Показатели политроп сжатия и расширения

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 11Следующая ⇒

Средний показатель политропы сжатия n₁ зависит от частоты вращения вала двигателя, степени сжатия, формы камеры сгорания, размеров цилиндра, материала поршня и головки цилиндров, теплообмена и других факторов.

Для современных двигателей средний показатель политропы сжатия находится в пределах:

для дизелей с неразделенными камерами сгорания n₁ = 1, 38...1, 4;

для дизелей с разделенными камерами сгорания n₁ = 1, 35...1, 38;

для карбюраторных двигателей n₁ = 1, 34...1, 39.

При выборе n₁, следует иметь ввиду, что с увеличением частоты вращения двигателя показатель политропы увеличивается. Дизели с камерой в поршне имеют n₁ близкий к 1, 4.

Средний показатель политропы расширения n₂ зависит от степени догорания топлива, интенсивности отвода тепла в процессе расширения, утечек через неплотности и находится в пределах;

для дизелей n₂ =1, 2...1, 27;

для карбюраторных двигателей n₂ =1, 24...1, 30.

При этом меньше значения n₂ относятся к высокооборотным дизелям с невысокими степенями повышения давления. Показатель возрастает с увеличением интенсивности охлаждения деталей двигателя и возрастанием утечек заряда через неплотности.

По опытным данным для дизелей серии ЯМЗ n₂ = 1, 2...1, 22.

2.1.6. Коэффициент использования тепла ,

Коэффициент использования тепла выражает долю тепла используемого на участке видимого сгорания (CZZ^l) на увеличение внутренней энергии и совершение работы. Величина его зависит от конструктивных параметров двигателя, режима работы и регулировки двигателя, способа смесеобразования, формы камеры сгорания и других факторов. Чем совершеннее процесс смесеобразования и выше скорость сгорания тем больше . При поздних углах опережения зажигания и впрыска топлива возрастает догорание топлива в ходе расширения и уменьшается . С увеличением частоты вращения относительная теплоотдача в стенки цилиндра уменьшается, но более значительное, влияние оказывает догорание топлива и потому снижается . Повышение степени сжатия и применение компактных камер сгорания приводит к увеличению .

Коэффициент использования тепла находится в пределах:

для дизелей с неразделенными камерами сгорания = 0, 76...0, 85;

для дизелей с разделенными камерами сгорания = 0, 7...0, 8;

для карбюраторных двигателей с верхним расположением клапанов = 0, 8...0, 95.

Степень повышения давления.

Степень повышения давления выбирается только для дизелей и составляет:

для дизелей с неразделенными камерами сгорания и объемным смесеобразованием = 1, 6...2, 0;

для дизелей с камерами в поршне и объемно-пленочным и пленочным смесеобразованием =1, 5...1, 8;

для дизелей с разделенными камерами сгорания = 1, 4...1, 7.

Определение параметров состояния рабочего тела

После выбора и обоснования исходных данных для процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска должны быть определены давление и температура в характерных точках индикаторной диаграммы.

Процесс впуска

1. Давление в конце впуска:

При наддуве:

где - потери давления вследствие сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре.

Потери давления приближенно определяют по уравнению Бернулли:

, MПа

где - коэффициент затухания скорости движения заряда;

- коэффициент сопротивления впускной системы;

W_вп - средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы (в клапанах);

ρ - плотность заряда на впуске.

По опытным данным в современных автотракторных двигателях на номинальном режиме работы:

= 2, 5...3, 5 (4) и W_вп = 70...130 м/с.

Чем больше быстроходность двигателя и выше средняя скорость движения поршня тем эти значения выше.

Плотность заряда на впуске определяется по уравнению состояния идеального газа:

Здесь P₀ в МПа, T₀ в °К, R = 287 Дж /кг°К - удельная газовая постоянная воздуха.

Определив плотность заряда и задавшись значениями и W_вп находят потери давления и давление в конце впуска:

В двигателях без наддува потери давления находятся в пределах:

карбюраторные двигатели = (0, 05...0, 20)P₀ ;

дизели = (0, 03...0, 18) P₀;

для дизелей с наддувом _ΔP_a = (0, 03...0, 1) P_k.

2. Коэффициент остаточных газов:

Для четырехтактных двигателей находится в пределах:

дизели без наддува = 0, 03...0, 06;

дизели с наддувом = 0...0, 02;

карбюраторные двигатели = 0, 06...0, 10.

