—удовые двигатели внутреннего сгорани€

 лассификаци€ судовых двигателей внутреннего сгорани€, их маркировка. ќбобщЄнный идеальный цикл поршневых двигателей и термодинамический коэффициент различных циклов. “ермохими€ процесса сгорани€.  инематика и динамика кривошипно-шатунного механизма.

–убрика “ранспорт
¬ид учебное пособие
язык русский
ƒата добавлени€ 21.11.2012
–азмер файла 2,3 M

ќтправить свою хорошую работу в базу знаний просто. »спользуйте форму, расположенную ниже

—туденты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

–азмещено на http://www.allbest.ru/

‘≈ƒ≈–јЋ№Ќќ≈ ј√≈Ќ“—“¬ќ ћќ–— ќ√ќ » –≈„Ќќ√ќ “–јЌ—ѕќ–“ј

‘≈ƒ≈–≈јЋ№Ќќ≈ √ќ—”ƒј–—“¬≈ЌЌќ≈ ќЅ–ј«ќ¬ј“≈Ћ№Ќќ≈ ”„–≈∆ƒ≈Ќ»≈ ¬џ—Ў≈√ќ ѕ–ќ‘≈——»ќЌјЋ№Ќќ√ќ ќЅ–ј«ќ¬јЌ»я

ћќ–— ќ… √ќ—”ƒј–—“¬≈ЌЌџ… ”√Ќ»¬≈–—»“≈“

им. адмирала √.». Ќевельского

”чебное пособие

по дисциплине

"—удовые двигатели внутреннего сгорани€"

ј.Ќ. —оболенко

¬ладивосток

2009

”ƒ  621.431.74/075.08

—оболенко ј.Ќ.  онспект лекций по дисциплине "—удовые двигатели внутреннего сгорани€" (“еори€ рабочего процесса) [“екст] : ”чебное пособие / ј.Ќ. —оболенко. - ¬ладивосток : ћор. гос. ун-т, 2009. - 116 с.

ƒанна€ работа представл€ет собой учебное пособие по специальности "Ёксплуатаци€ судовых энергетических установок" дл€ студентов заочного обучени€ в соответствии с утверждЄнной программой дл€ морских учебных заведений. ”читыва€, что студенты заочного обучени€ большой материал осваивают самосто€тельно в пособии особое внимание обращено на подробное изложение вывода формул, что облегчает понимание получени€ результата.

ƒанное пособие охватывает три раздела курса судовые двигатели внутреннего сгорани€ - теоретические циклы, теорию рабочего процесса, динамику судовых двигателей. »зучение теории рабочего процесса необходимо дл€ понимани€ процессов происход€щих в дизеле с целью его грамотной эксплуатации.

ƒанное пособие также может быть использовано работниками морского флота при подготовке к аттестации, а также дл€ анализа работы и технического сто€ни€ дизелей при выборе режима их эксплуатации.

»л. 56, табл. 7, библиогр. 5 назв.

–ецензенты: докт. техн. наук, профессор —амсонов ј.».

докт. техн. наук, профессор –уднев Ѕ.».

ќглавление

¬ведение

Ћекци€ 1. ќбщие положени€

1.1  лассификаци€ судовых ƒ¬—

1.2 ћаркировка судовых дизелей

1.3 ќсновные пон€ти€ и определени€

Ћекци€ 2. 2. »деальные циклы

2.1 ќбобщЄнный идеальный цикл поршневых двигателей и термодинамический  ѕƒ различных циклов

Ћекци€ 3. 2.2. „астные случаи идеального цикла

2.2 —равнительный анализ термодинамических циклов ƒ¬—

2.2 »деальные циклы двигателей с наддувом

2.3 ѕромежуточное охлаждение надувочного воздуха

3. –абочий цикл судового дизел€

3.1 ѕроцесс наполнени€ и его основные параметры

Ћекци€ 4. 3.2. ѕроцесс сжати€

3.3 ѕроцесс сгорани€

Ћекци€ 5. 3.3.2. “ермохими€ процесса сгорани€

Ћекци€ 6. 3.3.7. ”равнение сгорани€ дл€ цикла со смешанным подводом теплоты

3.4 ѕроцесс расширени€

Ћекци€ 7. 3.5. ѕроцесс выпуска

Ћекци€ 8. 4. »нтегральные показатели рабочего цикла дизел€

4.1 »ндикаторные показатели работы дизел€

4.2 Ёффективные показатели работы дизел€

4.3 “епловой баланс судового дизел€

Ћекци€ 5. —пособы совершенствовани€ рабочего цикла ƒ¬—

5.1 ѕовышение удельной мощности судовых дизелей

5.2 —истемы наддува

5.3 ќхлаждение надувочного воздуха в дизел€х

Ћекци€ 10. 6. ’арактеристики судовых дизелей

6.1 ¬нешн€€ характеристика

6.2 ќграничительна€ характеристика

6.3 ¬интова€ характеристика

6.4 Ќагрузочна€ характеристика

6.5 ”ниверсальна€ характеристика

Ћекци€ 11. 7.  инематика кривошипно-шатунного механизма

7.1 ќпределени€ и обозначени€

7.2 ѕеремещение поршн€

7.3 ќпределение угла поворота кривошипа по заданному перемещению поршн€

7.4 —корость поршн€

7.5 ”скорение поршн€

Ћекци€ 12. 8. ƒинамика кривошипно-шатунного механизма

8.1 ѕриведение масс деталей и звеньев  Ўћ

Ћекци€ 13. 8.2. —илы инерции одного цилиндра

Ћекци€ 14. 8.3. ќпределение набегающих тангенциальных сил на шейках коленвала многоцилиндрового двигател€

Ћекци€ 15. 8.4. ¬нешн€€ неуравновешенность и уравновешивание двигателей

Ћекци€ 16. 8.4.2. ќпределение неуравновешенных сил и моментов сил инерции от системы сил инерции вращающихс€ масс

Ѕиблиографический список

¬ведение

ƒвигатели с самовоспламенением топлива - дизели €вл€ютс€ наиболее совершенным видом двигателей внутреннего сгорани€. ѕервый дизель был изобретЄн в 1892 г. немецким инженером –удольфом ƒизелем. Ёто дизель работал на керосине, распыливаемом форсункой за счЄт сжатого воздуха высокого давлени€. ћощность этого дизел€ была 15 к¬т при  ѕƒ 26 %. „есть создани€ первого в мире дизел€ работающего на т€жЄлом жидком топливе (сырой нефти) принадлежит ѕетербургскому машиностроительному заводу Ќобел€ (впоследствии завод "–усский дизель"). ¬ 1899 г. в —анкт-ѕетербурге был построен первый в –оссии дизель, который работал на сырой нефти и имел  ѕƒ 28 %.  онструкци€ первого российского дизел€ была существенно переработана по сравнению с двигателем ƒизел€ и, кроме того, он имел оригинальный конструкцию топливного насоса регулировка которого осуществл€лась обратным перепуском части топлива через всасывающий клапан. ƒата выпуска этого дизел€ считаетс€ началом дизелестроени€ в –оссии.

¬ насто€щее врем€ дизели составл€ют основу энергетических установок на морских и речных судах.

ƒл€ анализа работы судового дизел€ в первую очередь требуетс€ знание характера протекани€ рабочего процесса дизел€.

÷ель данного учебного пособи€ - способствовать повышению уровн€ подготовки судового механика прошедшего заочную форму обучени€.

ƒанное пособие содержит изложение вопросов термодинамических процессов происход€щих в цилиндре дизел€ и термохимии процесса сгорани€, рассмотрено протекание процесса сгорани€ по анализу кривой изменени€ давлени€ в цилиндре.

«нание термодинамических основ рабочего цикла позволит у€снить переделы использовани€ теплоты в том или ином цикле и пон€ть пути дальнейшего совершенствовани€ двигателей.

¬ основу изложени€ процессов происход€щих в дизел€х положены работы проф. ¬.». √риневицкого и проф. ≈.  ћазинга, переработанные и дополненные проф. ¬.ј. ¬аншейдтом. »ндикаторные и эффективные показатели, а также характеристики судовых дизелей завершают рассмотрение рабочих процессов, происход€щих в дизеле.

–ассмотрены системы продувки и выпуска двухтактных дизелей.

¬ св€зи с современным развитием дизелей рассмотрены вопросы совершенствовани€ их показателей - системы наддува, способы охлаждени€ надувочного воздуха.

јвтор выражает глубокую признательность д.т.н. проф.  иче √.ѕ. за тщательный просмотр рукописи и сделанные им ценные замечани€ и предложени€.

Ћекци€ 1. ќбщие положени€

1.1  лассификаци€ судовых ƒ¬—

—удовые двигатели подраздел€ютс€ по следующим признакам:

1. —пособу осуществлени€ рабочего цикла:

- четырехтактные („), у которых рабочий цикл выполн€етс€ за четыре хода поршн€;

- двухтактные (ƒ), у которых рабочий цикл выполн€етс€ за два хода поршн€.

2. —пособу действи€:

- простого действи€ (ƒ и „), у которых рабочий цикл совершаетс€ только в верхней полости цилиндра над поршнем;

- двойного действи€ (ƒƒ), у которых рабочий цикл совершаетс€ в двух полост€х (над и под поршнем);

- с противоположно-движущимис€ поршн€ми (ѕƒѕ).

3. –оду рабочего цикла (условное подразделение по аналогии с идеальными циклами):

- с подводом теплоты при почти посто€нном объеме (V=const) - двигатели с принудительным зажиганием и низкой степенью сжати€ (карбюраторные и газовые двигатели);

- с подводом теплоты при почти посто€нном давлении (p=const) - двигатели с воздушным распыливанием, самовоспламенением и высокой степенью сжати€;

- со смешанным подводом теплоты (сначала при V=const, затем - при p=const) - большинство современных дизелей.

4. –оду примен€емого топлива:

- использующие легкое жидкое топливо (бензин, керосин), которое вводитс€ в цилиндр в парообразном состо€нии в смеси с воздухом;

- использующие т€желое жидкое топливо (дизельное, моторное, мазут), впрыскиваемое в цилиндр под давлением;

- использующие газообразное топливо, газ и воздух поступают в цилиндр раздельно или в смеси, зажигание осуществл€етс€ электрической искрой;

- газожидкостные, где основное топливо - газ, запальное топливо (10...15 %) - дизельное топливо;

- многотопливные - приспособленные дл€ работы на широком ассортименте жидких топлив - от легких до т€желых.

5. —пособу наполнени€ рабочего цилиндра:

- без наддува, у которых наполнение воздухом или рабочей смесью обеспечиваетс€ перемещением поршн€ (из ¬ћ“ к Ќћ“) или за счет продувочного воздуха;

- с наддувом, у которых воздух или рабоча€ смесь подаетс€ в цилиндр под повышенным давлением Pk из особого наддувочного или наддувочно-продувочного агрегата.

6. —пособу смесеобразовани€:

- с внутренним смесеобразованием, у которых рабоча€ смесь образуетс€ внутри цилиндра в результате распыливани€ топлива (все дизели);

ќсновными способами внутреннего смесеобразовани€ €вл€ютс€ объемное, объемно-пленочное, пленочное.

- с внешним смесеобразованием, у которых горюча€ смесь, состо€ща€ из паров легкого жидкого топлива с воздухом (или газа с воздухом) образуетс€ вне рабочего цилиндра.

7.  онфигурации камер сгорани€:

- с неразделенными камерами сгорани€ - однополостными (в основном дизели большой и средней мощности);

- с полуразделенными камерами сгорани€ (камера сгорани€ в поршне);

- с разделенными двум€ или более полост€ми камеры сгорани€ (предкамерные, вихрекамерные, воздушнокамерные).

8. —пособу воспламенени€ топлива:

- с самовоспламенением, впрыскиваемого в камеру сгорани€ топлива;

- с принудительным зажиганием;

- с комбинированным воспламенением, например, газодизели.

9.  онструктивному выполнению:

- тронковые, у которых направл€ющей €вл€етс€ тронкова€ часть поршн€;

- крейцкопфные ( ), у которых направл€ющей поршн€ служит ползун, перемещаемый по параллел€м.

10. –асположению рабочих цилиндров:

- вертикальные, горизонтальные, однор€дные, V-образные, двухр€дные, многор€дные, звездообразные, с ѕƒѕ и др.

11. ¬озможности изменени€ направлени€ вращени€ коленвала:

- нереверсивные, имеющие одно посто€нное направление вращени€ (в основном вспомогательные дизель-генераторы);

- реверсивные (–), у которых изменение направлени€ вращени€ осуществл€етс€ особым реверсивным механизмом, измен€ющим фазы газораспределени€ и топливоподачи.

12. „астоте вращени€ коленчатого вала, n, об/мин:

- малооборотные ћќƒ 100 < n ? 350

- среднеоборотные —ќƒ 350 < n ? 750

- повышенной оборотности ƒѕќ 750 < n ? 1500

- высокооборотные ¬ќƒ 1500 < n ? 2500

13. —редней скорости поршн€ —m, м/сек:

- тихоходные 4,5 < —m ? 7

- средней быстроходности 7 < —m ? 10

- быстроходные 10 < —m ? 15

14. Ќазначению

- главные;

- вспомогательные.

1.2 ћаркировка судовых дизелей

ѕо √ќ—“у:

„ - четырехтактный, ƒ - двухтактный,   - крейцкопфный, без " " - тронковый, – - реверсивный, — - судовой с реверсивной муфтой, ѕ - с встроенной редукторной передачей.

Ќапример, 6 „—ѕ 12/14 - шестицилиндровый четырЄхтактный судовой дизель с встроенной передачей и диаметром цилиндра 12 см, ходом поршн€ 14 см; ƒ –Ќ 80/160-4 - двухтактный крейцкопфный реверсивный с наддувом дизель и диаметром цилиндра 80 см, ходом поршн€ 160 см, четвЄртной модификации.

‘ирма "Ѕурмейстер и ¬айн"

M - четырехтактный, V - двухтактный, второе V в конце марки обозначает, что двигатель V-образный, T - крейцкопфный, F - судовой, B - с газотурбинным наддувом, H - вспомогательный.

