Процессы

Процессы
топлива (25–15 % от цикловой подачи топлива) осуществляется после точки z. Параметры расчетного цикла (цикловая подача топлива, состав, давление, масса и температура рабочего тела) в узловых точках цикла (точки V, c, z., z, e) соответствуют действи- тельному циклу. Объем надпоршневой полости Vz, соответствующий точке z (рис. 11.17) определяется из условия равенства индикаторной ра- боты газов по усредненной действительной индикаторной диа- грамме и расчетной: Li э . .Li р . ..Lc.z . Lz.b . La.c .. . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . . 1 lg 1 lg lg lg V Vc p p p V p V V Vp p p V V p V p V V c V c c a a e zz e z z b b z z c . (11.3) Коэффициент полноты индикаторной диаграммы . при данной схеме замены усредненной действительной индикаторной диа- граммы расчетной составляет 0,95–0,98. В дизелях с неразделенными и полуразделенными камерами сгорания при . . 1,5 коэффициент эффективного выделения теп- лоты .с–z = 0,8–0,85, в дизелях с разделенными камерами сгора- ния – 0,75–0,8. §4. Методы расчета процессов сгорания и расширения в двигателях с воспламенением топлива от сжатия Конечной целью расчета процессов сгорания и расширения в двигателях с воспламенением топлива от сжатия, как и в двига- телях с воспламенением топливовоздушной смеси от искры, яв- ляется построение индикаторной диаграммы на участке сгора- ния-расширения [9]. Для приближенного определения парамет- ров рабочего тела в узловых точках расчетной индикаторной диа- граммы дизеля на участке сгорания-расширения (точки z., z, е) также используется метод Гриневецкого-Мазинга. В качестве ис- ходных данных расчета принимаются экспериментальные данные для двигателя-прототипа: значение коэффициента эффективного 405 выделения теплоты .с–z и степень повышения давления при сго- рании .. В дизелях с разделенной камерой сгорания .с–z = 0,75– 0,80, . = 1,3–1,5; в дизелях с неразделенной и полуразделенной камерами сгорания .с–z = 0,80–0,85, . = 1,5–2. Значение температуры рабочего тела в точке z определяем из уравнения теплового баланса для участка процесса сгорания от точки с до точки z (рис. 11.17): .с.zВцQц . .Uс.z . Lс.z .Uz .Uс . pz .Vz .Vz... (11.4) После преобразований уравнение (11.3) приводится к виду: . . mz z mc c z c с z с t с t R T R T М Q V V 0 0 0 н 1 . .. .. . . . . . . . . . . . (11.5) Определив из уравнения (11.4) значение температуры рабочего тела tz (в точке z), из уравнения состояния (10.23) находим объем рабочего тела в точке z (Vz). Метод приближенного расчета процесса расширения, опре- деление среднего показателя политропы расширения nр, давления и температуры рабочего тела в точке е, соответствующей момен- ту начала открытия выпускных органов (выпускных клапанов или окон) тот же, что и при расчете процесса расширения в дви- гателе с искровым зажиганием (см. подраздел 10.4). При использовании приближенного метода расчета пара- метров рабочего тела в узловых точках расчетной индикаторной диаграммы дизеля на участке сгорания (точки z., z, е) необходимо принять по данным экспериментальных исследований двигателя- прототипа также 3 параметра: ., .с–z и Wе. Использование же уточненного метода расчета изменения состава и параметров ра- бочего тела в надпоршневой полости по углу поворота кривоши- па на участке индикаторной диаграммы от момента воспламене- ния топлива (точка н на рис. 11.17) до момента открытия выпуск- ных органов (точка е на рис. 11.17) требует знания значительно большего количества параметров, значения которых также при- нимаются по экспериментальным данным двигателя-прототипа. Применительно к двигателям с воспламенением топлива от сжа- тия при расчете процессов в надпоршневой полости на участках сгорания и расширения обычно используются зависимость для 406 закона сгорания (10.29), предложенная И.