3 . Температура в конце впуска:

4 . Коэффициент наполнения:

По опытным данным коэффициент наполнения при полной нагрузки двигателя составляет:

для четырехтактных карбюраторных двигателей с верхним расположением клапанов = 0, 75...0, 90;

для дизелей с неразделенными камерами сгорания = 0, 76...0, 94;

для дизелей с разделенными камерами сгорания = 0, 75...0, 85;

для дизелей с наддувом = 0, 80...0, 97.

Нижние значения относятся к двигателям с высокой средней скоростью поршня.

При расчете дизелей с наддувом в приведенные формулы вместо P₀ и T₀ следует подставить P_к и T_к - давление и температуру на выходе из нагнетателя.

Давление p_к принимается:

при низком наддуве до 1, 5 P₀ ;

при среднем наддуве P_к = (1, 5...2, 2) P₀.

Температура воздуха на выходе из нагнетателя определяется по формуле:

где n_к - показатель политропы сжатия для центробежных нагнетателей равный 1, 4...1, 8.

Процесс сжатия

1 . Давление в конце сжатия:

2. Температура в конце сжатия:

2.2.3. Процесс сгорания

1. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

где С, Н, О - массовые доли соответственно углерода, водорода и кислорода в элементарном составе топлива;

0, 21 - объемное содержание кислорода в 1 кг воздуха.

2. Действительное количество молей свежего заряда:

для дизелей М₁ = М кмоль/кг;

для карбюраторных двигателей;

, ;

где кмоль/кг - действительное количество воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива;

= 110...120 кмоль/кг - молекулярная масса паров бензина.

3. Количество молей продуктов сгорания при > I (сгорание в дизелях)

,

при < 1 (сгорание в карбюраторных двигателях)

,

4. Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

,

где - коэффициент молекулярного изменения горючей смеси.

Коэффициент β находится в пределах:

для дизелей =1, 03...1, 05;

для карбюраторных двигателей = 1, 07…1, 10.

5 . Температура и давление в конце видимого сгорания.

Температура в конце видимого сгорания Т_z определяется из уравнения сгорания, которое различно для дизелей и карбюраторных двигателей.

В общем виде уравнения сгорания имеет вид:

для дизелей ( > 1)

ξ ·Q_н

---------------- + (μ C _vc + 8, 314·λ )· cT = β · (μ С_vz + 8, 314) · T_z

М₁·( 1+ γ _r)

для карбюраторных двигателей ( < 1)

ξ ·(Q_н - Δ Q_н)

------------------- + μ C _vc · Т_с = β · μ С_vz · T_z

М₁·( 1+ γ _r)

где - коэффициент использования тепла;

Q_н - низшая теплота сгорания топлива в кДж/кг;

, кДж/кг - неполнота сгорания;

- и - средние мольные теплоемкости при постоянном объеме, соответственно, рабочей смеси и продуктов сгорания, кДж/кмоль°К.

Значения средних мольных теплоемкостей приближенно могут быть определены по выражениям:

для рабочей смеси:

, кДж/кмоль°К;

для продуктов сгорания в дизеле:

кДж/кмоль°К;

для продуктов сгорания в карбюраторных двигателях

кДж/кг°К.

Подставив значения теплоемкостей, уравнение сгорания должно быть приведено к виду:

и определена температура в конце видимого сгорания:

, K

Температура T_z может быть определена методом подбора без приведения уравнения сгорания к виду:

Давление в конце видимого сгорания:

в карбюраторных двигателях

и ,

в дизелях

где - степень повышения давления в процессе сгорания.

Значение степени повышения давления в дизелях принимается при выборе исходных данных.

Степень предварительного расширения в дизеле находится по выражению:

Для выполнения конструкций дизелей = 1, 2...1, 7

Процесс расширения

В процессе расширения происходит преобразование тепловой энергии топлива в механическую работу. Давление P_в и температура T_в газов в конце расширения определяются по уравнениям политропного процесса:

в дизелях

, МПа; , °К.

где - степень последующего расширения;

в карбюраторных двигателях

, МПа; , °К.

Значения давления и температуры в характерных точках индикаторной диаграммы для автомобильных и тракторных двигателей при работе на полной нагрузке приведены в табл.4.

Таблица 4.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