книги из ГПНТБ / Теория поршневых двигателей внутреннего сгорания Метод. пособие
.pdf2) Расчет периода продувки (наполнения)
Процесс продувки-наполнения в 2-тактных двигателях начина ется, как отмечалось, несколько позднее выравнивания давлений —
в рабочем цилиндре и продувочном ресивере |
(точка d '— рис. 74). |
||
Принимая, что процесс продувки протекает |
адибатно |
(й=1,40) |
|
при наличии постоянного, по времени и объему, |
давления: |
в рабочем |
|
цилиндре рц = pd’, в продувочном ресивере pk и в |
выхлопном кол |
||
лекторе рг, получают, используя нижеследующее |
уравнение расхода |
||
воздуха |
|
|
|
dGn = [ап/ п *п у ^ d- кг, |
|
|
(250) |
следующую формулу для определения время — сечения всего периода продувки
----
л т = |
Г /п Л |
- |
Рк У R |
м*сек- |
(251) |
|
п |
J ‘ |
Рп |
|
v |
7 |
|
|
•ЦТ |
|
|
|
|
|
В формуле обозначено: |
|
|
|
|
||
pQ(ama), Т 0(°К), R = 29,27 |
— параметры |
окружающей |
ат |
|||
|
|
|
мосферы; |
|
|
|
pk (ama)Tk {°K) — параметры продувочного |
воздуха |
(смеси); |
|
|||
м3— рабочий |
объем цилиндра |
(V6. = - j - S); |
|
|||
(ап—коэффициент истечения для продувки (см. табл. 19); фп —функция, определяемая по формуле (237) при под становке значений рг = pk; р2 = pd’\ k = 1,40; k = 1,40:
< 2 5 2 >
фп можно определить также и по специальному графику —рис. 78;
ф0 — коэффициент избытка продувочного воздуха, представляющий собою отношение объема воздуха (рабочей смеси), отнесенного к условиям окружающей среды (р0, Т0) и подаваемого проду вочным агрегатом за цикл ( Е 0)ЦИкл к суммарному объему хода поршней iVs рабочих цилиндров за то же время [10].
Ъ = |
(253) |
Если отнести объем подаваемого нагнетателем |
воздуха (смеси) |
к условиям перед продувочными органами (pk, Tk), |
то коэффициент |
избытка продувочного воздуха при этих условиях будет равен
(7^)цИКЛ
(253')
да
где (Коцикл —объем воздуха |
(рабочей смеси), |
подаваемого нагнетате |
||||
Между ф0 |
лем за цикл, при рк и Tk. |
|
|
|||
и |
получается зависимость |
|
|
|||
|
|
|
|
РоТк |
|
(253") |
|
|
|
<Рй = То Р%То |
|
||
Значение |
ср0 |
1,4 — 2,0 |
(и выше); <рк = |
1,3— 1,0 |
(и ниже) [54]. |
|
Качество |
продувки (наддува) оценивается еще коэффициентовп про |
|||||
дувки |
представляющим собою отношение весового количества (или |
|||||
объема) продувочного воздуха (смеси), проходящего |
через рабочие |
|||||
цилиндры Gk к весовому количеству (или объему) воздуха (или смеси), остающегося в цилиндре Ga к моменту начала сжатия (после закры тия газораспределительных органов)
?а |
= О * = |
Ya . |
(253'") |
|
Ga |
Va' |
|||
|
|
181
Значение ®а = 1,4 — 2,0 [54]; (см. еще табл. 20).