— 1967 года введены дл€ новых и модернизированных дизелей следующие обозначени€:

первые цифры - число цилиндров, следующа€ за ним буква - тип двигател€ (K - двухтактный крейцкопфный), вторые цифры - диаметр цилиндра в см, следующа€ буква - обозначение модели (E или F), последн€€ буква - назначение двигател€ (F - судовой, реверсивный дл€ пр€мой передачи)

74 VT2BF160 (ƒ –Ќ 74/160), K98FF (ƒ –Ќ 98/200).

‘ирма "«ульцер"

B - четырехтактный, Z - двухтактный, S - крейцкопфный, T -тронковый, D - реверсивный, A - с наддувом, R - c управл€емым выпуском, V - V-образный, G - с редукторной передачей, M - тронковый с коротким ходом поршн€, перва€ цифра - число цилиндров, цифра в конце марки - диаметр цилиндра.

Z 40/38 (ƒЌ 30/38), BAH 22 („Ќ 22/32), MH 42 (ƒ 42/50), TD 48 (ƒ– 48/70), RD 90 (ƒ –Ќ 90/155), RND 105 (ƒ –Ќ 105/180).

‘ирма "SKL"

D - дизель, V - четырехтактный, Z - двухтактный, K - с малым ходом поршн€ S/D<1,3, N - со средним ходом поршн€ S/D >1,3, A - с наддувом, S - с реверсивной муфтой, U - реверсивный, перва€ цифра - число цилиндров, втора€ - ход поршн€.

NVD 48U(„–32/48), NVD48AU („–Ќ32/48)

1.3 ќсновные пон€ти€ и определени€

ѕоложени€  Ўћ при которых ось шатуна лежит в плоскости кривошипа = 00 и = 1800 называютс€ мертвыми точками, так как при этих положени€х сила, приложенна€ к поршню не может вызвать вращательного движени€ коленвала.

 райнее положение поршн€, когда рассто€ние от него до оси вала достигает максимума ( = 00) называетс€ верхней мертвой точкой (¬ћ“); крайнее положение поршн€, при котором рассто€ние от него до оси коленчатого вала достигает минимума ( = 1800) называетс€ нижней мертвой точкой (Ќћ“).

–ассто€ние при перемещении поршн€ из одного крайнего положени€ в другое называетс€ ходом поршн€ ( S ).

–абочие процессы, совершаемые в течение одного хода поршн€ (часть рабочего цикла) называютс€ тактом.

ѕри перемещении поршн€ объем внутренней полости цилиндра мен€етс€. ’арактерными объемами при этом €вл€ютс€ следующие:

ќбъем внутренней полости цилиндра при положении поршн€ в Ќћ“ называетс€ полным объемом цилиндра Va.

ќбъем внутренней полости цилиндра при положении поршн€ в ¬ћ“ называетс€ объемом камеры сгорани€ Vс.

ќбъем, описываемый поршнем между мертвыми точками, называетс€ рабочим объемом цилиндра Vh.

Va = Vh + Vc

D - диаметр цилиндра.

ќтношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорани€ называетс€ степенью сжати€

—тепень наполнени€ цилиндра свежим зар€дом оцениваетс€ коэффициентом наполнени€, который показывает отношение действительного количества зар€да G1 оставшегос€ в цилиндре, к тому количеству, которое могло бы заполнить рабочий объем цилиндра Vh при температуре Tк и давлении Pк зар€да во впускном трубопроводе перед впускными органами

- плотность зар€да при давлении –k и температуре “k.

»ндикаторна€ диаграмма - диаграмма изменени€ давлени€ в цилиндре по ходу поршн€ за цикл.

Ћекци€ 2. »деальные циклы

2.1 ќбобщЄнный идеальный цикл поршневых двигателей и термодинамический  ѕƒ различных циклов

ƒ¬—, как и другие тепловые двигатели, предназначен дл€ преобразовани€ в механическую работу тепловой энергии выдел€ющейс€ при сгорании топлива.

—огласно второму закону термодинамики невозможно создать такой двигатель, который бы полностью превращал тепловую энергию в механическую. ƒл€ того, чтобы можно было осуществить такой процесс преобразовани€ энергии, необходимо часть подводимого тепла отдавать холодному телу.

 роме неизбежного отвода теплоты, определ€емого выбранным циклом, при работе вс€кого теплового двигател€ возникают дополнительные потери энергии вследствие несовершенства рабочего вещества и охлаждением стенок рабочей полости, в которой происходит догорание топлива, а также потери на зар€дку и очистку цилиндра и на трение трущихс€ деталей. ¬еличина этих потерь определ€етс€ совершенством реального двигател€ и его рабочего цикла. ¬се эти дополнительные потери при рассмотрении идеальных циклов во внимание не принимаютс€.

“аким образом, под идеальным циклом подразумеваетс€ упрощЄнна€ термодинамическа€ схема рабочего цикла двигател€, не имеюща€ каких-либо потерь энергии кроме неизбежной отдачи теплоты холодному телу.

