Та його основні показники

РОБОЧИЙ ЦИКЛ ДВИГУНА ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ

Як первинні енергетичні установки сільських електростанцій постійної дії та резервних (стаціонарних та пересувних) застосовують двигуни внутрішнього згоряння. Найширше використовують чотиритактні дизелі, оскільки вони мають найвищий ККД серед двигунів внутрішнього згоряння.

Дизелем називають поршневий ДВЗ, в якому відбувається процес самозагоряння впорснутого в циліндр у кінці такту стискування порції рідкого палива під дією високої температури стиснутого в циліндрі повітря.

Робочий цикл дизеля включає комплекс послідовних процесів (стискування, згоряння, розширення, процеси газообміну), що періодично повторюються в кожному циліндрі. В основу робочих циклів ДВС покладені відповідні термодинамічні (ідеальні) цикли. Для швидкохідних дизелів термодинамічною моделлю служить цикл із змішаним підведенням теплоти і при постійному об’ємі υ=соnst та постійному тиску р=соnst.

Робочий цикл бензинового (карбюраторного) поршневого двигуна внутрішнього згоряння, як і цикл дизеля, включає послідовні процеси стискування, згоряння, розширення та газообміну, але в нього робоча суміш (пального з повітрям) запалюється в кінці процесу стискування примусово, електричною іскрою. Особливістю бензинового поршневого ДВЗ у порівнянні з дизелем є і те, що пальне з повітрям змішується поза циліндром у спеціальному пристрої—карбюраторі. В основу робочого циклу карбюраторного ДВЗ покладено термодинамічний цикл з підведенням теплоти при постійному об’ємі υ=соnst.

Рисунок 7.2. Індикаторні діаграми дизеля в р-υ координатах.

Значення р_і, МПа, при роботі ДВЗ із номінальним навантаженням дорівнюють:

Чотиритактні карбюраторні двигуни при роботі:

ü на бензині – 0,8...1,2

ü на газі – 0,5...0,7

Чотиритактні дизелі:

ü без наддування – 0,75...1,05

ü з наддуванням – до 2,2

Двотактні дизелі:

ü без наддування – 0,35...0,7

ü з наддуванням – до 1,2

Індикаторна робота L_і, Дж, що здійснюється в одному циліндрі за один цикл, визначається за формулою:

L_і=р_і V_h (7.1)

де V_h=πD²S/4 – робочий об’єм циліндра, м³; D – діаметр циліндра, м; S – хід поршня, м.

Індикаторну потужність двигуна N_і, Вт, розраховують за формулою:

N_і= (7.2)

де і —кількість циліндрів; п— частота обертання колінчастого валу, об/хв; τ—тактність двигуна, тобто кількість ходів поршня за один цикл.

Якщо в формулі (7.2) виразити рі в МПа, робочий об'єм V_h, л, частоту обертання колінвалу п, об/хв, то для індикаторної потужності N_і, кВт, маємо таку формулу:

N_і=(р_іV_hn)/30τ (7.3)

Питома індикаторна витрата палива g_і, кг/кВт·год, визначається як відношення годинної витрати палива G_n кг/год до величини індикаторної потужності N_і, кВт:

g_і = G_n/N_і (7.4)

Індикаторний ККД двигуна розраховують за питомою теплотою згоряння палива Н, Дж/кг та g_і кг/Дж:

η_і=1/Нg_і (7.5)

Якщо питома теплота згоряння палива Н виражена в МДж/кг, а g_і, в г/кВт·г, то η_і знаходять за формулою:

η_і= , (7.6)

Ефективна потужність N_е — це потужність на валу двигуна, вона менша індикаторної N_і, на величину потужності, що витрачається на механічні втрати N_м:

N_е=N_і - N_м, (7.7)

Ефективну потужність, а також механічну так само, як, і індикаторну відносять до об'єму циліндра V_h і наводять в умовних одиницях тиску — середнього ефективного тиску р_е та середнього тиску механічних втрат р_м. Тоді аналогічно до формули (7.7) для середнього ефективного тиску р_е можна записати:

р_е=р_і - р_м; (7.8)

Ефективна потужність N_с, кВт, може бути розрахована: за виразом, аналогічним (7.3):

N_і=(р_іV_hn)/30τ (7.9)

Для порівняння показників різних двигунів використовують питому ефективну потужність, що віднесена до одиниці робочого об'єму усіх циліндрів двигуна. Якщо робочий об'єм двигуна виражено в літрах, то таку питому ефективну потужність ще називають літровою ефективною потужністю N_л, кВт/л:

N_л=N_e/(іV_h) (7.10)

Із формули (7.9) випливає:

N_л = (7.11)

Рівень механічних втрат оцінюється механічним ККД:

η_м = (7.12)

Значення η_м, р_е для різних типів поршневих ДВЗ наведені у таблиці 1.1.

1.1. Механічний ККД та середній ефективний тиск поршневих двигунів внутрішнього згоряння.

Тип двигуна	ηм	ре, МПа
Карбюраторні чотиритактні:
· бензинові	0,70...0,85	0,6...0,95
· газові	0,75...0,85	0,5...0,75
Чотиритактні дизелі:
· без наддування	0,7...0,82	0,55...0,85
· з наддуванням	0,8...0,9	0,7...2,0
Двотактні дизелі:
· без наддування	0,7...0,85	0,4...0,75
· з наддуванням	0,8...0,92	0,8...1,2

Ефективний ККД знаходять як добуток механічного та індикаторного ККД:

η_е=η_мη_і (7.13)

Питому ефективну витрату палива g_е, кг/кВт·г, можна визначити по аналогії з формул (7.4) як відношення годинної витрати палива G_п, кг/г, до ефективної потужності N_e, кВт:

g_e=G_n/N_e (7.14)

або за формулою

g_e=1/(η_еН) (7.15)

де Н— питома теплота згоряння палива.

Величини η_і,η_е, g _і,η_м, що досягаються сучасним і двигунамина номінальних режимах наведені у таблиці 1.2.

1.2. Питомі витрати палива, кг/(кВт·год), та ККД сучасних поршневих двигунів внутрішнього згоряння.

Тип двигуна	ηі	ηе	gі	ηм
Карбюраторні чотиритактні бензинові без наддування	0,25...0,4	0,22...0,3	0,205...0,33	0,7...0,85
Дизелі чотиритактні:
без наддування	0,39...0,49	0,3...0,42	0,175...0,22	0,75...0,8
з наддуванням	0,39...0,53	0,32...0,45	0,162...0,22	0,8...0,9
Дизелі двотактні без наддування	0,39...0,53	0,30...0,42	0,162...0,22	0,7...0,8

Дата добавления: 2014-12-25