Пользуясь соотношением [253"'], можно формулу (251) пред ставить в таком виде:
Tdi
АТП |
|
Г /п dx = |
-------- М2/Сёк |
7 е |
(250 |
|
J |
Фп / / гг * |
|||
|
ЧГ |
|
|
Таблица 20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Значения коэффициентов срь |
[27]. |
|
||
Тип двигателя |
|
fk |
|
||
2-тактный двигатель |
с |
отдельным |
продувочным |
|
|
насосом ............................................................................ |
|
|
|
1 ,2 0 - 1 ,5 |
1,2—1,9 |
2-тактный двигатель с кривошипно-камерной про |
|
|
|||
дувкой ................................................................................ |
|
|
|
0 ,4 —0,7 |
1 ,1 - 1 ,2 |
2-тактные тепловозные |
и суд ов ы е .............................. |
|
1,4 —1,8 |
1,25—1,9 |
|
4-тактные двигатели без наддува .............................. |
|
— |
1,0 |
||
4-тактные двигатели |
с н а д д у в о м .............................. |
|
|
1,05—1,2 |
|
3) Расчет периода принужденного выхлопа
Принимая те же допущения, что и для периода продувки, полу чаем для периода принужденного выхлопа:
уравнение расхода
|
|
|
= рв /пв^в V |
- -д— dx кг; |
|
(254) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
vu |
|
|
|
выражение для определения время — сечения |
|
|
||||||||
Ат |
xi i |
/и. в. dx = (VsYo'Po — G, |
,) |
V |
мЧёк. |
(255) |
||||
j |
||||||||||
|
П |
Td' |
|
|
|
|
4в |
Pd' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В формуле (255), кроме известных уже |
величин Vs м3; |
|
||||||||
Yo = |
—— |
; То! R — 29,27; [лв ; Pd’ кг1м2; обозначено: |
|
|||||||
|
V q |
М ° • |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• |
<256> |
где |
k = 1,30; |
функция |
|
может быть также |
определена по гра |
|||||
|
|
фику— рис. 78; |
|
вытекших из |
рабочего цилиндра |
за пе |
||||
Ос. в. |
кг — количество газов, |
|||||||||
|
|
риод свободного |
|
выхлопа, равное |
|
|
||||
|
|
|
G, |
PbVb |
Pd'Vd’ |
кг; |
|
(257) |
||
|
|
|
RTb |
|
RTd, |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
182
Т Ц°К — средняя температура смеси газов и продувочного тела в рабочем цилиндре за период продувки — выхлопа, опре деляемая по формуле
(258)
где
П—1
в) Располагаемое время-сечение органов газораспределения
Расчетом, изложенным выше, определяется теоретически Атне обходимое время-сечение соответствующих периодов процесса газообмена; оно должно фактически осуществляться в двигателе, в чем следует убедиться сопоставлением теоретического Ати рас полагаемого Ар (действительного) времени-сечения и проверкой соответствия скоростей истечения допустимым значениям.
Располагаемое время-сечение определяется по заданным или выбранным, размерам и фазам газораспределительных органов, либо аналитически, либо графически; второй способ сравнитель но более нагляден и поэтому получил большое применение.
Графический метод определения располагаемого времени-сече ния основан на использовании диаграмм изменения площадей открытия органов газораспределения в функции от угла поворота коленчатого вала — т. е. от времени.
1. Аналитическое определение располагаемого времени-сечения
Аналитическое определение располагаемого времени-сечения :2-тактных поршневых двигателей внутреннего сгорания сравнитель но не сложно, решается для органов газораспределения в виде окон постоянной ширины по всей длине их, считая последнюю — по ходу поршня.
В отечественной литературе [1; 13; 63] приводятся следующие формулы для определения располагаемого времени-сечения пря
моугольных |
газораспределительных органов. |
|
1) Располагаемое время-сечение периода свободного выпуска |
||
Ар в = 15 |
-----1) (ав — a<j') -f (sin aB— s:sin a^') — |
|
|
---i--(gs- (sinm 2aB— sin 2ad') j л 2 /сек. |
(259) |
2) Располагаемое время — сечение периода продувки |
|
|
|
- у - sin ad- |
• (260) |
183
3) Располагаемое время— сечение периода принужденного вы пуска
Рис, 79, Схема рабочего цилиндра и криьошипно-шатунного механизма 2-тактного поршневого двигателя внутреннего сгорания [1; 63J.
а) прямое расположение^ б), обратное расположение.
184
В этих формулах обозначено (рис. 79-а) |
|
|
|
|
|
|||||
D, S m — диаметр рабочего цилиндра |
и |
ход поршня; |
|
|
||||||
Ь'в, Ь’п— доля окружности рабочего |
цилиндра, |
занятая |
выхлоп |
|||||||
|
ными и продувочными окнами (рис. |
77). |
|
|
|
|||||
|
|
и.= Ъ-- h '- ^ л |
|
|
|
|
|
|||
X= |
где г — радиус кривошипа, |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
I — длина |
шатуна; |
коленчатого |
вала, |
об/мин; |
|
||||
|
п — число |
оборотов |
|
|||||||
s0 — |
К |
|
хода |
|
поршня, |
соответствующего1 |
||||
—------ удвоенная доля |
|
|||||||||
|
высоте выхлопных окон hB; |
|
|
|
|
|
||||
Si = |
--- -----удвоенная доля хода поршня, |
соответствующего- |
||||||||
|
высоте продувочных окон Ап ; |
нижней |
мертвой |
|||||||
ав , a<j/ — угол |
поворота |
кривошипа |
от |
|||||||
|
точки (НМТ) до момента: начала открытия вы |
|||||||||
|
хлопных окон |
(точка |
А); начала |
продувки |
(точ |
|||||
|
ка d'). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для цилиндров с опрокинутым кривошипно-шатунным |
механиз |
|||||||||
мом (рис. |
79-6) в формулах (259—261) знак перед слагаемым, содер |
|||||||||
жащим X, |
меняется на обратный, а угол ав. |
определяется, |
как: |
|||||||
показано на рис. 79 б. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Графический |
метод определения располагаемого |
|
||||||||
|
|
времени—сечения |
|
|
|
|
|
|||
а) Щелевое газораспределение с окнами |
постоянной |
ширины |
||||||||
1) Построение диаграммы время—сечение. Графический метод, определения располагаемого времени-сечения отдельных периодов
процесса |
газообмена состоит в нижеследующем — поясним его на |
примере |
2-тактного двигателя с поперечно-щелевой продувкой — |
рис. 80. |
|
Вычерчивается схема разреза втулки рабочего цилиндра и соответственно ей диаграмма пути поршня э = ф(а) — с помощью диаграммы Брикса, при этом масштаб втулки по высоте, масштаб ординат кривой пути и масштаб диаграммы Брикса должны быть одинаковыми.