»зучение идеальных циклов даЄт возможность установить предел использовани€ теплоты в том или другом двигателе, сравнить между собой экономичность различных циклов и вы€вить пути дальнейшего совершенствовани€ тепловых двигателей.

ѕри рассмотрении идеальных циклов делаютс€ следующие допущени€:

1) ѕредполагаетс€, что цикл осуществл€етс€ посто€нным количеством идеального газа неизменного химического состава и посто€нной теплоЄмкости.

2) ѕредполагаетс€, что процессы сжати€ и расширени€ протекают без теплообмена с окружающей средой, т.е. адиабатно.

3) —горание топлива и удаление продуктов сгорани€ замен€етс€ условными процессами подвода и отвода теплоты протекающими при V = const или р = const.

÷икл состоит из следующих процессов: - адиабатного сжати€ ас;

- смешанного подвода теплоты частью по изохоре су, частью по изобаре yz;

- адиабатного расширени€ zb;

- смешанного отвода теплоты частью по изохоре bf, частью по изобаре fa.

–ис. 2.1 - —хема обобщЄнного идеального цикла

ѕараметры, характеризующие идеальный цикл:

- степень сжати€ ;

- степень повышени€ давлени€ при сгорании ;

- степень предварительного расширени€ - отношение объЄма в конце расширени€ к объЄму в конце сжати€;

- степень последующего расширени€ - отношение объЄма в конце расширени€ к объЄму в конце подвода теплоты;

- характеристика способа отвода теплоты .

“еплоиспользование в идеальном цикле характеризуетс€ значением термодинамического  ѕƒ зt, который собой отношение теплоты, преобразованной в полезную работу ко всей теплоте, подведЄнной в цикле

. (2.1)

¬ыразим количество подведЄнной теплоты и отведЄнной теплоты в цикле через температуры в характерных точках цикла и соответствующие теплоЄмкости процессов

Q1 = cv(Ty - Tc) + cp(Tz - Ty), (2.2)

Q2 = cv(Tb - Tf) + cp(Tf - Ta). (2.3)

“огда выражение дл€ термодинамического  ѕƒ можно записать

, (2.4)

–азделим числитель и знаменатель на сv и зна€, что - показатель адиабаты получим

. (2.5)

“емпературы в характерных точках цикла можно выразить через начальную температуру Ta, параметры цикла и показатель адиабаты k. ƒл€ этого следует воспользоватьс€ параметрами, характеризующими цикл и соотношени€ми между параметрами идеального газа в адиабатном, изохорном и изобарном процессах.

ƒл€ процесса адиабатного сжати€ ас:

. (2.6)

ƒл€ изохорного процесса сy:

. (2.7)

ƒл€ изобарного процесса yz:

. (2.8)

ƒл€ процесса адиабатного расширени€ zb:

. (2.9)

ƒл€ изохорного процесса bf:

. (2.10)

ѕодставив найденные значени€ температур в выражение дл€ зt и сократив на Ta числитель и знаменатель, получим формулу определени€ термодинамического  ѕƒ идеального обобщЄнного цикла

. (2.11)

»з формулы (2.11) видно, что термодинамический  ѕƒ цикла зависит от способа подвода теплоты, определ€емого значени€ми параметров л и с, от способа отвода теплоты, определ€емого значением параметра у, от показател€ адиабаты k, т.е. от физических свойств рабочего тела и степени сжати€ е.  ак видно из формулы повышение е при одних и тех же услови€х подвода и отвода теплоты ведЄт к увеличению зt.

Ћекци€ 3. 2.2. „астные случаи идеального цикла

¬ зависимости от условий осуществлени€ цикла, параметры, характеризующие способ подвода и отвода теплоты могут принимать частные значени€, соответствующие частным случа€м обобщЄнного цикла.

1-й частный случай. ÷икл относитс€ к поршневому двигателю с выпуском в атмосферу, тогда Vb = Va.

–ис. 2.2 - ÷икл смешанного горени€

ƒл€ температуры конца расширени€ “b было получено следующее выражение (см. формулу 2.9)

. (2.12)

Ќо при Vb = Va отвод теплоты идЄт только по изохоре. ѕоэтому получим

. (2.13)

“о есть

. (2.14)

¬озведЄм обе части выражени€ (1.13) в степень k

уk = лсkуk-1,

и реша€ относительно у найдЄм

у = лсk. (2.15)

ѕодставив полученное выражени€ дл€ у в формулу (2.11) получим выражение дл€ термодинамического  ѕƒ цикла со смешанным подводом теплоты и от отводом теплоты при посто€нном объЄме

. (2.16)

ѕри посто€нном количестве теплоты, подводимой в смешанном цикле соотношение между количеством теплоты, подведенной при V = const и P = cost может быть разнообразным. ѕри этом крайними случа€ми будут такие, когда вс€ теплота подводитс€ только по изохоре или только по изобаре.

2-й частный случай. ¬с€ теплота подводитс€ только по изохоре - цикл быстрого сгорани€.

–ис. 2.3 - ÷икл с изохорным горением

¬ этом случае с = 1. ѕодставив значение с = 1 в формулу (2.16) получим

. (2.17)

“аким образом, теплоиспользование в идеальном цикле быстрого сгорани€ зависит только от е и k, возраста€ с их увеличением.

—тепень повышени€ давлени€ при сгорании л не входит в формулу (2.17). ¬ то же врем€ значение л зависит от количества подводимой теплоты в цикле или в реальных услови€х - от нагрузки двигател€.

—ледовательно, дл€ цикла с подводом теплоты при V = const нагрузка не вли€ет на значение термодинамического  ѕƒ.

ѕо такому циклу работают карбюраторные двигатели, газовые двигатели, калоризаторные двигатели.

3-й частный случай. ¬с€ теплота подводитс€ только по изобаре - цикл постепенного сгорани€.

–ис. 2.4 - ÷икл с изобарным горением

¬ цикле постепенного сгорани€ Pz = Pc и л = 1. ѕодставив значение с = 1 в формулу (2.16) получим

. (2.18)

»з формулы (2.18) видно, что термодинамический  ѕƒ цикла постепенного сгорани€ зависит от е, k и с. «начение с определ€етс€ количеством теплоты подводимой в цикле или в реальных услови€х - нагрузкой двигател€. ѕри увеличении с числитель дроби растЄт быстрее знаменател€, так как с > 1, следовательно зt уменьшаетс€. “аким образом, при увеличении нагрузки термодинамический  ѕƒ цикла постепенного сгорани€ падает.

ѕо такому циклу работают компрессорные двигатели.

2.2 —равнительный анализ термодинамических циклов ƒ¬—

¬ыполним сравнение трЄх типов циклов при определЄнных услови€х.

1. —тепени сжати€ е одинаковы и количества подведЄнной теплоты Q1 во всех трЄх циклах одинаковы (рис. 2.5).

 ак известно площадь под кривой процесса в диаграмме T - S выражает количество подведЄнной м отведЄнной теплоты.

“аким образом, количество подведЄнной теплоты одинаковое дл€ всех трЄх циклов по услови€м сравнени€ выражаетс€ площадью под кривой:

сyz - дл€ цикла быстрого сгорани€;

cz - дл€ цикла постепенного сгорани€;

cyz1 - дл€ цикла со смешанным подводом теплоты.

 оличество отведЄнной теплоты дл€ цикла быстрого сгорани€ выражаетс€ площадью по изохорой ab, а дл€ цикла постепенного сгорани€ - под изохорой abb1.

ќтсюда видно, что количество отведЄнной теплоты дл€ цикла постепенного сгорани€ больше, а следовательно, дл€ данных условий сравнени€ количество теплоты, преобразованной в полезную работу меньше, чем дл€ цикла быстрого сгорани€.

“аким образом, при одинаковых е и Q1 наиболее экономичным будет цикл быстрого сгорани€, затем - цикл со смешанным подводом теплоты и на последнем месте стоит цикл постепенного сгорани€.

ќднако в реальных услови€х карбюраторные двигатели, осуществл€ют цикл быстрого сгорани€ при низких е, двигатели же с самовоспламенением, работающие по смешанному циклу, а также по циклу постепенного сгорани€ допускают применение высоких е. ѕоэтому на практике они более экономичны. —ледовательно дл€ практики более значимо сравнение идеальных циклов при следующих услови€х.

2. ћаксимальные давлени€ цикла одинаковы и количества подведЄнной теплоты одинаковы (рис.2.6).

“акой цикл более близок к действительности. ѕри равных Q1 и Pz в цикле быстрого сгорани€ величина е меньше, а Q2 - больше и, следовательно, теплоиспользование меньше.

Ќапример, зt = 0,5 при е = 7 и с = 1;

зt = 0,6 при е = 14 и смешанном цикле.

2.3 »деальные циклы с двигателей с наддувом

¬ насто€щее врем€ на судах распространены установки, работающие по циклу с продолженным расширением и отводом теплоты при посто€нном давлении P = const. “акой цикл осуществл€етс€ в установке состо€щей из наддувочного компрессора, двигател€ и газовой турбины, в которой происходит расширение продуктов сгорани€, удал€емых из цилиндра двигател€ с давлением выше атмосферного. ѕри этом возможны два существенно различных случа€ осуществлени€ рабочего цикла с продолженным расширением.

¬ первом случае турбина на выпуске работает при постепенно понижающемс€ в процессе расширени€ давлении отработавших газов, что практически может быть достигнуто при раздельном выпуске из каждого цилиндра непосредственно в турбину. ѕри этом кинетическа€ энерги€ истечени€ выпускных газов из цилиндра используетс€ на лопатках турбины.

¬о втором случае перед турбиной поддерживаетс€ посто€нное давление, что достигаетс€ наличием общего выпускного коллектора относительно большого объЄма. ¬ этом случае кинетическа€ энерги€ истечени€ из цилиндра в турбине непосредственно не используетс€. ќднако, вследствие наличи€ трени€ и завихрений в выпускном коллекторе скорость выпускных газов падает и кинетическа€ энерги€ преобразовываетс€ в тепловую, что повышает температуру газов перед турбиной.

1-й случай

–ис. 2.7 - ÷икл с продолженным расширением при постепенно понижающемс€ давлении отработавших газов (импульсный наддув)

оа - адиабатное сжатие в надувочном компрессоре;

aac - адиабатное сжатие в цилиндре двигател€;

cyz - смешанный подвод теплоты;

zzb - адиабатное расширение в цилиндре двигател€;

bf - продолженное расширение: в цилиндре двигател€, в выпускном патрубке и на лопатках турбины;

fo - отвод теплоты при P = const, замен€ющий процесс истечени€ газов из турбины в атмосферу.

¬ случае продолженного расширени€ у = 1, тогда термодинамический  ѕƒ смешанного цикла с продолженным расширением

. (2.19)

«десь, как и в простом смешанном цикле возможны два крайних случа€. ≈сли вс€ теплота подводитс€ при V = const, то с = 1 и получим цикл быстрого сгорани€ с продолженным расширением. ѕричЄм турбина работает с использованием кинетической энергии выпуска.  ѕƒ такого цикла

. (2.20)

≈сли вс€ теплота подводитс€ при – = const, то л = 1 и получим цикл постепенного сгорани€ с продолженным расширением. ѕри этом турбина работает с использованием кинетической энергии выпуска.  ѕƒ такого цикла

. (2.21)

2-й случай

–ис. 2.8 - ÷икл с продолженным расширением с посто€нным давлением отработавших газов перед турбиной (изобарный наддув)

оа - адиабатное сжатие в надувочном компрессоре;

ac - адиабатное сжатие в цилиндре двигател€;

cyz - смешанный подвод теплоты;

zb - адиабатное расширение в цилиндре двигател€;

bа - процесс отвода теплоты при – = const, замен€ющий выпуск из цилиндра;

аr - сообщение того же количества теплоты турбине при P = const, следовательно bаr - процесс замен€ющий собой выпуск из цилиндра в коллектор и смешение после истечени€;

rf - адиабатное расширение в турбине;

fo - отвод теплоты при – = const.

ѕри сравнении экономичности двух последних циклов видно, что наиболее экономичен первый, так как в нЄм отводитс€ меньше теплоты.

”слови€ подвода теплоты, е и количество подведЄнной теплоты обоих циклов одинаково.

2.4 ѕромежуточное охлаждение надувочного воздуха

–ис. 2.9 - ѕромежуточное охлаждение воздуха

aa' - процесс охлаждени€ воздуха в холодильнике (процесс изобарный).

¬заимное расположение диаграмм показывает, что в цикле с охлаждением все температуры, относ€щиес€ к рабочему цилиндру уменьшаютс€, а давлени€ и количества полезно использованной теплоты остаютс€ такими же как и в нормальном цикле. Ёто следует из того, что зt не зависит от абсолютных значений температур и объЄмов, а только от их соотношений, которые одинаковы дл€ обоих сравниваемых циклов.

—ледовательно, в идеальном цикле "C" с охлаждением будет отведено то же количество теплоты, что и в нормальном.

 оличество теплоты, подведЄнное в цикле "Ѕ" меньше на величину Qохл, следовательно, общее количество отведЄнной теплоты, с учЄтом теплоты, отведЄнной в промежуточный холодильник, может быть выражено следующим образом

. (2.22)

ќткуда термический  ѕƒ цикла с охлаждением надувочного воздуха будет равен

. (2.23)

“аким образом, уменьшение  ѕƒ дл€ цикла пропорционально относительному количеству теплоты отведЄнному в промежуточном холодильнике и  ѕƒ идеального цикла, осуществл€емого в системе надувочный компрессор - газова€ турбина.

ѕри невысоких давлени€х наддува промежуточное охлаждение практически не оказывает вли€ние на  ѕƒ идеального цикла. Ќапример, при давлении наддува Pk = 0,2 ћѕа (ек = 1,64) и снижении температуры в холодильнике на ƒt = 30∞ и б = 2,0 получим снижение  ѕƒ всего на 0,4 %.

¬ действительности же  ѕƒ реального двигател€ возрастает, так как понижение температур цикла уменьшает потери теплоты в стенки и тем самым увеличивает относительный  ѕƒ. ќдновременно охлаждение воздуха приводит к увеличению весового зар€да в цилиндре и позвол€ет уменьшить значение коэффициента продувки ца в установках, где высокие значени€ ца необходимы дл€ снижени€ температуры газов перед турбиной.