И. Вибе, и зависимость для коэффициента теплоотдачи (4.43), предложенная Г. Вошни. В качестве примера рассмотрим особенности уточненного метода определения изменения параметров рабочего тела в над- поршневой полости на участке от момента закрытия впускных органов газораспределения до момента открытия выпускных ор- ганов газораспределения в дизеле с неразделенной камерой сго- рания. Применительно к двигателям с неразделенными и полу- разделенными камерами сгорания будем исходить из однозонной модели процессов в предположении равновесного состояния ра- бочего тела на каждом расчетном участке, состоящего из воздуха и продуктов сгорания, соотношения объемов которых изменяется на каждом расчетном участке. В действительности же система будет находиться не в равновесном состоянии. В зоне каждого очага воспламенения и сгорания, у каждого элемента поверх- ности стенок надпоршневой полости состав и параметры рабоче- го тела будут различны. Образование очагов воспламенения и сгорания топлива, их исчезновение в отдельных зонах надпорш- невой полости в каждом цикле является случайным явлением. Поэтому использование многозонных моделей расчета процессов в надпоршневой полости многократно усложняет вычисления без заметного повышения точности определения конечных показате- лей цикла. Как и при расчете процессов газообмена в надпоршневой полости для вычисления изменения давления рабочего тела в надпоршневой полости на участках индикаторной диаграммы, соответствующих процессам сжатия, сгорания и расширения ис- пользуем дифференциальное уравнение изменения давления для открытой термодинамической системы (4.28). Если не учитывать потери рабочего тела через поршневые кольца (в технически ис- правном двигателе они незначительны), то для конечного значе- ния продолжительности расчетного промежутка времени ..i (уг- ла поворота кривошипа .. i) уравнение (4.28) для участка сжатия (от точки V до точки н на рис. 11.17) примет вид: .. . .. . . . . . . . . i i i i i i i i i V pQ к к Vp к p п 1 т ; (11.6) 407 для участка сгорания-расширения (от точки н до точки е на рис.11.17) . . .. . .. . . . . . . . . . . . . . i i хi i i i i i i i i V p Q Q к V х к Vp к p п 1 1 т . (11.7) Условные обозначения параметров, исходные данные для расчета представим в форме таблицы (табл. 11.2), приняв, в ос- новном, те же условные обозначения, что и при расчете процес- сов газообмена (табл. 6.2). Таблица 11.2 – Условные обозначения параметров № п/п Параметры и расчетные зависимости Принятые обозначения 1 2 3 1 Диаметр цилиндра D, м D 2 Ход поршня S, м S 3 Длина шатуна L, м L 4 Рабочий объём цилиндра Vh , м3 VH 5 Степень сжатия . E 6 Объём камеры сжатия Vс , м3 VC 7 Частота вращения коленчатого вала n, мин–1 N0 8 Средняя скорость поршня Сm , м/с CM 9 Тангенциальная составляющая скорости рабочего тела относительно поверхности стенок цилиндра Ст , м/с СТ 10 Углы поворота коленчатого вала в .ПКВ, соответ- ствующие: . закрытию впускных органов .4 FS2 . открытию выпускных органов .1 FB1 . началу сгорания .