Затем на диаграмме s='(>(a) откладывают от НМТ — точки е или проектируют с разреза втулки, высоту выхлопных hBи продувочных Лп окон, проводя потом на их уровне прямые ЬЬЪ da d”, парал
лельные оси абсцисс. От точек пересечения прямой dn d“ с кривой,
185
■ведут вверх, перпендикулярно оси абсцисс, прямые dn d, |
— до |
|||
пересечения с прямой ЬЬг в точках d и dB; |
таким же |
путем |
полу |
|
чают еще |
точку d'B по положению точки |
d’ — началу |
продувки (по |
|
углу |
или по Лр в , изображенному площадью bd'Bdnb)’ . |
|
||
Рис. 80. |
Схема |
построения диаграммы время-сечение для |
2-тактного |
поршне |
||||||||
|
|
|
вого двигателя с поперечно-щелевой продувкой. |
Диаграмма |
||||||||
■а) Схема втулки рабочего цилиндра, б) |
Диаграмма время-сечение, в) |
|||||||||||
ф . А. |
Брикса. |
bdn ab — предварение |
выпуска; bdB'dnb — свободный |
выхлоп; |
||||||||
|
d B'dn"edind1Bd 'B — принужденный |
выхлоп; |
d'dn " e d /d '—продувка; |
|||||||||
|
|
|
^indxB6idn — потеря |
заряда. |
|
|
|
|
||||
Таким образом получаются |
площади, выражающие в масштабе |
|||||||||||
построения «время — сечение» соответствующих периодов |
процесса |
|||||||||||
газообмена, а именно: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
.F’ в |
= bdn db —предварение |
выпуска; Fa = d'd"nednd ’ — продувка; |
||||||||||
jFc. в. = |
bd'Bd’J}-~ свободный выхлоп; Fn, в. = d'Bd"ed”dBd'B— принуж |
|||||||||||
денный |
выхлоп; Fn.a. = dPd^b da — потеря |
заряда.*) |
|
|
||||||||
При |
этом |
кривая пути |
поршня |
s = |
<Jj (а), |
в |
пределах окон |
|||||
'(кривая ЬеЬх) |
принимается за кривую открытия и закрытия |
окон — |
||||||||||
/ = ф (а), следовательно, ординаты |
|
кривой / = ф (а) |
будут изображать |
|||||||||
площади открытия окон — /, |
вся |
же |
диаграмма, |
представляемая |
||||||||
площадью bebfb, дает в координатах / —а° (площадь открытия окон — угол поворота коленчатого вала), «время — сечение» для процесса газо обмена через окна (счет по а° равносилен в двигателях счету по времени — т).
* При данном типе продувки.
486
Для определения располагаемого «времени — сечения» отдельных периодов газообмена, изображаемых диаграммой / = ф (а), необхо димо установить масштабы построений.
