Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Силовые агрегаты. Курс лекций для студентов 4 курса факультета механизации сельского хозяйства, обучающихся по направлению подготовки 190600.62 - Эксп
.pdf
41
1k
1
k
00v1
цикла с продолженным расширением газов перед газовой турбиной
1k1TCQ
- определенно для
1
0
0
00
k
0
;
00
1
0
C
v
1k
0
1V
)(
R
;
1k
1k
TT
1k1
)()(
1k1
)()(
t
;
1k
;
00c
t
;
VV
0h
RT
P
t
PP
0t
Pt – для цикла с подводом теплоты при постоянном давлении газов перед газовой турбиной больше, чем при смешанном подводе
тепла без газовой турбины.
Вывод по теоретическим циклам:
Любой цикл продолженный более выгодный любого другого цикла. Поэтому использование наддувов выгодно. Однако при работе
ДВС на частичных режимах работа с турбонаддувом бывает даже
вредной. Регулирование режимов возможно только с использованием
бортовых ЭВМ.
ЛЕКЦИЯ 3
ТЕМА 3: Действительные циклы ДВС
Цель лекции: Выявить факторы влияющие на протекание процес-
сов в реальных ДВС.
План лекции:
1. Процесс впуска и факторы влияющие на такие параметры как
коэффициент наполнения, температура и давление газов в конце такта впуска.
2. Процесс сжатия.
3. Процесс сгорания в дизельных и карбюраторных ДВС.
4. Процесс расширения и выпуска. Пути снижения токсичности
отработавших газов.
Литература: [1] с.40…61
42
3.1 Индикаторные диаграммы ДВС
Индикаторная диаграмма – это графическая зависимость индика-
торного давления от изменения объема цилиндра (хода поршня).
Расчёт процессов действительного рабочего цикла позволяет
определить значения основных параметров конструкции двигателя
для любых заданных условий его работы. При этом устанавливают
характер изменения давления и температуры в каждом процессе,
определяют основные размеры проектируемого двигателя.
По заданной или расчётной мощности определяют рабочий объём цилиндра и основные размеры двигателя (Д и S).
Две задачи: N
(Д и S)
определяем (Д и S);
е зад
зад
N
e факт.
В ДВС периодически повторяются циклы превращения химической энергии топлива в механическую. Каждый цикл представляет
собой совокупность определённых процессов, органически связанных
между собой.
В реальном двигателе:
1. Существует процесс газообмена. Каждый цикл осуществляется
с участием вновь поступившей свежей смеси и после каждого цикла
производится очистка цилиндров от отработавших газов.
2. Теплоёмкость рабочего тела не остаётся постоянной, а зависит
от температуры t0 и состава рабочего тела.
3. Процесс сгорания протекает во времени по сложному закону с
интенсивным теплообменом.
4. Наличие дополнительных тепловых потерь (стенки цилиндров,
головка, днище поршня) и утечки рабочего тела через неплотности.
43
Рисунок 3.1 – Индикаторная диаграмма четырёхтактного карбюратор-
ного двигателя
Рисунок 3.2 – Индикаторная диаграмма четырёхтактного дизельного
двигателя без наддува
44
Рисунок 3.3 – Индикаторная диаграмма четырёхтактного дизельного
двигателя с наддувом
Рисунок 3.4 – Индикаторная диаграмма двухтактного двигателя:
ra – продувка;
А – открытие выпускного окна;
Б – закрытие выпускного окна;
r – открытие продувочного окна;
а – НМТ.
Пределы изменения параметров для двигателей:
Карбюраторного Дизельного
Pa=0.075…0.095 МПа
Та=315…3500 К
Pa=0,085…0,095 МПа
Та=320…3300 К
45
Pс=0.7…1,5 МПа
Тс=400…8000 К
Pс=3,5…5 МПа
Тс=700…9000 К
Pz=2,5…4,5 МПа
Тz=2300…25000 К
Pb=0.3…0,4 МПа
Тb=1200…15000 К
Pr=0,105…0,125 МПа
Тr=900…12000 К
Pz=5,0…9,0 МПа
Тz=1900…24000 К
Pb=0.2…0,4 МПа
Тb=900…12000 К
Pr=0,105…0,11 МПа
Тr=700…9000 К
3.2 Процесс впуска
Наполнение цилиндра двигателя горючей смесью или воздухом
представляет собой совокупность процессов, происходящих в течение: предварения впуска, основного впуска и опаздывания впуска.