н FN . продолжительности сгорания ..z DFZ . концу процесса сгорания .z FZ 11 Элементарный состав топлива: С С Н Н О О 408 Таблица 11.2 – Продолжение 1 2 3 12 Содержание кислорода в воздухе rO2 RO2 13 Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива М0. , кмоль/кг М0 14 Коэффициент избытка воздуха . LB 15 Цикловая подача топлива Вц, кг/цикл ВС 16 Универсальная газовая постоянная R0, кДж/кмоль R0 20 Низшая теплота сгорания топлива Qн, кДж/кг QN 21 Параметры и состав рабочего тела в надпоршневой полости в точке v: . рv, Па РV . Vv, м3 VV . Mv. , кмоль МV . Тv = pvVv R0Mv. , К ТV . Мц.sv . М.v .1. .., кмоль MCSV . . . . . ..М v Мцsv , кмоль МGV . r.v . M..v Mv. RGV 22 Текущее значение параметров рабочего тела: . рi, Па РI . Vi, м3 VI . Mi. , кмоль МI . i М. ., кмоль МGI . . . . . .. r. i . М.. i Mv. 1. . .1 xi RGI . . ВМ 23 Доля сгоревшего топлива от цикловой подачи: . к началу расчетного участка . . .. . . .. . .. . . .. . ... . . . . . .1 1 exp 6,908 н m z i xi Х(I) . в течение расчетного промежутка времени .х(i) DX(I) 24 Показатель динамики сгорания m M 25 Удельные молярные теплоемкости, кДж/(кмоль.К): . для воздуха .сVbi = ab + bb ti МСVВI . для продуктов сгорания .сVтi = aт + bт ti МСVТI 409 Таблица 11.2 – Продолжение 1 2 3 26 Коэффициенты ab, bb, aт, bт : . ti . 1000 .С: ab АВ1 bb ВВ1 aт АТ1 bт ВТ1 . ti . 1000 .С: ab АВ2 bb ВВ2 aт АТ2 bт ВТ2 27 Значение показателя адиабаты на расчетном участке .1 . . .1 . .. 273. 1 8,314 т т . . . . . . . . b .i .i b . i . i i i a r a r b r b r Т к КI 28 Коэффициент теплоотдачи .тi, Дж/(м2.с): LTI . при .i . .н . . .. . .0,8 0 т 0,2 5 0,8 т 128 10 2,28 0,308 . . . . . . . i D pi С Cm Cm Ti . при .i . .н . . 0,53 0,8 v v 3 0,2 5 0,8 т т 3,24 10 128 10 2,28 0,308 . . . . .. ... . . .. . . .. . .. . . .. . . . . .. .. . . . .. . . .. . . . . . i к i h i i i i m m i i T VV p p V p V T C CD p С с 29 Средние значения температуры поверхности, К . поршня Тп ТП . головки цилиндра Тг ТГ . цилиндра Тц ТС 30 Площадь поверхности стенок надпоршневой полости, м2 . днища поршня 2 п 4 F D . . FП . головки цилиндра z 2 г 4 . . . . F . D D FГ . цилиндра . . ... . . . . . i . . . . .i . . .i L F D S S 1 cos 2 8 ц 0,5 1 cos FCI 410 Таблица 11.2 – Продолжение 1 2 3 31 Надпоршневой зазор при положении поршня в ВМТ .z, м DZ 32 Количество теплоты, передаваемой от стенок к рабо- чему телу или от рабочего тела к стенкам надпорш- невой полости, Дж: . на расчетном участке .Qтi DQTI . к началу расчетного участка Qтi QTI 33 Объем надпоршневой полости Vi, м3: . . ... . . . . . i . c . h . .i . . .i L V V V S 1 cos 2 8 0,5 1 cos VI 34 Изменение объема надпоршневой полости на расчет- ном участке .Vпi, м3 DVI 35 Шаг расчета: . .., .ПКВ DF . .. = 6 n.. , с DT 36 Изменение давления рабочего тела на расчетном участке, Па: DРI при .i . .н .. . .. . . . . . . . . i i i i i i i i i V pQ к к Vp к p п 1 т . при .i . .н . . .. . .. . . . . . . . . . . . . . i i хi i i i i i i i i i V p Q Q к V х к Vp к p п 1 1 т 37 Среднее значение показателя политропы: . на участке сжатия . . . . v нн v ln ln V Vn p p c . NС . на участке расширения . . . . z z ln ln V Vn p p e e p . NR 411 Таблица 11.2 – Продолжение 1 2 3 38 Работа сжатия Lc . Lc1 . Lc2 , Дж: LC . . . . . . . . . . i i i N i Lc . Lc . pi . p i V .V . .. . . . 1 1 1 v c 0,5 1 LC1 Lc2 . Lc(a.v) . .pvVv . paVa . .nc .1. LC2 39 Работа расширения Lp . Lp1 . Lp2 , Дж: LR . . . . . . . . . . i i i N i Lр . Lр z . pi . p i V . .V .. . . . 