Тема: Особливості дійсних циклів двигунів

Мета заняття:

Навчитися розраховувати параметри робочих процесів дійсних циклів двигунів.

1. Короткі теоретичні відомості.

Рис. 1. Індикаторна діаграма дійсного Рис. 2. Індикаторна діаграма

циклу чотиритактного бензинового ДВЗ дійсного циклу чотиритактного

з іскровим запалюванням дизеля без наддування

Дійсні цикли ДВЗ складаються з реальних процесів, які відбуваються в циліндрі двигуна. Основні особливості дійсних циклів: теплота підводиться спалюванням паливоповітряної суміші в надпоршневому просторі; після кожного циклу відбувається заміна робочого тіла; стиск і розширення відбуваються політропно, тобто при наявності теплообміну із зовнішнім середовищем; під час розширення догоряє паливо; теплоємність і хімічний склад газів змінні; є гідравлічні втрати під час руху газів.

Процес впуску характеризується значенням параметрів стану робочого тіла в точці (а) діаграми (рис. 1), - температурою (Та) і тиском (Ра) , а також узагальненими параметрами: коефіцієнтом наповнення (ηv) та коефіцієнтом залишкових газів (γ).

Процес стиску у ДВЗ служить:

для збільшення температурного перепаду у циклі і ступеню розширення продуктів згоряння, що сприяє підвищенню термічного ККД двигуна;

для створення умов для стійкого запалювання і ефективного згоряння робочої суміші, що необхідно для якісного перетворення теплоти в корисну роботу.

У дизелях і газодизелях процес стиску—спосіб запалювання робочої суміші, тобто для цих двигунів він принципово необхідний. Отже, в кінці стиску температура в циліндрі повинна бути достатньою для самозаймання вприснутого палива.

У дійсному циклі процес стиску супроводжується такими факторами: відбувається теплообмін між газами і стінками циліндра; гази просочуються крізь

нещільності між поршнем і циліндром. Тому дійсний процес стиску не адіабатний, а політропний і описується рівняннями політропи:

де n1, — показник політропи стиску.

У процесі розширення гази завдяки енергії згорілого палива виконують

корисну механічну робот здійснюють робочий хід поршня. Звідси друга назва процесу — робочий хід.

У дійсному циклі процес розширення супроводить ся такими факторами:

теплообміном із стінками циліндра; витіканням газів крізь нещільності поршневих кілець; тепловою дисоціацією газів.

На лінії розширення, як правило, догоряє робоча суміш, яка не встигла

згоріти на лінії згоряння. Це явище більше виявляється в дизелях, ніж у ДВЗ з

іскровим запалюванням. Внаслідок впливу перелічених факторів процес

розширення відбувається не за адіабатою, а за політропою із змінним

показником n2.

Для того, щоб розраховувати параметри робочих процесів дійсних циклів двигунів, потрібно визначити тиск і температуру в кінці кожного процесу.

Також потрібно визначити певні коефіцієнти, що є характерними для цього процесу.

Для процесу впуску визначаємо:

Густину заряду ρ0 при То і Ро:

ρ0 = Ро / RTo кг/м.куб. (1)

Тиск в кінці впуску Ра:

бар (2)

Температура в кінці впуску Та:

град.К (3)

Коефіцієнт наповнення ηv :

(4)

Для процесу стиску визначаємо:

Тиск Рс в кінці процесу стиснення:

бар (5)

Температуру Тс в кінці процесу стиснення:

град.К (6)

Для процесу згоряння визначаємо:

Дійсний коефіцієнт молекулярних змін β:

(7)

Кількість невикористаної теплоти внаслідок неповного згоряння палива :

кДж/кг (8)

Постійна величина С:

(9)

Температуру згоряння Тz визначаємо з рівняння:

(10)

________________________________________

Tz = [(18,422+2,5958α) + √ (18,422+2,5958α)² + 4 · (1,549+1,376α) 10 ־³ · С ] /

/ 2 · (1,549+1,376α) 10 ־³, градус Кельвіна;

_____

(Корінь квадратного рівняння виду : ах² + вх + с = 0; х = ( - в+-√в²-4ас) / 2а ).

Розрахунковий тиск в кінці процесу згоряння Рz:

бар (11)

Ступінь підвищення тиску λ:

(12)

Дійсна величина найбільшого тиску:

бар (13)

Тиск в кінці процесу розширення Рв:

бар (14)

Температура в кінці процесу розширення Тв:

град.К (15)

2. Завдання для виконання лабораторної роботи:

По вихідни даних визначити:

1. Тиск в кінці впуску Ра

2. Температуру в кінці впуску Та

3. Коефіцієнт наповнення ηv

4. Тиск в кінці процесу стиснення Рс

5. Температуру в кінці процесу стиснення Тс

6. Температуру згоряння Тz

7. Дійсна величина найбільшого тиску Рz1

8. Ступінь підвищення тиску λ.

9. Тиск в кінці процесу розширення Рв

10. Температура в кінці процесу розширення Тв

Висновок:

3. Вихідні дані для розрахунку:

Тип двигуна – карбюраторний.