Отметим, что для получения диаграммы «время — сечение» дос таточно ограничиться построением кривой / = ф(а) в пределах рас положения окон (кривая bebx) и четвертью диаграммы Брикса (дуга 3—6); этими же построениями определяются также углы
поворота кривошипа, |
соответствующие началу и концу выхлопа |
(а®, а®), или продувки |
(а®, а"). |
2) Определение масштабов диаграммы «время —сечение» —
(рис. 80)
Масштаб абсцисс
Если длина диаграммы / мм соответствует всей фазе выхлопа а“,
то при числе оборотов коленчатого вала п об/мин, получим масштаб абсцисс, равный:
|
|
|
О |
9 |
|
т ■ |
1 мм |
ав |
ав |
сек, |
|
по оси абсцисс —>—----------- = |
т ,, - |
||||
|
|
360 Ж |
/в z |
Ш1в |
|
так как для |
2-тактных двигателей 2 = 1 , |
то получим |
|
||
(262)
Можно, например, непосредственно принять перед построением кривой / = <]>(*), что Г поворота коленчатого вала будет изобра жаться отрезком в 1 мм, тогда
|
1 |
сек |
(262') |
|
6п |
1 мм чертежа' |
|
|
|
||
Масштабы ординат |
|
|
|
Суммарная ширина окон |
по средней (по толщине) окружности |
||
рабочего цилиндра равна (см. |
стр. 172): |
|
|
для |
выхлопных окон— Вв = Ь'вкО метров; |
|
|
для |
продувочных окон — Вп = bn?,D метров. |
|
|
Расположение окон в продольном (аксиальном) сечении цилин дра и в плане характеризуются: аксиальными углами 8акс и углами в плане 8^л, а именно (рис. 77):
для |
выхлопных окон — 8® |
|
, |
8® ; |
|
|
зкс |
|
пл |
|
|
для |
продувочных ОКОН — |
8апкс,.8 ^ л- |
■ |
||
187
Пусть масштаб чертежа втулки |
рабочего |
цилиндра (рис. 80 а) |
|
или масштаб высоты окон |
будет |
одинаков |
с масштабом ординат |
кривой / = ф (а) и равен, |
например: |
|
|
1 мм чертежа—» h' метров натуры,
тогда получим масштаб ординат кривой / = ф (а) соответственно::
для выхлопных окон —
tn° : 1 мм чертежа ■ Бв h' sin 8авкс cos 3®л ж2,
(263)
для продувочных окон —
: 1 мм чертежа ■ В Л ’sin8anKCcos
Масштабы площадей
Масштабы площадей диаграммы «время — сечение» определяются: таким образом:
для выхлопных окон
тв = та . т 1 = ш |
h'BBsin 8® |
cos о |
|
м2сек |
|
|
м м 2 чертежа’ |
||||||
|
акс |
пл 1 |
||||
для продувочных окон |
|
|
|
(264)* |
||
|
|
|
|
|||
тп = та .т« = -ш - f l ' B„ s i n b n C O s 5 n n ^j-------- |
5------------ |
:— |
||||
|
а к с |
п л |
1 |
л ш г ч е р т е ж а |
||
Конструктивно определились рекомендации по выбору разме ров и расположения продувочных и выхлопных окон, примерно, в пределах, указанных в табл. 21; 22.
Таблица 21
Высота и ширина окон
Относительная высота верхних выхлопных окон . . .
Относител ьная высота нижних выхлопных окон . . .
Относительная высота верхних продувочных (наддувочных) окон
Относительная высота нижних продувочных окон . . .
Суммарная ширина выхлопных окон .
Суммарная ширина продувочных окон
а вв |
^вв |
= 0 ,1 6 —0,25- |
S |
|
|
|
|
|
авн = |
^вн = |
0 ,1 0 - 0 ,1 5 |
|
|
|
|
^пв . |
0 , 10— 1, 18- |
^пв |
™ . = |
|
|
|
|
а пн = |
Klн . |
=0,06 -0,10* |
|
S |
|
Вв = (0 ,2 0 —0,35) nD
Bn = (0 ,2 5 - 0 ,4 0 ) -kD
* Масштаб абсцисс как для |
выхлопных, так и для продувочных окон |
один и тот же; см. формулы (262, |
262'). |
188
Рис. 81. Схема диаграммы время—сечете для 2-тактного поршневого двигателя с односторонней щелевой продувкой bdB1—б b — предварение выпуска;
bd'B2—6 b — свободный выхлоп; d'dn "ed'nd ' — продувка. d'B2—8 dlBd'B— принужденный выхлоп; d ' B—8—7 Ь^ ' в — потеря заряда.
Рис. 82. Схема диаграммы время-сечение для 2-тактного поршневого двигателя с поперечно-щелевой продувкой и двумя рядами продувочных окон, из которых верхние выше выхлопных.
b \d nub — предварение выпуска; b2dnHb — свободный вы хлоп; 2dnliebx2 — принужденный выхлоп;
dn ' 3—7 bx 4d'n ' — продувка через верхние окна;
^пн^пн! ^пн — продувка через нижние окна;
&1адпВ1~Д°заРяДка-
189