1 1 1 е 0,5 1 LR1 Lp2 . Lp.e.b. . .peVe . pbVb . .np .1. LR2 40 Коэффициент полноты индикаторной диаграммы . КР 41 Индикаторная работа газов Li = . (Lр – Lс), Дж LI 42 Среднее индикаторное давление hi i Vp . L , Па РIS 43 Индикаторный КПД ВцQн Li .i . КРDI Коэффициент полноты индикаторной диаграммы . и в этом случае составляет 0,95 – 0,98. Условные обозначения параметров двигателя и различных физических величин упрощают составление алгоритма вычисле- ний (рис. 11.18) и программы расчета. В предлагаемой схеме алгоритма расчета параметров и со- става рабочего тела на участках индикаторной диаграммы, соот- ветствующих процессам сжатия, сгорания и расширения, вычис- ления разбиты на ряд блоков (I – XIII), используемых в опреде- ленной последовательности. Приняв значения исходных данных (блок I на рис. 11.18), вычисляем значение параметров, которые не изменяются в течение всего цикла вычислений (блок II). Затем вычисляем изменения объема надпоршневой полости в течение расчетного промежутка времени, площадь поверхности стенок цилиндра (блок III), количество теплоты, передаваемое на рас- четном участке от стенок надпоршневой полости к рабочему те- лу или от рабочего тела к стенкам .Qтi (блок IV), показатель адиабаты для рабочего тела в начале расчетного участка (блок V), 412 изменение давления рабочего тела к концу расчетного участка .рi, параметры рабочего тела в конце расчетного участка, коли- чество теплоты Qт(i+1), работу сжатия Lс1(i+1) – блок VI. Результаты расчетов выводятся на печать и цикл вычислений повторяется до момента, когда конец последнего расчетного участка совпадет с углом поворота кривошипа .н, соответствующим моменту начала сгорания. На этом завершается вычисление параметров рабочего тела на участке сжатия от точки v до точки н (рис. 11.17). Состав рабочего тела на этом участке индикаторной диаграммы, харак- теризуемый коэффициентом остаточных газов . и объемной до- лей продуктов сгорания в смеси газов r., постоянны. На участке сгорания-расширения от точки н до точки е ин- дикаторной диаграммы (рис. 11.17) последовательность вычисле- ний примерно та же, что и на участке сжатия, но цикл вычисле- ний дополняется блоками вычисления количества теплоты .Qхi (блок IХ), сообщаемой рабочему телу на расчетном участке вследствие реакций окисления топлива, и изменения состава ра- бочего тела (блок Х) вследствие увеличения количества продук- тов сгорания М.i. В блоках ХI и ХII вычисляются в зависимости от температуры рабочего тела значения показателя адиабаты ра- бочего тела кi на расчетном участке. Завершается цикл вычисле- ний (блок ХIII) определением: изменения давления рабочего тела на расчетном участке .рi и параметров рабочего тела в конце расчетного участка (р(i+1), V(i+1), M(i+1), T(i+1)); количества теплоты, подведенной к рабочему телу Qх(i+1), и отведенной от рабочего тела в стенки надпоршневой полости Qт(i+1); работы расширения рабочего тела Lр1(i+1) к концу расчетного участка. При достиже- нии угла поворота кривошипа .z, соответствующего окончанию процесса сгорания, в блоке вычислений IХ значения хi будут по- стоянны (хi = хz), а при достижении угла поворота кривошипа .1, соответствующего моменту открытия выпускных органов, вы- числяются индикаторные показатели двигателя (блоки ХIV – ХVI). 413 Рисунок 11.18 – Блок-схема алгоритма расчета процессов сжатия, сгорания и расширения Н Исходные данные: D; S; L; E; N0; LB; DZ; FП; FГ; TП; ТГ; ТС; FB1; FS2; FN; DFZ; М; DF; PV; VV; TV; MV; G; R0; АВ1; BB1; AT1; BT1; AB2; BB2; AT2; BT2; C; H; O; QN; КР Вычисление постоянных величин: D S; 4 VH . 3,14 2 VC = VH/(E-1); FП = D2 4 3,14 ; FГ = D2 4 3,14 +3,14.D.DZ; CM = S.N0/30; DT = DF/(6.N0); MSCV = MV .1. G.; MGV = MSCV.G; RGV = MGV MV; .C 12 H 4 O 32. RO2 M0 . 