Рисунок 3.4 – Процесс впуска четырёхтактного двигателя без наддува
46
Рисунок 3.5 – Процесс впуска четырёхтактного двигателя с наддувом
Процесс впуска включает три этапа:
1. r`r - предварение впуска;
2. ra – основной впуск;
3. aa` - опаздывание впуска (дозарядка).
Точки r` и a` - момент открытия и закрытия впускного клапана.
В действительности давление в ц. д. в процессе впуска непрерывно изменяется, а кривая впуска на индикаторной диаграмме имеет волнообразный характер. Это объясняется изменением проходного сечения клапана и скорости движения поршня.
Рисунок 3.6 – Действительное изменение давления на впуске
3.2.1 Среднее давление в конце впуска
Среднее давление в конце впуска может быть представлено в виде:
PPP
- без наддува;
a0a
PPP
- с наддувом;
aka
где:
P0 – давление окружающей среды, P0 = 0,103 МПа.
Pк – давление надувных газов (после компрессора).
Принимаем: Pк = 1,5 P0 – низкий наддув;
Pк = (1,5…2,2) P0 – средний наддув;
Pк = (2,2…2,5) P0 – высокий наддув.
P
- потери давления за счёт сопротивления впускной системы
a
определяется из уравнения Бернулли (из условия неразрывности
струи газового заряда):
47
P
2
вп
)(
вп2a
2
ок
)(
10
6
, МПа
где:
β – коэффициент затухания скорости движения заряда в сечении
клапана;
ξвп – коэффициент сопротивления впускной системы;
ωвп – средняя скорость движения заряда на впуске в наименьшем
сечении впускной системы м/с;
ρ
– плотность заряда на впуске при наддуве и без него, кг/м3;
к(о)
В современных двигателях при nн значение скобки принимается:
2
= 2,5…4,0; ω
вп
к
к
6
10Р
ТR
0в
= 50…130 м/с.
вп
или
0
0
, кг/м3;
ТR
0в
6
10Р
где Rв – удельная газовая постоянная воздуха, Дж/кг град.
R
м
, Rм = 8315 Дж/Кмоль град – универсальная газовая
в
R
в
постоянная;
μв – молекулярная масса воздуха, кг/Кмоль; μв=28,96 кг/Кмоль.
Поэтому: Rв = 287 Дж/кг град.
Р0 – давление окружающей среды, МПа.
Принимается: Р0=0,1,3 МПа.
Рк – давление наддува, МПа; принимают в зависимости от нагне-
тателя (компрессора) :
Рк = 1,5 Р0 – низкий наддув nн = 1,4…1,6;
Рк = (1,5…2,3) Р0 – средний наддув nн = 1,55…1,75;
Рк = (2,2…2,5) Р0 – высокий наддув nн = 1,40…1,80.
где nн – показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре.
Т0 – температура окружающей среды, Т0=2880 К;
Тн – температура воздуха за компрессором
n
1
k
n
Р
ТТ
к
0
Р
k
к
0
где:
nk – показатель политропы сжатия.
48
ΔРа для современных двигателей находится в следующих преде-
лах:
ΔРа = (0,05…0,2) Р0 – карбюраторный двигатель;
ΔРа = (0,03…0,18) Р0 – дизельный без наддува;
ΔРа = (0,03…0,10) Р0 – дизельный с наддувом.
3.2.2 Температура в конце впуска
Температура в конце впуска (Та) – зависит от температуры и мас-
сы свежего заряда и оставшихся газов в цилиндре от предыдущего
цикла, а также степени подогрева заряда.
Та – определяется из уравнения теплового баланса, составленно-
го по линии впуска ra
QQQ
.
ar1
Выразим через мольные теплоёмкости:
'''
)()(
TCMMTMTTCM
apr1rсрrkp1
где Q1 – количество теплоты, внесённое свежим зарядом, с уче-
том подогрева, кДж;
Qr – количество теплоты остаточных газов, кДж;
Qa – количество теплоты в рабочей смеси, кДж;
M1 и Mr – число молей соответственно свежего заряда и остаточ-
ных газов, Кмоль.