Підігрів заряду ΔТ = 10º

Температура залишкових газів Тr = 950º K

Коефіцієнт опору рухові повітря в трубопроводі = 8

Тиск навколишнього середовища: Ро = 1 бар

Температура навколишнього середовища: То = 288ºК

В процесі впуску в циліндр поступає повітря, молекулярна маса якого

μ в = 28,97 і R = 287 Дж/кг.град

Показник політропи при стиску n1 = 1,34

Теплота згоряння палива Нu = 44 000 кДж/кг

Теоретично необхідна кількість повітря для згоряння 1 кг палива Lo = 0,515 кмоль

Коефіцієнт використання теплоти ξ = 0,85

Показник політропи при розширенні n2 = 1,28

Вибір варіанту завання:

Із таблиці 2 вибираємо вихідні дані для розрахунку і заносимо в таблицю1:

Таблиця 1 Вихідні дані для розрахунку

Розрахунок:

Висновок:

Таблиця 1. Вихідні дані для розрахунку:

Контрольні запитання:

1. Які основні особливості дійсних циклів ДВЗ?

2. Що зображують за допомогою індикаторних діаграм?

3. Опишіть протікання дійсного циклу у карбюраторному двигуні.

4. Опишіть протікання дійсного циклу у дизельному двигуні.

5. Для чого служить процес стиску?

6. Як протікає процес згоряння в ДВЗ з іскровим запалюванням?

7. Як протікає процес згоряння в ДВЗ з запалюванням від стиску?

8. Які види запалювання використовуються в ДВЗ?

9. Яку роль відіграє процес розширення в роботі двигуна і як він протікає?

10. Який склад вихлопних газів теплових двигунів?

Джерела:

1. Ф.І. Абрамчук. Автомобільні двигуни-К.: Арістей. 2006.-476с. – С.17-26.

2. М.С. Ховах, Г.С. Маслов Автомобільні двигуни. –М.: Машиностроение. 1971.- С.142-148

Лабораторна робота № 2 Приклад оформлення звіту

Тема:

Особливості дійсних циклів двигунів.

Мета заняття:

Навчитися розраховувати параметри робочих процесів дійсних циклів двигунів.

Вихідні дані для розрахунку:

Тип двигуна – карбюраторний.

Підігрів заряду ΔТ = 10º

Температура залишкових газів Тr = 950º K

Коефіцієнт опору рухові повітря в трубопроводі = 8

Тиск навколишнього середовища: Ро = 1 бар

Температура навколишнього середовища: То = 288ºК

В процесі впуску в циліндр поступає повітря, молекулярна маса якого

μ в = 28,97 і R = 287 Дж/кг.град

Показник політропи при стиску n1 = 1,34

Теплота згоряння палива Нu = 44 000 кДж/кг

Теоретично необхідна кількість повітря для згоряння 1 кг палива Lo = 0,515 кмоль

Коефіцієнт використання теплоти ξ = 0,85

Показник політропи при розширенні n2 = 1,28

Із таблиці 2 вибираємо вихідні дані для розрахунку згідно заданого варіанту і заносимо в таблицю1:

Таблиця 1 Вихідні дані для розрахунку

1. Визначаємо тиск в кінці впуску Ра:

Для цього спочатку обчислимо густину заряду при Ро і То:

ρ0 = Ро/RTo = 100 000 / 287 · 288 = 1,21 кг/м³

Ра = Ро – (1+ ξ0) ώкл² ρ0 / 2 = 100 000 – 8 · 58² · 1,21 / 2 = 0,84 бар.

2. Температура в кінці впуску Та:

Та = (То + ΔТ + γост Тr) / (1 + γост) =

= (288 + 10 + 0,06 · 950) / (1+ 0,06) = 334ºК.

3. Коефіцієнт наповнення ηv:

ηv = (ε / (ε – 1)) · (Ра/Ро) · (То / Та(1+γост) =

= 8/8-1 · 0,84/1 · 288/334(1+0,06) = 0,78.

4. Тиск в кінці процесу стиснення Рс:

Рс = Ра ·

5. Температуру в кінці процесу стиснення Тс:

Тс = Та ·

6. Для визначення температури згоряння Тz визначимо спочатку дійсний коефіцієнт молекулярої зміни β:

Кількість невикористаної теплоти внаслідок неповного згорання палива:

ΔНu = 119852 (1 – α) Lo = 119852 (1-0,9) 0,515 = 6172, кдж/кг

Постійна величина С:

Температуру згорання визначаємо з рівняння:

7. Для визначення дійсної величини найбільшого тиску Рz1 спочатку визначаємо розрахунковий тиск кінця горіння:

Рz = β Рс Тz / Тс = 1,07 · 13,6 · 2630 / 680 = 56,4 бар.

Дійсний тиск визначається:

Рz1 = 0,85 · Рz = 0,85 · 56,4 = 48 бар.

8. Ступінь підвищення тиску λ:

λ = Рz / Рс = 56,4 / 13,6 = 4,15

9. Тиск в кінці процесу розширення Рв:

10. Температура в кінці процесу розширення Тв:

Висновок:

Досліди і розрахунки показують, що від характеру протікання окремих процесів роботи двигуна залежить максимальна його потужність, економічність, і інші експлуатаційні показники. При розробці нових конструкцій двигунів і їх доводці можна покращити показники дією на фактори, що впливають на протікання кожного процесу.

Таблиця для визначення значень ,

Поиск по сайту: