Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Процес випуску




Відкриття випускного клапана в ДВЗ здійснюється за 40-80о кута установки колінчастого вала до приходу поршня в НМТ. При цьому трохи знижується робота розширення, зате поліпшується очищення циліндра і знижується робота з виштовхування відпрацьованих газів.

У момент відкриття клапана починається витікання газів із критичною швидкістю 600-700 м/с. За час приходу поршня в НМТ виводиться до 70% відпрацьованих газів. При русі поршня до ВМТ швидкість витікання складає 200-250 м/с, в кінці знижується до 60-100м/с.

На малюнку 8.1 представлена зміна тисків у процесі випуску.

 
 

Малюнок 8.1 – Діаграма процесу випуску

 

Закриття випускного клапана здійснюється через 10-50о після НМТ по куту повороту колінчастого вала. Це підвищує якість очищення за рахунок ежекції.

Температура залишкових газів визначається формулою:

Ця величина не повинна істотно відрізнятися від значення Tr, прийнятого при розрахунку процесу впуску. Якщо розбіжності перевищують 5%, то розрахунок повторюють.

 

8.3 Індикаторні параметри робочого циклу

Для кількісної оцінки ефективності робочих циклів ДВЗ уведені такі характеристики як середній індикаторний тиск, індикаторна потужність, індикаторний ККД і індикаторна витрата палива.

Середній індикаторний тиск - розрахункова робота газів, віднесена до ходу поршня.

Для двигунів, що працюють по циклу з підведенням теплоти при V=const, теоретичний середній індикаторний тиск визначається вираженням

Для дизельних двигунів зі змішаним підведенням теплоти

Середній індикаторний тиск pi дійсного циклу менше теоретичного pi` за рахунок «скруглення» діаграми поблизу точок c, z, b. Зменшення середнього теоретичного індикаторного тиску внаслідок відхилень реальних процесів від теоретичних кількісно виражається коефіцієнтом повноти діаграми jі і середнім тиском насосних втрат Dpi.

 
 

Малюнок 8.2 – Індикаторна діаграма ДВЗ

 

Характерні чисельні значення коефіцієнта повноти діаграми:

карбюраторні двигуни - 0.94...0.97;

дизелі - 0.92...0.95.

Середній тиск насосних втрат визначається як

Dpi = pr - pa.

Для 4-тактних двигунів без наддуву величина Dpi позитивна. У двигунах з наддувом від приводного відцентрового нагнітача при pa > pr величина Dpi негативна. При газотурбінному наддуві Dpi може мати будь-який знак.

Утрати на газообмін враховуються в роботі, що затрачена на механічні втрати. Тому середній індикаторний тиск pi обчислюється тільки з урахуванням коефіцієнта повноти діаграми.

pi = jі · pi`.

Його чисельні значення для автотракторних двигунів складають:

карбюраторні двигуни – 0.4...1.6 МПа;

дизелі без наддуву - 0.75...1.2 МПа;

дизелі з наддувом - 1.4... 2.2 МПа.

Дизелі без наддуву працюють з великими коефіцієнтами надлишку повітря, що приводить до додаткових втрат тепла на нагрівання повітря. Тому індикаторний тиск у них трохи менше, ніж у карбюраторних.

Індикаторна потужність двигуна – робота, виконана робочим тілом всередині його циліндрів за одиницю часу.

де τ - число тактів двигуна;

i - число циліндрів.

Індикаторний ККД. Цей параметр кількісно визначає ступінь використання теплоти палива для одержання корисної роботи усередині циліндрів двигуна

де Li - теплота, що еквівалентна індикаторній роботі, МДж/кг.

Для автотракторних двигунів, що працюють на рідкому паливі

В останньому рівнянні - щільність заряду на впуску.

Для сучасних двигунів при їхній роботі на номінальному режимі чисельні значення індикаторного ККД складають:

карбюраторні і газові двигуни - 0.26...0.34;

дизелі - 0.38...0.50.

Відповідно визначається питома індикаторна витрата палива

Розмірність [gi] = г/(кВт×ч).

Питомі індикаторні витрати палива на номінальному режимі складають 235...320г/(кВт×ч) для карбюраторних двигунів і 170...230г/(кВт×ч) для дизелів.


ТЕМА 9 МЕХАНІЧНІ ВТРАТИ В ДВИГУНІ. ЕФЕКТИВНІ ПОКАЗНИКИ ДВЗ

 

9.1 Механічні втрати в двигуні

Індикаторні показники достатньою мірою відбивають якісні сторони перетворення тепла в роботу в двигуні, але не враховують втрати енергії на тертя, привід допоміжних механізмів, процеси впуску і випуску.