1 . . ; BC . MSCV .LB.M0.; LB M0BХ 1 H 4 O 32 . . . . ; BM =.BХ . G. .1. G.; FZ = FN + DFZ FI = F1 = FS2; VI = V1 = VV; F(I+1) = FI + DF; . . . . . . ... . . . . . . . . . . . 1. cos2 FI . DF 8L V I 1 VC 0,5 VH 1 cos FI DF S ; DVI = V(I+1) – VI; . . . . ... . . . . . . . . . . 1. cos2 FI 8L FCI р D 0,5 S 1 cos FI S III II I a b 414 Рисунок 11.18 – Продолжение F(I+1) RGI = RGV; AB1.1 RGV. AT1 RGV .BB1.1 RGV. BT1 RGV..TI 273. KI 1 8,314 . . . . . . . . . . DPI = ... ... . . . . . DVI PI DQTI KI KI 1 VIKI PI ; F(I+1) = FI + DF; V(I+1) = VI + DVI; P(I+1) = PI + DPI; M(I+1) = MV; T(I+1) =P.I .1..V.I .1. .R0 .MV.; QT(I+1) = QTI + DQTI; DLC1(I) = 0,5.[P(I+1) + PI].DVI; LC1(I+1) = LC1(I) + DLC1(I) . FN b IV V VI FI = F1 = FS2; TI = T1 = TV; PI = P1 = PV; . . CM ; CM LTI 128 D 10 PI TI 2,28 0,308 CT 0,8 -0,2 5 0,8 0,53 .. . .. . ... ... . . . . . . DQTI = LTI.[FП.(TI–TП)+FГ.(TI–TГ)+FCI.(TI–TCI)] .DT; F(I+1) . FN .FB1 .FB1 c d a 415 Рисунок 11.18 – Продолжение F(I+1) = FN = F1; V(I+1) = VFN = V1; P(I+1) = PFN = P1; T(I+1) = TFN = T1; K(I+1) = KFN = K1; QT(I+1) = QTFN = QTC; . . ln.VV VN. NC . ln PN PV LC1(I+1) = LC1N = LC1; QTI = QTFN = QT1 = 0; F(I+1) = FI + DF; . . VH .PI PV .VV VI. . ; PI VI 3,24 10 TI CM CM LTI 128 D 10 PI TI 2,28 0,308 CT0,8 3 NC -0,2 5 0,8 0,53 . . . . . . . . . . . . . . ... ... . . . . . . DQTI . LTI . .FП.TI . TП.. FГ.TI . TГ.. FCI.TI . TC...DT c c VII VIII MGI = MGFN = MG1 = MGV; RGI = RGFN = RG1 = MGV MV; MG(I) = MGV + MV.BM.X(I); RGI . MG(I) .MV.1. .BM.1..X.I... X(I) = XFN = X(1) = 0; QX(I) = QXN = QX(1) = 0; . . . .. . . .. . ... ... . . . . . M.1 DFZX I 1 1 exp 6,908 FI FN ; DX(I) = X(I+1)-X(I); DQX(I) = BC.QN.DX(I) IX X 416 Рисунок 11.18 – Продолжение TI-273 DPI = . . . . . . ... ... . . . . . . . . . DVI PI DQX I -DQTI KI VI BM 1 DX I KI 1 VIKI PI ; F(I+1) = FI + DFI; P(I+1) = PI + DPI; V(I+1) = VI + DVI; M(I+1) = MV.[1 + (BM-1).X(I)]; T(I+1) =P.I .1..V.I .1. .R0 .M.I .1..; QT(I+1) = QTI + DQTI; QX(I+1) = QX(I) + DQX(I); DLR1(I) = 0,5.[P(I+1) + PI].DVI; LR1(I+1) = LR1(I) + DLR1(I) LR1(Е) = LR1 . 1000.C с XI KI = 1. 8,314 .AB1 .1. RGI.. . AT1. RGI . .BB1 .1. RGI.. . BT1.RGI..TI . 273.. . 1000.C a KI = 1. 8,314 .AB2 .1. RGI.. . AT2 . RGI . .BB2 .1. RGI.. . BT2 .RGI..TI . 273.. XII XIII 417 Рисунок 11.18 – Продолжение . . ln.VV VN. NC . ln PN PV ..VH VC. VV.NC PA PV . . ; NC -1 LC2 PA VA PV VV . . . . ; LC = LC1 + LC2; QT(I+1) = QTFN = QTC; d XIV LI = KP(LR – LC); PIS . LI VH ; KPDI . LI .BC.QN. P(I+1) = PE; V(I+1) = VE; VB = VC + VH; PFZ = PZ; VFZ = VZ; . . ln.VE VZ. NR . ln PZ PE ..VH VC. VE.NP PFB PB PE . . . ; NR -1 LR2 PE VE PB VB . . . . ; LR = LR1 + LR2; XV XVI 418 Контрольные вопросы и задания 1. Охарактеризуйте основные типы систем подачи топлива дизелей. 2. Перечислите основные элементы систем топливоподачи дизелей. 3. Какие типы форсунок используются в системах топливо- подачи дизелей? 4. Какие параметры и показатели характеризуют процессы топливоподачи дизелей? 5. Объясните особенности процесса распыливания топлива при впрыске. 6. Как влияет тип распылителя на процессы распыливания топлива? 7. Как влияет давление топлива перед форсункой и проти- водавление среды на процессы распыливания топлива? 8. Назовите основные типы камер сгорания в дизелях. 9. Объясните особенности процессов смесеобразования в дизелях с неразделенными и полуразделенными камерами сгора- ния. 10. Объясните особенности процессов смесеобразования в дизелях с разделенными камерами сгорания. 11. Объясните особенности протекания процессов: . воспламенения топлива в дизелях; . сгорания топлива в дизелях; . расширения продуктов сгорания. 