоположно дви жущимися поршнями и одним коленчатым валом (для проду-
вочного поршня)......................... |
kn = |
»2 -тактные двигатели двойного
действия .................
быстроходные двигатели • • • •
=3 — 3,86
=1,4 — 2,25
=0,8 — 1,35
■с л |
- |
, |
S |
Sn |
Выбор значении |
k = |
|
vLcm = - ^ - рекомендуется также ориенти |
|
ровать по наиболее приемлемому прототипу двигателя. Более под робно этот вопрос освещается в литературе, посвященной проекти рованию поршневых двигателей внутреннего сгорания.
4. ДИАГРАММА РАССЧЕТНОГО ЦИКЛА
Зная параметры характерных точек (состояний) расчетного цикла, можно построить диаграмму его либо в функции от объ ема рабочего цилиндра р г =f(v), как в свернутом виде (рис. 39),
так и в развернутом виде — по тактам (по ходам поршня — рис. 65, |
|||||
6 6 ) ,- либо развернутую |
в функции от угла |
поворота коленчатого |
|||
валарг = ^/(о ) |
(рис. 67, |
6 8 ). |
Имея одну |
из |
разновидностей диа |
грамм, можно |
перестроить |
ее в другой |
вид. |
|
|
Методика построения различных диаграмм для ДВС разби рается в специальных руководствах [33, 34] и частично в учеб никах [6 ; 1 1 и др.].
Диаграммы расчетного цикла поршневых двигателей внутрен него сгорания, помимо наглядности дают возможность получить различные диаграммы для расчетов двигателей или проверки зна чения среднего индикаторного давления и др.
Для примера приведем описание методики построения диаграм- '
140
мы расчетного |
цикла pr —f(V) для 4-тактного двигателя смешан |
|||||
ного |
сгорания |
без |
наддува — рис. |
63- |
|
|
1) |
В системе координат p r ~ V — за ординаты принимаем дав |
|||||
ления рг , а за |
абсциссы — объемы (У) |
определенных состояний |
||||
расчетного цикла — определенных |
точек |
диаграммы. |
||||
2) |
Принимаем |
масштабы для |
давлений (ординат)— т 0 и для |
|||
абсцисс (объемов) |
та |
например: |
|
|
||
|
т0: 1 мм'—5-0,25 |
кг/см2 или т0: 1 |
мм—>-0,333 кг/см2\ |
|||
ma : 1 |
мм —>■0,000000015 м3 или та: 1 мм —►0,0000002 ж3. |
|||||
Обычно масштабы подбирают такими, чтобы диаграмма полу |
||||||
чилась удобной для чтения, что |
достигается в том случае, если |
|||||
она вписывается в квадрат; например, при вышеуказанных мас
штабах ординат и р г =60 ата это получиться, если |
принять V s — |
||||
2 0 0 мм. |
|
|
|
координат зна |
|
3. Затем откладывают по оси абсцисс от начала |
|||||
чение Vc = |
е VJ_ ^ , получают точку D — ВМТ, |
от этой |
точки откла |
||
дывается |
значение |
Vs, получаем точку С — НМТ. |
|
|
|
4. На вертикалях Dy и СЬ откладывают давления |
характерных |
||||
состояний |
цикла, имеющих объемы Vc или Vc + |
Vs, получим соответ |
|||
ствующие |
им точки: |
d — начало наполнения; |
г — конец выхлопа; |
||
с — конец сжатия; у — конец сгорания при V = const; b — конец рас
ширения; |
е — конец |
свободного |
выхлопа; |
а — конец |
наполнения |
||||
(начало сжатия). |
|
у |
откладываем |
от |
оси ординат |
(точки Е) |
|||
5. На |
уровне точки |
||||||||
значение |
у г _ р у с) получим точку г —конец сгорания при р = const |
||||||||
(начало расширения). |
|
точки |
соединяем |
прямыми —получим часть |
|||||
6 . Все |
полученные |
||||||||
очертания диаграммы. |
Остается |
только построить кривые (политропы) |
|||||||
ас и zb. |
|
и |
zb |
могут |
быть |
построены графически — по |
|||
7. Политропы ас |
|||||||||
способу Брауэра или Толле [34] или по точкам, согласно уравнению
pVn = const. |
кривых ас и zb — по |
точкам исходят из уравне |
|
При построении |
|||
ний: |
|
|
|
для кривой сжатия ас — |
|
|
|
из уравнения pVni, |
откуда |
|
|
|
Рс |
Р с . |
|
|
|
вп1 |
’ |
