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

сжатия, температура заряда становится все выше температуры ци­

станет ниже по сравнению с адиабатным (точка с ниже точки с'). По опытным данным [10] величина п.\ изменяется за цикл от

1,5 (у НМТ) до 1,1 (у ВМТ).

Исследованиями установлено нижеследующее:

1. Показатель П\ повышается с увеличением числа оборотов двигателя и процесс приближается к адиабатному, так как умень­ шается время теплообмена (и обратно).

2. Показатель п\ имеет более высокое значение у двигателей с большими основными размерами рабочего цилиндра (D, S), так как поверхность охлаждения, приходящаяся на единицу объема цилиндра, изменяется обратно пропорционально диаметру цилинд­

б) Основные параметры процесса сжатия

1)Показатель политропы сжатия п\

Вобычных расчетах рабочего цикла принимают процесс сжатия протекающим по некоторой политропе с постоянным показателем

2) Давление и температура в конце сжатия рс, Тс

Из уравнения политропы сжатия, напишем

PcV? = PaVna',

откуда давление конца сжатия

80

и так как Va = ед ,

* С

ТО

(65)

Температуру конца сжатия Т с получим из характеристических уравнений

Принимая Мс = Ма и пользуясь формулой (65), получим, после подстановки, преобразований и решения относительно Тс:

(66)

Значения рс и Тс в современных двигателях лежат в зависимо­ сти от типа двигателя (от ед ) в пределах:

рс = 7 — 100 атпа; Тс = 550 — 1300 °К.

3) Абсолютная работа и среднее давление сжатия

Кроме известной формулы для работы сжатия [см. 67; 69]

пользуясь формулами (52 — 54) и (65), можно еще написать, после преобразований:

(67)

Л ( ? < х ' Х х ^ а )

О4

НЛГС

Рис. 47. Схема к определению среднего давления за процесс сжатия Р[с -рн щ = const.

4) Степень сжатия в

Мы уже отмечали необходимость критической оценки значений действительной степени сжатия е (см. стр. 20, 21) и приводили со­ ответствующие формулы (2 — 3; 52 — 54).

82

наибольшего объема рабочего цилиндра IV’„ к наименьшему объему его El/min

где ^пот — доля «суммарного» потерянного объема (или хода поршня).

Для sHможно получить [33] еще нижеприведенную формулу:

Гг

Проф. Е. К. Мазинг предложил [63] метод для определения среднего показателя такого адиабатического процесса сжатия (кажу­ щейся адиабаты), который протекает с постоянными теплоемкостями и при этом на сжатие рабочего тела затрачивается такая же работа Lac, как и в адиабатном процессе, протекающем с переменными тепло­ емкостями, при одинаковых крайних состояниях в обоих случаях

(рис. 49).

Это условие запишется в виде равенства,

6* 83

в котором левая часть представляет разность внутренних энергий одного моля заряда в конце и начале процесса сжатия, а правая часть — работа сжатия (в тепловых единицах), одного моля в про­ цессе сжатия с постоянным средним показателем kx

Е. К. Мазинга.

Вразвернутом виде условие (а) будет иметь вид:

Преобразуем равенство (б), заменив в нем PCVC, PaVa равноценными им величинами из уравнений (в) и замечая, что

84

с учетом природы заряда (рабочего тела)—в конце заряда (точка а).

в правую часть формулы (73) с последующим вычислением зна­ чений кх, стоящего в левой части этой же формулы.

В случае несовпадения числа кх левой части с числом кх, под­ ставленным в правую часть формулы (73), необходимо тогда под­ ставлять в правую часть этой формулы значение кх уже не произ­ вольное, а то, которое получилось в левой части; так надо посту­ пать до тех пор, пока не получим совпадений значений в обеих частях формулы (73), после чего оценивается показатель политро­ пы пх численно близкий к вычисленному значению кх.

Для карбюраторных двигателей и дизелей автотракторного ти­ па, с числом оборотов коленчатого вала п = 1000 — 3200 об/мин можно применять для определения среднего показателя, политро­ пы сжатия п\, формулу проф. В. А. Петрова [4; 5]:

3.ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ

а) Общие сведения

Сгорание рабочей смеси и расширение получившихся газов являются основными процессами рабочего цикла двигателей внут­ реннего сгорания, так как в течение их происходит преобразование потенциальной энергии топлива в тепловую энергию и затем тепло­ вой — в механическую.