12. Какие параметры и показатели характеризуют процесс сгорания в дизелях? 13. Как приближенно определяются основные параметры процессов сгорания и расширения в дизелях? 14. Объясните цель и задачи уточненного расчета процессов сгорания и расширения в дизелях. 15. Объясните назначение блок-схемы математического мо- делирования процессов сжатия, сгорания и расширения в дизе- лях. 419 Список литературы к главе 11 1. Гюльднер Г. Двигатели внутреннего сгорания. Т.2 / Пере- вод с немецкого Калиша Г.Г. и Алексеева С.И. – М.: МАКИЗ, 1928. – 864 с. 2. Брилинг Н.Р., Вихерт М.М., Гутерман И.И. Быстроходные дизели. – М.: Машгиз, 1951. – 520 с. 3. Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных ди- зелей. Справочник – Л.: Машиностроение, 1990. – 349 с. 4. Воинов А.Н. Сгорание в быстроходных поршневых двига- телях. – М.: Машиностроение, 1977. – 277 с. 5. Беттгер И.И. Анализ бесшумного горения в дизелях // Тру- ды лаборатории двигателей АН СССР «Сгорание и смесеобразо- вание в дизелях». – М.: АН СССР, 1960. – С. 18–31. 6. Дьяченко В.Г., Сандомирский М.Г. Двухфазная подача топлива с независимым регулированием момента и количества топлива, подаваемого в каждой из фаз // Респ. межвед. научно- техн. сб. «Двигатели внутреннего сгорания». – Харьков: ХГУ, 1966. – № 3. – С. 3–8. 7. Глаголев Н.М. Способы повышения КПД тепловозных двигателей. Индикаторный КПД // Труды ХПИ «Тепловозные и судовые двигатели». – Харьков: ХГУ, 1961. – Т. XXXII. – С. 5–24. 8. Дьяченко В.Г. Резервы улучшения экономичности двига- теля с высоким газотурбинным наддувом при понижении его быстроходности // Труды ХПИ: Серия «Энергомашиностроение». – Харьков: ХГУ, 1963. – Вып. 3.– Т. XLIII. – С. 114–125. 9. Методические указания к курсовой работе «Расчет рабо- чих процессов в двигателях внутреннего сгорания» по дисципли- не «Теория двигателей внутреннего сгорания» / Дьяченко В.Г. – Харьков: ХНАДУ, 2001. – 36 с. 420 Глава 12 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ §1. Индикаторные показатели Источниками определения индикаторных показателей дви- гателя являются индикаторная диаграмма (расчетная или экспе- риментальная) и цикловая подача топлива. При эксперименталь- ных исследованиях цикловая подача определяется прямыми из- мерениями, а при моделировании рабочих процессов – по вели- чине свежего заряда надпоршневой полости и коэффициенту из- бытка воздуха. Основными индикаторными показателями явля- ются индикаторная работа газов за цикл, индикаторная мощ- ность, индикаторный коэффициент полезного действия, удель- ный индикаторный расход топлива. Индикаторная работа газов за цикл по индикаторным диа- граммам определяется как разность работы расширения Lр и ра- боты сжатия Lсж: Li = Lр – Lсж . (12.1) По экспериментальным индикаторным диаграммам работа рас- ширения и сжатия определяется обычно как сумма элементарных работ, соответствующих углу поворота кривошипа в пределах 5–10 .ПКВ. Индикаторная работа газов за цикл (в Дж) по расчет- ным индикаторным диаграммам определяется по параметрам ра- бочего тела в узловых точках диаграммы: . двигатель с искровым зажиганием (индикаторная диа- грамма представлена на рис. 10.15): . . . .. . . .. . . . . . . . . . . . 2 1 c 1 c c a a p z z b b z c z c i n p V p V n L p p V V p V p V ; (12.2) . двигатель с воспламенением от сжатия (индикаторная диаграмма представлена на рис. 11.17): . . . .. . . .. . . . . . . . . . . 