для кривой расширения zb — из уравнения pV2n2 = pVn2, откуда
р, ? " 2
141
В |
ф орм улах |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р = |
Рс |
|
Р = |
Prf"» |
|
|
|
(204) |
|
|
е « 1 |
’ |
Е»> |
|
|
|
|||
р и s — текущие |
значения, |
|
|
V |
дают численные |
значе- |
||||
причем е = — |
||||||||||
ния |
в = 1 ; в = р; |
s = |
2 ; s = |
3; |
. . |
* с |
тем самым, определяя |
|||
s = £д , |
||||||||||
текущие значения |
V кратными |
Vс. Находя |
на оси |
абсцисс |
точки, |
|||||
соответствующие принятым текущим |
значениям V |
и |
откладывая на |
|||||||
перпендикулярах к ним. значения р, |
получают точки кривых — поли |
|||||||||
троп, |
а затем и сами |
кривые. |
Описанное |
решение |
производится |
|||||
в табличной форме— см. табл. |
15. |
|
|
|
|
|
||||
Таблица 15
Определение параметров точек политропы сжатия ас и политропы расширения zb — для поршневых двигателей внутреннего сгорания
|
>• |
II |
1 |
> |
|
|
^ |
|
1 |
р*)
2
3
•
Зд
|
Политропа сжатия — ас |
|
Политропа расширения**-- zb |
|||||||
|
|
pVn1 = |
const |
|
|
|
pV«2 _ |
const |
|
|
lgs |
|
|
Рс |
|
|
|
|
p |
, PzP"* |
|
|
|
e"i |
р мм |
|
п2 Ig £ |
£n2 |
P |
|||
|
«1 Ig е |
|
|
|||||||
|
|
|
|
g^2 |
||||||
|
|
|
ата |
|
|
|
|
|
|
MM |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
1 |
Рс |
Рс |
|
— |
— |
|
— |
— |
|
|
|
|
: |
1 |
: . |
• |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
J |
|
n2p |
pn2 |
|
Pz |
Pz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Щ Ig 2 |
|
|
|
|
n2 lg 3 |
|
|
|
|
|
«1 Ig з |
|
|
|
|
n2 Ig 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
■ |
|
« ilg ^ |
|
Ра |
Ра |
|
«2lgeA |
Д |
|
Pb |
Pb |
Для |
2-тактных двигателей построение диаграммы рг = |
/ (У) такое |
||||||
же, как |
и для |
4-тактных, за |
исключением следующего — рис. |
64. |
||||
1 . Объем Vc определяется |
по формуле Vc = |
— |
( 1 |
— ав ). |
|
|||
____________ |
|
|
|
ед |
1 |
|
|
|
* Значение р может лежать либо между 1 и 2, |
либо между 2 и 3. |
|
||||||
** Для |
двигателей смешанного |
сгорания эта часть таблицы |
заполняется |
|||||
от значения |
е = р, |
а для двигателей изохорного сгорания — от |
значения s = |
1. |
||||
142
Рис. 65. Диаграмма расчетного цикла рг = f(V), 4-тгктного дви гателя смешанного сгорания без наддуЕа.
2. Точки а и b лежат на перпендикуляре, восстановленном в точке С', для которой объем равен Vа — Уb — Vs (1 — ав ) -f Vc.
3. Хвостовая часть диаграммы bdea вычерчивается, как показано на рис. 64 (линия be— прямая или кривая от руки).
На диаграммах рг — f (V) иногда наносят значение р / и pt, как показано на рис. 63—66; обозначения точек диаграммы не обязатель но, а построение — не сохраняется; диаграммы снабжаются таблицами основных параметров.
Примерный вид диаграмм расчетного цикла рг = /(У ) и рг = /(а°) представлен на рис. 65 — 6 8 .
Диаграммы двигателей с противоположно движущимися порш нями в одном рабочем цилиндре имеют некоторые особенности; методика их построения излагается в специальном руководстве и в некоторых учебниках [11, 33, 34].
Полученные диаграммы расчетного цикла скругляются с целью приближения их вида к индикаторным диаграммам (см. рис. 39).
143
р
Т
щ |
Т а б л и ц а П арам ет ров |
||||
|
|||||
Гм |
P o p |
ата |
ъ ? |
° к |
|
А » |
а г а |
Тс= |
° к |
||
|
|||||
|
P i * |
ат а |
|
ак |
|
|
? е = |
ат а |
те = |
"к |
|
|
Р г |
м . |
|
|
|
|
СМг |
|
|
||
|
Р е~ |
к г |
& |
|
|
|
с м 2 |
|
|||
|
П,~- |
|
|||
|
п г = |
а гое |
а 3= |
|
|
|
|
G -n - |
|
||
С у
V e c c u r o iS а б с ц и с с /7?л ’ /м ъ - 1►0,OC>oS(43
Рис. 66. Диаграмма расчетного цикла рг = /(V ), 2 — тактного двигателя смешанного сгорания без наддува.