Втрати на подолання різних опорів оцінюються потужністю механічних втрат. Її відносять до одиниці об'єму циліндрів. Звичайно механічні втрати зв'язують із середньою швидкістю поршня vп.ср.. На основі численних досліджень отримані емпіричні залежності цього зв'язку для двигунів різних типів.

Для карбюраторних двигунів з числом циліндрів до шести застосовують залежності:

pм = 0.049 + 0.0152vп.ср. (при S/D > 1);

pм = 0.034 + 0.0113vп.ср. (при S/D < 1).

Для восьмициліндрових V-образних двигунів останні залежності при S/D<1 здобувають вид

pм = 0.039 + 0.0132vп.ср..

Ідентичні вираження, але з іншими чисельними значеннями коефіцієнтів застосовуються при розрахунках дизелів:

pм = 0.089 + 0.0118vп.ср . - дизелі з нерозділеними камерами;

pм = 0.103 + 0.0153vп.ср . - передкамерні дизелі;

pм = 0.089 + 0.0135vп.ср. - вихрокамерні дизелі.

9.2 Ефективні показники двигуна

Ефективна потужність менше індикаторної на величину потужності, що затрачена на механічні втрати

Ne = Ni - Nм.

Відповідно середній ефективний тиск

pe = pi - рм.

Ефективна потужність двигуна визначається за аналогією з індикаторною потужністю

де pe - у МПа, Vh - у літрах, n - у об/хв.

Механічні втрати оцінюють кількісно за допомогою механічного ККД

Значення механічного ККД і ефективного тиску для різних двигунів відповідно складають:

4-тактні карбюраторні - 0.7...0.85 і 0.6...0.95МПа;

4-тактні дизелі без наддуву - 0.7...0.82 і 0.55...0.85МПа;

газові - 0.75...0.85 і 0.5...0.75МПа;

4-тактні дизелі з наддувом - 0.8...0.9 і 0.7...2.0МПа;

2-тактні дизелі - 0.7...0.85 і 0.4...0.75МПа.

Ефективний ККД і питома ефективна витрата палива визначаються як

т.к.

Для сучасних автотракторних двигунів при їхній роботі на номінальному режимі чисельні значення ефективного ККД складають:

карбюраторні двигуни - 0.25...0.33;

дизелі - 0.35...0.42;

газові двигуни - 0.23...0.28.

Питомі ефективні витрати палива на номінальному режимі складають 250...325 г/(кВт×ч) для карбюраторних двигунів і 215...240 г/(кВт×ч) для дизелів.

 

9.3 Показники напруженості і межі форсування двигунів

Для оцінки теплової і динамічної напруженості, використання робочого об'єму двигуна і порівняння різних двигунів застосовуються такі показники, як літрова і поршнева потужність.

Під номінальною потужністю Ne двигуна розуміють ефективну потужність, гарантуєму заводом-виготовлювачем для визначених умов роботи (атмосферні умови, пробіг автомобіля, число оборотів вала, тривалість роботи і т.п.).

Літровою потужністю N, кВт/л, двигуна називають номінальну потужність, віднесену до 1л робочого об'єму поршневої частини двигуна.

Поршнєвою потужністю Neп, кВт/м2, двигуна називають номінальну потужність, віднесену до 1м2 сумарної площі поршнів двигуна.

За визначенням

.

З останнього вираження випливає, що літрова потужність двигуна залежить від середнього ефективного тиску, числа тактів і числа оборотів двигуна. Залежність літрової потужності від параметрів роботи двигуна можна знайти, якщо в це вираження підставити значення pe = рi×hm. Тоді, використовуючи приведені вираження:

. (9.1)

Отримана формула дає можливість установити вплив параметрів робочого процесу на величину літрової потужності і намітити шляхи форсування двигуна для одержання найбільшої потужності при тих же геометричних розмірах.

Поршнева потужність

,

де D і S - діаметр і хід поршня.

Після підстановки в це вираження середньої швидкості поршня маємо

.

Як видно з останнього вираження, поршнева потужність двигуна залежить від середнього ефективного тиску, швидкохідности, яка характеризується середньою швидкістю поршня, і числа тактів двигуна.

Для поршневої потужності легко одержати наступну залежність

. (9.2)

9.4 Способи форсування двигунів за питомою потужністю

Одним із засобів зниження маси і зменшення габаритних розмірів двигуна є його форсування за питомою потужністю. Їх можна виявити з аналізу виражень (9.1) і (9.2). З цих залежностей випливає, що питома потужність залежить від наступних факторів:

1) нижчої теплоти згоряння пальної суміші, яка характеризується відношенням Hu/lo;

2) числа тактів t двигуна;

3) якості протікання робочого процесу, обумовленого відношенням індикаторного ККД до коефіцієнта надлишку повітря (hi/a);

4) механічного ККД hm;

5) швидкохідності, яка оцінюється частотою обертання n;

6) кількості свіжого заряду, що знаходиться в циліндрі до початку стиску, який характеризується добутком коефіцієнта наповнення на щільність повітря чи суміші, тобто hVrk.

З перерахованих факторів для збільшення питомої потужності можна використовувати тактність t двигуна, відношення (hi/a), частоту обертання вала n і добуток hVrk. Звідси випливають основні шляхи збільшення питомої потужності.

Здійснення двотактного циклу

Експериментальні дослідження і порівняльні розрахунки показують, що літрова потужність двотактного двигуна при інших рівних параметрах більше літрової потужності чотиритактного двигуна в 1,5 - 1,7 рази.

Збільшення ступеня стиску

З ростом ступеня стиску підвищується індикаторний ККД, а, отже, і питома потужність двигуна. При цьому зменшується відносна кількість теплоти, що виділяється в основній фазі згоряння, і збільшується частка палива, що догоряє в процесі розширення. Унаслідок підвищення максимальної температури в циліндрі збільшується інтенсивність дисоціації і теплопередачі в стінки циліндра. Це приводить до уповільнення росту hi, а, отже, і літрової потужності зі збільшенням e. З підвищенням тиску газів у циліндрі двигуна збільшується і тиск механічних утрат.

У дизелях величину e вибирають виходячи з умов забезпечення надійного пуску і припустимого навантаження на його деталі. Подальше підвищення e не викликає росту питомої потужності і може привести навіть до її зменшення, що поясняється зниженням механічного ККД.

Карбюраторні двигуни мають такі ступені стиску, при яких їхнє подальше підвищення збільшує питому потужність і поліпшує економічність. Зростання механічних втрат, затруднення пуску і необхідність підвищення октанового числа палива зі збільшенням ступеня стиску обумовлюють недоцільність підвищення ступеня стиску вище 12 у двигунах із примусовим запалюванням.

Зменшення коефіцієнта надлишку повітря

При зниженні коефіцієнта надлишку повітря до визначеної межі збільшується відношення hi/a, а, отже, і питома потужність. Зниження коефіцієнта a дозволяє зменшити прохідні перетини впускних і випускних органів і трубопроводів, тобто знизити масу і габаритні розміри двигуна. Однак при роботі з більш низькими значеннями коефіцієнта a підвищуються максимальна і середня температури циклу і температура випускних газів, що приводить до росту теплонапруженості основних деталей поршневої частини. Крім того, при знижених значеннях a зростають вимоги до організації процесу сумішоутворення і згоряння.

Підвищення частоти обертання

З вищенаведених виражень випливає, що питома потужність прямо пропорційна частоті обертання n вала двигуна. Однак така залежність питомої потужності від частоти обертання спостерігається лише у вузькому діапазоні її зміни поблизу ремах чи Memax. коли величини pe і Me змінюються незначною мірою.

Зі збільшенням n зменшується тривалість циклу, що позначається на протіканні робочого процесу двигуна: поліпшується розпилювання палива і перемішування його з повітрям, скорочується відносна кількість теплоти, що відводиться в систему охолодження, що сприятливо впливає на протікання процесу згоряння. У карбюраторних двигунах зі збільшенням частоти обертання вала зменшується схильність до детонації, що дає можливість трохи підвищити ступінь стиску, а, отже, і потужність.

При зміні швидкісного режиму роботи двигуна відношення hi/a мало змінюється. Якщо при збільшенні n коефіцієнт надлишку повітря a не змінюється, то практично можна прийняти постійним і hi.

Коефіцієнт наповнення з ростом частоти обертання при незмінних фазах газорозподілу і прохідних перетинів впускних і випускних органів зменшується. Тому зі збільшенням швидкохідності двигуна необхідно відповідним чином підбирати фази газорозподілу, збільшувати прохідні перетини впускних і випускних органів.

Зі збільшенням частоти обертання втрати на тертя і на газообмін у двигуні зростають і механічний ККД знижується. Тому всі заходи, спрямовані на підвищення механічного ККД, будуть сприяти також і збільшенню питомої потужності. До таких заходів можна віднести зменшення відносини S/D, збільшення ККД допоміжних агрегатів, оптимальне регулювання температури масла, води і т.п. Важливе значення має якість обробки тертьових поверхонь деталей, раціональний вибір їхніх матеріалів і мастил.

Підвищення частоти обертання вала двигуна викликає збільшення середньої швидкості поршня і навантажень від сил інерції. У результаті зростають утрати на тертя, знос тертьових деталей, напруги в колінчастому валу, шатуні, шатунних болтах і інших деталях двигуна, що може викликати необхідність застосування матеріалів більш високої якості і більш досконалих технологічних прийомів при їхній обробці.

