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
51
ΔТ уменьшается.
На величину ηv влияет ne (частота вращения вала двигателя).
На величину ηv оказывает влияние частота вращения вала дви-
гателя.
Рисунок 3.7 – Влияние частоты вращения вала двигателя на коэффи-
циент наполнения цилиндров
При n=min, ηv=min, т. к. происходит выброс части заряда из цилиндра во впускную систему в период запаздывания закрытия впускного клапана после НМТ.
При больших ηv=mах, ηv уменьшается, т. к. возрастает скорость
заряда и сопротивление, т. к. ΔРа – растёт.
На величину ηv оказывает влияние нагрузка двигателя.
С ростом нагрузки Ne:
В дизеле ηv снижается за счёт повышения подогрева свежего заряда (увеличивается нагрев)
В карбюраторном двигателе ηv растёт за счёт открытия дроссельной заслонки и уменьшения сопротивления.
ε – С ростом ε значение ηv практически не меняется (отдельные
факторы компенсируются).
52
н
Рисунок 3.8 – Влияние нагрузки двигателя на коэффициент наполне-
ния цилиндров
3.2.4 Давление и температура остаточных газов
В цилиндре двигателя перед началом процесса наполнения всегда содержится некоторое количество остаточных газов (параметры
Pr и Tr) в объёме Vc.
Давление остаточных газов Рr зависит от числа и расположения
клапанов, сопротивление впускного и выпускного трактов, ne, нагрузки
и др.
Давление остаточных газов находится в пределах:
Prн=(1,05…1,25)Р0 – для автотракторных двигателей без наддува.
Prн=(0,75…0,98)Рк - для автотракторных двигателей с наддувом.
Для различных скоростных режимов Pr определяют:
0
pr
28
)10035.1(
nAPP
,
где n – текущая частота вращения вала двигателя, об/мин;
8
10035.1
PP
rн
0
A
p
Prн – давление остаточных газов при n
0
2
nP
,
ном
;
nн – номинальная частота вращения вала двигателя, об/мин.
Температуру остаточных газов определяют по:
- эмпирическим зависимостям:
r
nfT
),,(
53
7381450
T
r
6133n140
.,
0К при α≤1
10291450
T
r
494n140
,
0К при α>1
- по прототипам двигателя:
Тr=900…11000К – карбюраторный двигатель;
Тr=600…9000К – дизель;
Тr=900…11000К – газовый двигатель.
3.2.5 Коэффициент остаточных газов
Коэффициент остаточных газов – это отношение (количества молей) остаточных газов Мr в цилиндре от предыдущего цикла, к (количеству молей) свежего заряда М1, поступающих в цилиндр в процессе
впуска.
P
r
PP
ra
G
T
G
TT
2
r
;
v0
M
r
r
или
M
1
M
r
M
1
M
M
r
r
r
G
G
v0
1
k
r
где Мr и Gr – количество остаточных молей (кмоль), количество
остаточных газов (кг);
М1 и G1 – количество молей (кмоль), количество свежего заряда
(кг);
ηv – коэффициент наполнения цилиндра двигателя;
М0 и G0 – число молей и масса помещающегося заряда в рабочем
объеме при (Т0 и Р0), (Т0 и Р0).
Из характеристического уравнения
G
VP
TR
cr
rr
G
GG
v01
0
r
VP
h0
TR
00
TRVP
00cr
r
RR
- удельная газовая постоянная
0
r
VPTR
h0rrv
Подставим значение ηv
v
)(
TP
0r
V
c
; т. к.
T1P
)(
TPP
0ra
где
'
TP1
00
)(
r0v
V
h
1
1
54
'
00
TTT
- без наддува (или
'
kk
TTT
- с наддувом)
ΔТ – температура подогрева свежего заряда.
''
TP1TP
r
)(
000r
T1PTPP
)()(
T
0
T
r00ra
r
P
r
PP
ra
Для двигателей с наддувом (без учёта дозарядки и продувки)
P
r
.
PP
ra
T
TT
r
к
r
С учётом продувки и дозарядки
P
rоr
.
PP
rоraдоз
r
Величина
T
TT
r
к
- зависит от:
r0
- степени наддува;
- скоростного режима двигателя;
- продолжительности периода перекрытия клапанов.
Рисунок 3.9 – Зоны дополнительной очистки и дозарядки цилиндра
=1 – без наддува (отсутствие продувки);
r0
=0 – с наддувом (полная очистка цилиндров от продуктов сго-
r0
рания в период перекрытия клапанов).