Рис. |
67. Развернутая диаграмма р г = |
/ ( О расчетного цикла |
4 _ |
тактного двигателя смешанного |
сгорания без наддува. |
144
Рис. 68. Развернутая диаграмма р г — / ( а°) расчетного цикла 2-тактного двигателя смешанного сгорания без наддуеа.
5. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ. ТЕПЛОНАПРЯЖЕННОСТЬ РАБОЧЕГО ЦИЛИНДРА
а) Тепловой баланс поршневых двигателей внутреннего сгорания
Из всего количества располагаемой теплоты топлива, вводи мого в двигатель для сгорания, только часть ее переходит в полез ную (эффективную) работу, все остальное — расходуется на тепловые потери; для исследования двигателя в этом направлении составляют его тепловой баланс при работе на различных режимах.
Внешним* тепловым балансом двигателя называют общую рхему распределения располагаемой теплоты топлива за опреде ленный период (ккал/час; ккал/э. л. с. ч.) по отдельным основным расходам его (составляющим) в двигателе.
Тепловой баланс в двигателе определяется экспериментально, но может быть, сравнительно приближенно, составлен путем тео ретических подсчетов.
Различают: абсолютный тепловой баланс — в ккал/час (или в %), составляемый относительно всего двигателя, и удельный, от несенный к 1 л. с— ккал/э. л. с. ч. (или в %).
Абсолютный тепловой баланс в общем виде записывается |
так: |
|
Qt — Qi ~ i~ Qm + QrcJ) - f Qrx T~ Q oxji + Q oct - |
• |
(205) |
Удельный тепловой баланс запишется в виде: |
|
|
(7т = <?/ + 9м'+ <7гф + <7гх+ <7охл + <?ост |
|
(206) |
* Обычно, как это сделано у нас, слово «внешний» опускают, подразумевая все же его.
10 ф . П . Волошенко |
145 |
Эти же выражения теплового баланса (формулы 205, 206) могут быть выражены в %, если, относя составляющие к QT или </т , умно-
Q |
Q |
жить отношения на 1 0 0 , т. е. |
■1 0 0 = 1 0 0 %; - ^ - - 1 0 0 и т. д.; |
Чт |
WT |
будем писать в этом случае выражения (205, |
206), снабжая отдель |
||
ные символы составляющих буквой q с примом ('): |
|
||
Чт = 9; + ?м + |
</гф+ Я'гх + Я'охп + |
Я'ост %■ |
(207) |
В формулах (205—207) выражено через: |
топлива |
(располагае |
|
QT , Ят> Ят— теплота |
израсходованного |
||
мая) |
|
|
|
Q.v <?;> Я'I —теплота, эквивалентная индикаторной работе двига
|
теля; |
|
|
|
|
|
|
Qm. Чы> яй — теплота, |
эквивалентная работе трения в двига |
||||||
|
теле |
и израсходованная |
на |
привод вспомогатель |
|||
фгф> <7гф| |
ных |
механизмов его; |
|
|
|
||
9 гф — теплота, |
уносимая |
выхлопными газами; |
|
||||
Qrx, Я™> |
q'rx — теплота, |
соответствующая |
неполноте |
сгорания |
|||
|
(при расчете может |
быть |
определена |
в случае, |
|||
|
если |
а |
1 ); |
|
|
|
|
Сохл. Яо*л , |
Яохл — теплота, |
унесенная с охлаждающим телом (жид |
|||||
Qoct , Яост, |
костью, воздухом, маслом); |
|
|
||||
Яост— невязка |
баланса и сумма |
неучтенных потерь. |
|||||
Отдельные члены абсолютного теплового баланса (формула 205), определяются расчетным путем следующим образом— для двигателей жидкого топлива.