1 c 1 c c a a p z z b b i z z c n p V p V n L p V V p V p V ; (12.3) 421 Здесь nc и nр – средние значения показателей политропы сжатия и расширения, соответствующие параметрам рабочего тела в точ- ках V, c, z и e расчетных индикаторных диаграмм (рис. 10.15, 11.17): c c c V Vn p p V V ln . ln , (12.4) z z р V Vn p p e e ln . ln . (12.5) Значения параметров в условных точках a и b расчетных ин- дикаторных диаграмм определяются в предположении, что по- литропы сжатия V-c и расширения z-e продолжены до НМТ, то есть c nc c c n paVa . p V ; (12.6) c nc z z n pbVb . p V ; (12.7) или nc pa . pс . ; (12.8) np pb . pz . . (12.9) Вследствие приближенного представления на расчетных индикаторных диаграммах процессов в надпоршневой полости индикаторная работа газов, определенная по этим диаграммам, отличается от экспериментальных данных. Это отличие учитыва- ется коэффициентом полноты диаграммы . = 0,95–0,98. Если индикаторную работу газов за цикл определять через параметры расчетных индикаторных диаграмм, то в случае дви- гателя с искровым зажиганием . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . . . . . . . . .1 1 1 1 1 2 1 1 n p p c h i n L p V .. . ... ... . . . . .1 1 1 1 1 nc nc ; (12.10) в случае дизеля 422 . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . . . . . . . .1 1 1 1 1 1 n p p c h i n L p V .. . ... ... . . . . .1 1 1 1 1 nc nc . (12.11) Определив индикаторную работу газов за цикл, вычисляем: . удельную индикаторную работу (Дж/м3, Дж/см3) и среднее индикаторное давление (Па, МПа) li . pi . Li Vh ; (12.12) . индикаторную мощность (кВт) Ni . к Li ; (12.13) . индикаторный КПД ц н ч н 3600B QN B Q Li i .i .. . ; (12.14) . удельный индикаторный расход топлива (кг/(кВт.ч)) i i Ng . Bч . (12.15) Здесь, как и ранее (глава 1), к – число рабочих циклов за 1 с; Вц – цикловая подача топлива; Qн – низшая теплота сгорания топлива; Вч – часовой расход топлива. Индикаторные показатели двигателей зависят от тактности, способа смесеобразования и воспламенения, наддува, вида топ- лива, условий окружающей среды и изменяются в широких пре- делах (табл. 12.1). Использование наддува позволяет в несколько раз повысить удельную индикаторную работу li и среднее инди- каторное давление рi. Индикаторный КПД при этом изменяется значительно меньше. При использовании газообразного топлива (природного га- за, сжиженного газа, биогаза) удельный индикаторный расход топлива оценивается в нм3/(кВт.ч). Удельная индикаторная рабо- та (среднее индикаторное давление), индикаторная мощность при переводе двигателя на газообразное топливо снижается на 423 10–20 % вследствие увеличения объемной доли газообразного топлива в смеси газа и воздуха. Таблица 12.1 – Индикаторные показатели различных двигателей, работающих на топливах из нефти Тип двигателя Показатели li, Дж/см3 рi, МПа .i gi, кг/(кВт.ч) Двигатели с искро- вым зажиганием: . без наддува 0,7–1,2 0,7–1,2 0,30–0,40 0,205–0,270 . с наддувом 1,2–1,8 1,2–1,8 0,35–0,40 0,205–0,235 Дизели: . без наддува 0,6–0,9 0,6–0,9 0,45–0,50 0,170–0,190 . с наддувом 1,2–2,5 1,2–2,5 0,45–0,55 0,170–0,190 Влияние различных факторов на индикаторную работу газов за цикл может быть оценено по зависимости (12.14): . в случае двигателя с внешним смесеобразованием и искровым зажиганием i s s h i i Q M L B Q V . . . . . . . . . н 0 т v ц н 1 ; (12.16) . в случае двигателя с внутренним смесеобразованием, на- пример, дизеля i s s h i i Q M L B Q V . . . . . . . н 0 v ц н . (12.17) Таким образом, определяющими факторами по влиянию на индикаторную работу газов за цикл являются: . коэффициент наполнения .Vs, характеризующий степень совершенства процессов газообмена; . плотность воздуха (топливовоздушной смеси) .s перед впускными клапанами, зависящая в двигателях с наддувом от давления наддува рк и температуры воздуха после воздухоохла- дителя Тs; 424 . рабочий объем цилиндра (диаметр цилиндра D и ход поршня S); . коэффициент избытка воздуха .; . низшая теплота сгорания топлива Qн; . индикаторный КПД, характеризующий степень совер- шенства процессов смесеобразования и сгорания. Оказывают некоторое влияние на индикаторную работу га- зов за цикл и характеристики топлива (Qн, М0, .