Очистка возникает в результате предварительного открытия
впускного клапана.
55
Закрытие впускного клапана после НМТ позволяет, исполь-
доз
зуя скоростной напор, инерционные и волновые явления во впускной
системе, ввести в цилиндр двигателя дополнительную массу заряда,
что учитывается
=1,12…1,15 – для n
доз
доз
.
и удачно выбранных углов запаздыва-
ном
ния закрытия клапанов;
=0,95…0,88 – при n
доз
может быть не дозарядка, а даже вы-
e min
брос свежего заряда.
=0,04…0,08 – карбюраторный ДВС;
r
=0,03…0,06 – дизельный ДВС.
r
3.3 Процесс сжатия
В период процесса сжатия в цилиндре двигателя повышаются
температура и давление, что создаёт надёжное воспламенение и
эффективное сгорание топлива.
В действительном цикле процесс сжатия протекает по сложному
закону, параметрически не подчиняющемуся термодинамическим
процессам (т. к. изменяется теплоёмкость рабочего тела, переменный теплоотвод, утечки через неплотности, испарение топлива).
Рисунок 3.10 – Действительное изменение показателей процесса сжатия
56
Рисунок 3.11 – Изменение теоретического и действительного давле-
ния в цилиндре
Начальная стадия сжатия – температура заряда ниже температуры стенок цилиндропоршневой группы. Идёт отвод тепла от стенок
цилиндра и подвод к рабочему телу, (n1 > k1).
При движении поршня от НМТ к ВМТ t
раб.т.
отвод снижается. Затем происходит выравнивание t
повышается и тепло-
раб.т
и t
, тепло-
стен.
отвода нет, (n1 = k1).
При дальнейшем сжатии t
раб.т
> t
стен
происходит изменение
направления теплоотдачи. Фактически давление изменяется по линии adc с переменной политропой, (n1 < k1).
Для упрощения расчёта условно принимается, что процесс сжатия в действительном цикле происходит по политропе с постоянным
показателем (n1=const) (кривая ас).
Характерные точки:
'
с
-
– воспламенение смеси (впрыск);
- f – загорание смеси;
'
fс
- период скрытого воспламенения;
''
с
- фактическое давление в конце сжатия.
Среднее значение показателя политропы сжатия следующие:
n1 = 1,3…1,39 – карбюраторный двигатель;
n1 = 1,38…1,42 – дизельный двигатель без наддува;
n1 = 1,35…1,38 – дизельный двигатель с наддувом.
57
n
< n1д – за счёт того что в карбюраторных двигателях:
1k
- смесь содержит часть топлива, которое испаряется за счёт не-
которого поглощения теплоты;
- теплоёмкость смеси, содержащей пары топлива, выше чем воз-
духа.
в расчётах показатель n1 политропы может быть определён либо
по номограммам от ε и Та [1, с. 48, рис. 25], либо по эмпирической
формуле профессора Петрова:
100
411n , - для дизельных и карбюраторных ДВС (дает
1
n
e
большую ошибку).
Расчёт давления и температуры в конце сжатия ведут по уравнениям политропного процесса:
n
PP
ac
1
;
TT
ac
1n
1
.
Давление в конце сжатия повышается до
P251151Р
),...,(
Ориентировочные значения параметров (для n
(точка с//).
cc
ном
):
- карбюраторный двигатель:
n1 = 1,34…1,39; Рс = 0,9…1,6 МПа; Тс = 650…800 К;
- дизельный двигатель без наддува:
n1 = 1,38…1,42; Рс = 3,5…5 МПа; Тс = 700…900 К;
- дизельный двигатель с наддувом:
n1 = 1,35…1,38; Рс = 6…8 МПа; Тс = 900…1000 К.
ЛЕКЦИЯ 4
ТЕМА 3: Действительные циклы ДВС
3.4 Процесс сгорания
Процесс сгорания является основным процессом рабочего цикла
двигателя, в течение которого теплота, выделяющаяся вследствие
сгорания топлива, идет на повышение внутренней энергии рабочего
тела и на совершение механической работы.
Действительное изменение давления в цилиндрах двигателя характеризуется кривой c/fc//zd.