1. Располагаемая теплота
QT = |
geN eQ„ или Qr = giNtQH |
|
(208) |
|||||
где |
|
|
|
|
ккал |
|
|
|
§e> §i |
|
л .с .ч ’ |
|
|
|
|
||
|
л |
’ c ’ ’ |
кг топл |
|
||||
2. Теплота, |
эквивалентная индикаторной работе двигателя: |
|
||||||
|
|
Qi = |
или |
Q,. = TrjiQx |
|
(209) |
||
3. Теплота, затраченная на работу трения и на работу вспомо |
||||||||
гательных механизмов: |
|
|
|
ккал |
(210) |
|||
Qm— Q; — |
Q e~ %Qt — |
TjeQT— T];QT(1 |
т(мд) |
|||||
час |
||||||||
или |
|
|
|
ккал |
|
|
||
|
|
Qm— |
1 |
|
|
|||
|
|
г1мд)" ч а с |
- |
|
|
|||
4. Теплота, |
|
уносимая с |
выхлопными газами, |
определится |
как |
|||
140
разница между теплотой |
выхлопных газов |
Qr и |
теплотой |
свежего |
||||||||
заряда |
Qc. з.; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Qr^ — CpM^TegeNe |
Cpa.L0T hgtN |
geNc (с{М2Те |
cpaL0T к) |
. |
(211) |
|||||||
|
- „ |
, |
ср |
, |
^ |
ккал |
|
мольные |
теплоемкости |
при |
пос-« |
|
Здесь: ср |
|
mAbog — средние |
||||||||||
тоянном давлении: |
продуктов сгорания при |
Те и свежего заряда при |
||||||||||
T k (см. формулы |
115— 124). |
|
|
|
|
|
||||||
М2 “гтопл---- |
|
количество продуктов сгорания (см. формулы 87—89); |
||||||||||
aLe |
-----количество свежего заряда (см. формулу 82); |
|
|
|||||||||
|
Т °К — температура |
воздуха, входящего в цилиндр; |
|
|
||||||||
|
Тг°К — температура |
газов в начале выхлопного такта, которую |
||||||||||
|
|
|
приближенно можно принять равной средней темпера |
|||||||||
|
|
|
туре выхлопа Т ;К . |
|
|
|
|
|
||||
5. |
Потеря теплоты от неполноты сгорания* |
|
|
|
||||||||
для жидкого топлива [4; 53]: |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
Qra ^ 2 8 5 6 0 (1 - a) L0geNe- ^ - . |
|
|
(212) |
||||
Рис. 69. График теплового баланса карбюраторного двигателя, работающего по внешней характеристике [5J.
* Подсчет Qrx, по данным газового анализа, см. [1].
10* U7
6 . |
Теплота, уносимая охладителем (водой, |
воздухом, |
маслом) |
||||||
|
|
|
Qoxji — Ne£ lwcpy (tвых — tBX) ..цас . |
|
|
(213) |
|||
Здесь |
w |
|
* ч — удельное |
количество |
охладителя — берется по |
||||
|
|
|
справочникам, каталогам и т. п.; |
|
|
|
|||
|
у |
|
-----удельный вес охладителя; |
|
|
|
|
||
|
с |
ккал |
|
|
|
|
|
|
|
|
— |
ъ=г средняя теплоемкость охладителя; |
|
|
|
||||
|
г |
К В • |
1_» |
|
|
|
|
|
|
/вых. |
^вх °с — температура охладителя |
на |
выходе |
и |
на |
входе |
|||
|
|
|
(tBx = 15°С; |
iBbix = 40—80°С или берется |
по |
спра |
|||
|
|
|
вочнику). |
|
|
|
|
|
|
7. |
Остаточный член баланса Q oct = Q t — |
, |
|
|
(214) |
||||
График теплового |
баланса дизеля Д-35; |
|
44 J2 ; Ne = 35 л. с: п = |
1500 об/мин.,— при |
ра |
боте по внешней скоростной характеристике |
[4]; |
|
Рис. 71. Схема теплового баланса поршневого двигателя внутреннего сгорания [1].
Q — располагаемая теплота; Q,- — теплота, эквивалентная индикатор ной работе; Q — теплота, эквивалентная механическим потерям;
Qe — теплота, эквивалентная эффективной работе; Q0XJ] — теплота,
уносимая охладителем; (2гф — теплота, уносимая выхлопными газами; Qrx — теплота, соответствующая неполноте сгорания; QOCT — остаточ
ный член теплового баланса; Qt — теплота, затрачиваемая |
на подо |
||||||||
грев свежего заряда; Q2— теплота, отдаваемая газами |
стенкам |
ци |
|||||||
линдра; |
Q3 — теплота, |
расходуемая на подогрев свежего |
заряда |
ох |
|||||
ладителем; Q4 — теплота, |
расходуемая на подогрев свежего заряда |
||||||||
выхлопными |
газами; |
Q5 |
— теплота, |
затрачиваемая |
на |
нагревание |
|||
охладителя |
в выпускной |
патрубок; |
Qe — теплота, |
эквивалентная |
|||||
полной |
энергии газов, |
проходящих |
через выпускной |
патрубок; |
|||||
Q, — теплота трения поршней о стенки цилиндра, передаваемая охладителю; Q8 — теплота, эквивалентная кинетической энергии отработанных газов; Qs — теплота, теряемая лучеиспусканием.
149