т). Индикаторный КПД двигателя в свою очередь также зави- сит от ряда других факторов: . КПД термодинамического цикла .t, зависящего в общем случае от отношения степени расширения рабочего тела .р к сте- пени сжатия .д и степени повышения давления . (см. §2 главы 1); . свойства рабочего тела (состава, теплоемкости), характе- ризуемого относительным коэффициентом .с; . полноты сгорания топлива и эффективности использова- ния теплоты сгорания топлива, характеризуемой коэффициентом эффективного выделения теплоты .c-z или относительным коэф- фициентом ..; . потерь теплоты от газов в стенки We на участке расшире- ния рабочего тела или относительным коэффициентом .W. Неточности представления реальных процессов в надпорш- невой полости в схематизированных циклах, в которых последо- вательно учитываются свойства рабочего тела, полнота сгорания и эффективность использования теплоты топлива, потери тепло- ты от рабочего тела в стенки надпоршевой полости, учитываются относительным коэффициентом полноты расчетной индикатор- ной диаграммы .. = . = 0,95–0,98. Таким образом, индикатор- ный КПД двигателя может быть представлен как произведение термического КПД цикла на ряд относительных коэффициентов (относительных КПД): .i = .t .c .. .W ... (12.18) Значения относительных КПД определяют путем последо- вательного перехода сначала от термодинамического цикла с идеальным рабочим телом (.сV = const) к циклу с реальным рабо- чим телом (.сV = f(t), .c-z = 1, We = 0), затем без теплообмена со 425 стенками надпорш- невой полости (.сV = = f(t), .c-z < 1, We = 0) и, наконец, к дейст- вительному циклу (.сV = f(t), .c-z < 1, We > 0). Примеры последовательного перехода от термо- динамического цик- ла к действительно- му для двигателя с искровым зажигани- ем и различных че- тырехтактных дизе- лей представлены на рис. 12.1, 12.2 и 12.3. Как в двига- теле с искровым зажиганием и внешним смесеоб- разованием так и в дизелях отличие свойств реального рабочего тела от идеального газа снижает КПД цик- ла на 11–16 %. Неполнота сгора- ния топлива (в двигателе с искро- вым зажиганием . . 1) и смещение подвода теплоты сгорания топлива от ВМТ на линию Рисунок 12.2 – Влияние коэффициента избытка воздуха на параметры и показатели действительного цикла вихрекамерного дизеля СМД-14А: z = 4; S/D = 140/120; . = 16,5; n = 1700 об/мин 0,36 0,40 0,44 0,56 0,60 . 0,48 0,52 0,64 0,68 1,5 2,0 2,5 . 1,5 2,0 2,5 . .vs 0,85 0,81 р, МПА 4 6 . 1,2 2,0 We,% 13 17 .vs рz рc . . .c-z We . 1,6 1,4 0,7 0,9 .c-z .i=.t.c...w .t.c.. .t.c .t Рисунок 12.1 – Влияние степени сжатия на параметры и показатели действительного цикла карбюраторного двигателя ВАЗ-2103 (z = 4; S/D = 80/76, n = 3000 об/мин) 0,30 0,35 0,25 0,40 0,45 0,50 0,55 . 7,5 8,5 . 7,5 8,5 . .V 0,7 0,5 .з, .ПКВ 25 15 . 2 3 .V . .з рz рc . .t . 2 4 р, МПА 0,8 1,0 .t.c .t.c.. .i=.t.c...W
Форма входа
Поиск
Друзья сайта
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz
  • Статистика

    Онлайн всего: 1
    Гостей: 1
    Пользователей: 0