Процесс сгорания протекает очень сложно, зависит от многих факторов и до некоторой степени предопределяется способом вос­

85

параметров опытного порядка; изложение таких методов можно найти в специальной литературе [29; 30; 39; 40; 42].

Рассмотрим кратко протекание процесса сгорания.

б) Сгорание в двигателях с электрическим зажиганием

. При нормальной работе двигателей с принудительным зажи­ ганием (карбюраторных, газовых) процесс сгорания схематично протекает так, как это представлено на рис. 50—51.

Искра, создаваемая с определенным опережением (20—40°) относительно ВМТ (точка 1), проскакивая между электродами за­ пальной свечи, поджигает на своем пути и вокруг себя сжатую и

расширение рабочей смеси — не восптамененной.

87

тем самым в некоторой части активизированную, рабочую смесь появляются активные центры реакции, дающие начало развитию цепных реакций. В некоторый момент (точка 2), в результате про­ должающегося сжатия (1—2), а в основном, вследствие прироста тепловыделения от все возрастающей скорости образования актив­ ных центров (сгорит около 6—8% объема рабочей смеси от Vc ', тепловыделение станет таким, что дальнейшее развитие окисли-

Рис. 51. Распространение фронта пламени в камере сгорания карбюраторного двигателя (по опытам А. И. Воинова [9; 14]). а) при нормальном сгорании— без турбулентности смеси; б) при турбулентности сгорающей смеси. Цифры по­

тельных реакций начнет распространяться посредством быстро продвигающегося (со скоростью 20—40 м/сек), видимого фронта пламен”

Таким образом заканчивается первая фаза сгорания — период задержки воспламенения или индукционный период (1—2) и начи­ нается вторая фаза — период видимого сгорания (2—z).

За второй период (2 — г) сгорает почти все топливо в течение короткого промежутка времени в ограниченном объеме, поэтому в результате большого тепловыделения и большого количества об­ разующихся газов — продуктов сгорания, давление и температура резко возрастают (ог = 15—50 ата; Т,,=2000—2700°К). За конец видимого сгорания принимают момент достижения наивысшего давления — точку г (давление рг); это происходит через 12—24° после ВМТСледует подчеркнуть, что момент достижения наивыс­ шей температуры сгорания в рабочем цилиндре наступает несколь­ ко позднее и ') момента достижения наибольшего давления (около 8—10° после ВМТ); эту температуру все же отмечают индексом ?

8,8

должен быть возможно коротким — возможно меньше должно про­ реагировать топлива.

Третий период — догорание — завершение отдельных реакций, протекает в процессе расширения; он должен быть возможно мень­

шим.

Из числа основных факторов, влияющих на характер протека­ ния отдельных периодов, отметим нижеследующие.

Первый период зависит от:

1) состава рабочей смеси, характеризуемого коэффициентом избытка воздуха и структурой молекул топлива;

2) степени сжатия ея (рс Тс) — определяющей подготовлен­ ность рабочей смеси к воспламенению;

3) энергии источника зажигания.

Второй период зависит от:

1) частично от тех же факторов, что и первый период, и еще от

2)расположения запальной свечи и формы камеры сгорания;

3)момента зажигания;

4)и главное — от скорости и турбулентности рабочей смеси.

Третий период зависит от:

1)состава рабочей смеси;

2)момента зажигания;

3)степени турбулентности догорающей смеси.

Кратко отметим степень влияния перечисленных факторов на протекание процесса сгорания.

. 1. Свойства топлива — наилучшими во всех отношениях явля­ ется топливо, состоящее из углеводородов изопарафинового и

2. Состав рабочей смеси — наилучшей является смесь с коэффи­ циентом избытка воздуха а = 0,8—0,9; получается наибольшая скорость и минимальная, продолжительность, сгорания; наиболь­ шая мощность-

При а=1,05—1,1 получается наибольшая-экономичность дви­ гателя (полнота сгорания топлива).

Пределы воспламеняемости рабочей смеси определяют возмож­ ный диапазон режимов работы двигателя (для бензина а = 0,3— 1,3).

3.Турбулентность газов — способствует увеличению скорости распространения фронта пламени.

4.Степень сжатия ед . С повышением степени сжатия увеличи­

вается давление и температура в процессе сжатия, что ускоряет подготовку топлива к сгоранию и увеличивает скорость сгорания, при этом требуется меньшее опережение зажигания, несколько расширяются пределы состава горючей смеси, а склонность к дето­

89