МММ
- рабочая смесь
r1с
μСр – мольная теплоёмкость свежего заряда, КДж/Кмоль град;
’’
μС
- мольная теплоёмкость остаточных газов, КДж/Кмоль град;
р
’
μС
- мольная теплоёмкость рабочей смеси, КДж/Кмоль град;
р
ΔТ – величина подогрева заряда, град:
ΔТ=-5…+250 – карбюраторный двигатель;
ΔТ=10…400 – дизельный двигатель без наддува;
ΔТ=0…100 - дизельный двигатель с наддувом.
Принимая с некоторым приближением
'''
ССС
, получим:
ррр
M
r
TT
r
MM
r1
T
rr
1
r
M
T
M
1
MM
2
MM
r
TTT
)(
ka
TT
k
M
MM
r1
1
T
r
r1
k
r1
1
49
- коэффициент остаточных газов
r
TTT
T
a
1
r
rrk
- температура в конце впуска
Та=320…370 К – карбюраторный двигатель;
Та=310…350 К – дизельный двигатель без наддува;
Та=320…400 К – дизельный двигатель с наддувом.
3.2.3 Коэффициент наполнения
Коэффициент наполнения (ηv) представляет собой отношение
действительного количества свежего заряда, поступившего в процессе впуска, к тому количеству, которое могло бы поступить в рабочий
объём цилиндра Vh, при исходных параметрах среды, при условии,
что температура (Т) и давление (Р) в нём равны температуре и давлению среды, из которой поступает свежий заряд (Р0, Т0 – для двигателей без наддува и Рк и Тк – с наддувом).
или
ηv – отношение действительного количества свежего заряда к
теоретически возможному при условиях окружающей среды.
G
1
V
,
hk
M
v
M
G
G
1
0
1
0
где М1, G1 – действительное количество свежего заряда, кмоль,
кг.
М1, G1 – число молей и масса (кг) свежего заряда, которое могло
бы поступить в рабочем объёме цилиндра двигателя при Т0 и Р0 (Тк и
Рк);
ρ
– плотность свежего заряда; кг/м3.
к(0)
ηv может быть определён исходя из уравнения теплового баланса
конца такта впуска.
QQQ
12a
где Qa – количество теплоты рабочей смеси, КДж;
Q2 – количество теплоты остаточных газов, КДж;
Q1– количество теплоты внесённое свежим зарядом, КДж.
Выразим через массовые теплоёмкости:
'
TGCpTGCpTGCp
011222aaa
где
'
00
TTT
(или
'
kk
TTT
);
50
ΔТ – величина подогрева свежего заряда;
Сра, Срr, Ср1 – массовые теплоёмкости газов.
Из уравнения Клайперона – Менделеева
TRGVP
; имеем, учитывая что:
GG
VP
Cp
R
Cp
R
a
a
TR
a
a
aa
;
aa
Cp
G
a
Подставим в уравнение баланса
Разделим на
T
v
0
v01
G
r
aaa
R
Cp
R
1
;
0
TVP
T
a
V
, учитывая что:
c
Cp
r
R
2
0
TT
1
1
VP
cr
TR
rr
r
2
V
V
)(
P
;
h
c
P1PP
0vra
PP
0
VP
G
0
crr
)( 1
;
Cp
R
VTP
T
r
'
T
0
T
0
ra
- для ДВС без наддува [P0, Т0];
h0
.
TR
00
'
TVP
1
0
V
V
T
a
c
0h0
v
0
P
PP
ra
- для ДВС с наддувом [Pк, Тк].
k
PP
roraдоз
P
k
T
v
с учётом продувки и дозарядки:
v
Вывод: коэффициент наполнения (ηv) возрастает с увеличением
давления в конце впуска (Ра) и понижается с увеличением давления
выпуска (Рr) и температуры подогрева рабочей смеси (ΔТ), т. е. ηv тем
выше, чем меньше Рr и ΔТ и больше Ра.
Чем больше потеря давления ΔРа = Р0 - Ра, тем меньше Ра и
меньше ηv.
При эксплуатации тракторов и других машин нужно следить за
воздухоочистителем, зазорами в клапанах, что влияет на проходное
сечение и фазы газораспределения.
Вывод: ηv увеличивается при Равозрастает;
k
TT
k
T
к
к
1
1
1
1
TT
Рr уменьшается;
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]