58
Карбюраторный двигатель Дизельный двигатель
Характерные точки:
С/ - начало подачи искры (впрыска);
С/f – I фаза, период задержки воспламенения;
C – теоретическое значение давления в конце сжатия;
fC// - II фаза – период быстрого сгорания;
C//Zd – III фаза – период продолжения горения;
Zd – действительное значение давления в конце сгорания.
Для упрощения термодинамических расчетов принимают, что
процесс сгорания в двигателе происходит для:
– карбюраторный двигатель по прямой СС//Z/ (при V = const);
– дизельный двигатель по прямой СС//Z/Z (при V = const и P
=const);
Целью расчета процесса сгорания является определение температуры Tz и давления Pz в конце видимого горения, расчет ведется
для количества газов (в кмолях), полученных при сгорании 1 кг жидкого топлива.
Температуру газа Tz в еонце сгорания определяют на основе
первого закона термодинамики, согласно которому
dQ =dU + dL или Q = ∆U + L
(Тепло Q расходуется на изменение внутренней энергии и совершение работы).
59
Применительно к двигателям это уравнение можно представить
в следующем виде
ξ Qн = Uz – Uc + Lcz – (при сгорании с
ξ (Qн– ∆Qн) = Uz – Uc + Lcz – (при сгорании с
где Qн – удельная низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;
Qн = 44
Qн = 42,5
[Низшая теплота сгорания топлива – количество теплоты, полученной при сгорании единицы топлива, за вычетом теплоты, выделившейся при конденсации водяного пара]
ξ – коэффициент использования теплоты на участке видимого
сгорания.
здесь ∆Qн – потеря части теплоты из-за химической неполноты
МДж
кг
МДж
кг
– бензин
– дизельное топливо
QQQ
пнн
QQ
нн
1
)
1
)
сгорания топлива
при
Qп – потеря теплоты на участке cz вследствие теплоотдачи, догорании топлива на такте расширения.
L0 – теоретически необходимое количество воздуха,
Коэффициент ξ характеризует ту часть низшей теплоты сгорания
топлива, которая используется на повышение внутренней энергии и
на совершение работы.
ξ = 0,85…0,95 – карбюраторный двигатель.
ξ = 0,75…0,85 – дизель с неразделенной камерой сгорания.
ξ = 0,70…0,80 – дизель с разделенной камерой сгорания.
Внутренняя энергия газов в конце видимого сгорания, кДж
1
; ∆Qн = 119950 (1-α)L0
TCMMU
zVr2z
Z
кДж
кг
.
кмоль
кг
топл
воз
где M2 + Mr – число молей газов в точке Z (смесь продуктов сгорания топлива Mr от предыдущего цикла);
60
C
1
1
– средняя мольная теплоемкость газов после сгорания (точ-
V
Z
ка Z) при V = const,
градкмоль
.
Внутренняя энергия рабочей смеси в конце сжатия, кДж
кДж
TCMMU
, Ма = Мс
сVr1с
с
где M1 + Mr = Мс – число молей газов в точке С (смесь свежего
заряда М1 с остаточными газами Мr от предыдущего цикла)
C
– средняя мольная теплоемкость рабочей смеси (св. заряд +
Vc
отработ. газы) в конце процесса сжатия (точка С) при V= const,
кДж
градкмоль
Подставляя Uz и Uc в уравнение, получим уравнение сгорания:
а) – для карбюраторного двигателя ( 0L
cz
) при
TCMMTCMMQ
или
cVr1zVr2н
CZ
TCMTCMQ
– уравнение сгорания
zVzcVcн
ZC
б) – для карбюраторного двигателя ( 0L
)(
в) для дизельного двигателя
cVcн
L
– работа изобарного процесса расширения
/
zz
zz
Тогда
zz
/
zz
/
zz
vpvpL
;
///
zz
/
z
vpvpL
cczz
TCMTCMQQ
– уравнение сгорания
zVzcVcнн
ZC
1
TCMLTCMQ
zVz
ZC
vv
;
c
/
z
1
pp
c
zc
)
Характеристическое уравнение для смесей в точке z и c
pzvz=8.315MzTz ; pcvc=8.315McTc
Тогда
)(.
TMTM3158L
/
zz
После подстановки
L
/
cczz
в баланс для дизельного двигателя
zz
.
TCMTM3158TMTCMQ
– уравнение сгора-
zVzzzcccVcн
ZC
ния.
Чтобы определить составные этого уравнения, необходимо найти
количественный состав участвующих в реакции газов.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]