Аналіз негативних наслідків від збільшення частоти обертання в двигунах внутрішнього згоряння показує, що відповідне підвищення питомої потужності легше забезпечити за рахунок наддуву. Тому в останні роки з метою підвищення економічності, надійності і довговічності ДВЗ часто зменшують частоту обертання.

Перехід на безпосереднє вприскування в карбюраторних двигунах

Зменшення розходження в складі суміші в циліндрах багатоциліндрового двигуна, зниження опору впускної системи внаслідок відсутності карбюратора обумовлюють підвищення коефіцієнта наповнення, деякий приріст індикаторного ККД і питомої потужності двигунів з безпосереднім вприскуванням у порівнянні з тими ж параметрами карбюраторного двигуна. Ефект від заміни карбюраторного сумішоутворення безпосереднім вприскуванням збільшується зі збагаченням складу суміші, тобто зі зменшенням a.

В останні роки велика увага приділяється електронним системам вприскування палива. Їхнє застосування спрощує використання автоматичних систем керування робочим процесом за допомогою мікроЕОМ, що забезпечує значне підвищення експлуатаційної економічності і зменшення токсичності двигунів із примусовим запаленням.

Використання газодінамічних явищ у впускній і у випускній системах двигуна.

Однією з особливостей розвитку двигунів у даний час є широке використання газодінамічних явищ у впускній і у випускній системах для підвищення питомої потужності за рахунок збільшення коефіцієнта наповнення. Поліпшується очищення циліндра і зменшується робота насосних ходів.

Збільшення тиску заряду (наддув)

Прагнення підвищити щільність заряду на впуску в циліндри поршневої частини і за рахунок цього збільшити питому потужність призвело до створення комбінованих двигунів. Підвищення щільності заряду на впуску обумовлює збільшення масового наповнення циліндра не тільки внаслідок росту щільності заряду наприкінці наповнення, але також і за рахунок деякого підвищення коефіцієнта наповнення. Це пояснюється зменшенням відносних втрат тиску у впускних органах. У результаті росту масового наповнення циліндра, яке характеризується добутком hVrk, збільшується питома потужність.

З ростом тиску rk підвищується тиск у циліндрі двигуна, унаслідок чого збільшується робота тертя і змінюється робота, затрачувана на насосні ходи. У комбінованих двигунах робота насосних ходів може бути позитивною.

Межі форсування потужності при збільшенні тиску свіжого заряду

Підвищення тиску заряду, що надходить у двигун, обумовлює збільшення механічної і теплової напруженості двигуна. У двигунах із примусовим запалюванням із застосуванням наддуву потрібно паливо з більш високим октановим числом.

Збільшення механічного навантаження на деталі двигуна з підвищенням наддуву зв'язано з ростом максимального тиску газу в циліндрі. Тому для забезпечення надійної роботи деталей необхідно значно збільшити масу конструкції двигуна. Цей шлях варто визнати недоцільним для двигунів будь-якого типу.

Зі збільшенням тиску наддуву поряд з механічною напруженістю підвищується також і теплова напруженість кришки (голівки), клапанів, циліндра і поршня. Унаслідок росту кількості теплоти, яка приходиться на одиницю робочого об'єму циліндра і що виділяється при згорянні палива, збільшується кількість теплоти, що відводиться через стінки. Цьому сприяє також підвищення коефіцієнта тепловіддачі від газу до стінки в результаті росту тиску газу в циліндрі. Підвищення температур і температурних градієнтів приводить до збільшення напруг у деталях двигуна, погіршенню умов змащення, що також несприятливо відбивається на роботі двигуна.

Таким чином, ріст механічної і теплової напруженості ДВЗ є основною причиною, що обмежує збільшення тиску заряду, що надходить у циліндри. Звідси випливає, що, підвищуючи тиск заряду для збільшення питомої потужності, необхідно обмежувати максимальний тиск газу в циліндрі і швидкість його наростання, температуру і температурні градієнти в стінках деталей. Цього домагаються введенням конструкторських і технологічних удосконалень, а також раціональною організацією робочого процесу комбінованого двигуна.

Способи зменшення механічної напруженості двигуна: зниження ступеня стиску, зменшення кута випередження вприскування, вибір відповідних характеристик вприскування палива і способу сумішоутворення.


ТЕМА 10 ТЕПЛОВИЙ БАЛАНС ДВИГУНА І ТЕПЛОНАПРУЖЕНІСТЬ ЙОГО ДЕТАЛЕЙ




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 2706; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.06 сек.