Ћекци€ 3. –абочий цикл судового дизел€

–абочий цикл судового дизел€ состоит из комплекса процессов, периодически повтор€ющихс€ в цилиндре, а именно:

1) наполнени€, 2) сжати€, 3) сгорани€, 4) расширени€, 5) выпуска.

–ассмотрим их последовательно.

3.1 ѕроцесс наполнени€ и его основные параметры

ѕроцесс наполнени€ состоит в поступлении в рабочий цилиндр за каждый цикл свежего зар€да. ¬ четырЄхтактных дизел€х процесс наполнени€ происходит за врем€ первого такта при ходе поршн€ от ¬ћ“ к Ќћ“, т.е. после окончани€ процесса выталкивани€ отработавших газов. ¬ начале процесса (точка r) объЄм пространства сжати€ заполнен отработавшими или так называемыми остаточными газами с давлением Pr превышающим давление окружающей среды –0 вследствие наличи€ сопротивлени€ в выпускной системе двигател€.

–ис. 3.1 - »ндикаторна€ диаграмма процесса наполнени€ четырЄхтактного ƒ¬—

ќстаточные газы расшир€ютс€ сначала до давлени€ –0 (точка r0), после чего начинаетс€ всасывание свежего зар€да при давлении ниже атмосферного вследствие наличи€ аэродинамических сопротивлений во впускной системе двигател€. ¬ двухтактных двигател€х процесс зар€дки рабочего цилиндра в отличие от четырЄхтактных производитс€ за счЄт принудительной подачи под давлением свежего зар€да во врем€ продувки. ѕри этом дл€ заполнени€ цилиндра свежим зар€дом может быть использована только часть всего объЄма цилиндра - объЄм Vs(1-шs). ќбща€ продолжительность процесса зар€дки 2-т двигател€ короче чем у четырЄхтактного.

–ис. 3.2 - »ндикаторна€ диаграмма процесса наполнени€ двухтактного ƒ¬—

” четырЄхтактных двигателей с наддувом давление в конце выпуска Pr. Ќа участке r1r0r2 при одновременно открытых впускных и выпускных клапанах происходит продувка камеры сгорани€. Ќа участке ad от Ќћ“ до закрыти€ впускного клапана возможна дозар€дка.

–ис. 3.3 - »ндикаторна€ диаграмма процесса наполнени€ четырЄхтактного ƒ¬— с наддувом

—вежий зар€д, поступающий в цилиндр претерпевает следующие изменени€:

1) ƒолжен преодолеть аэродинамическое сопротивление во всасывающем трубопроводе и клапанах 4-т двигател€ и в продувочной систем и окнах 2-т двигател€.

2) ѕри смешивании с остаточными газами вступает с ним в теплообмен и нагреваетс€ до температуры “а, вследствие того, что температура остаточных газов Tr выше, чем у свежего зар€да.

3) ѕодвергаетс€ некоторому подогреву на величину ƒ“а при соприкосновении с внутренними гор€чими стенками цилиндра (днищем поршн€, втулкой цилиндра, клапанами и т.д.).

4) Ќе может полностью вытеснить из цилиндра остаточные газы количество которых в 4-т ƒ¬— определ€етс€ в основном объЄмом камеры сжати€, а в 2-т ƒ¬— - совершенством системы продувки.

¬ результате действительное количество свежего зар€да, заполн€ющего рабочий объЄм Vh при давлении –а и температуре “а в конце процесса наполнени€ будет меньше того количества, которое могло бы заполнить этот объЄм при давлении –0 и температуре “0 окружающей среды.

 ритерием количественной оценки совершенства процесса наполнени€ цилиндра свежей смесью служит коэффициент наполнени€ зн.

 оэффициент наполнени€ - это отношение действительного количества свежего зар€да V0 сжимаемого в цилиндре к количеству зар€да, которое могло бы поместитьс€ в рабочем объЄме Vh при давлении –0 и температуре “0 окружающей среды

. (3.1)

ќсновными параметрами, характеризующими процесс наполнени€ €вл€ютс€ следующие:

- давление в конце наполнени€ Pa;

- температура смеси в конце наполнени€;

- давление Pr и температура Tr остаточных газов;

- коэффициент остаточных газов гr.

ƒавление в конце наполнени€ Pa зависит от аэродинамических потерь во всасывающей системе. Ћини€ всасывани€ лежит всегда ниже атмосферной, наибольшее разрежение получаетс€ примерно на середине хода поршн€, т.е. при максимальном значении скорости хода поршн€.

ѕотер€ давлени€ на всасывании

, (3.2)

где - коэффициент;

о - коэффициент сопротивлени€ впускной системы;

ща - скорость зар€да у клапанов;

fк - проходное сечение клапанов.

ѕотер€ давлени€ на всасывание данного двигател€ пр€мо пропорциональна квадрату частоты вращени€ n и обратно пропорциональна квадрату проходного сечени€ клапанов fк.

ќриентировочно давление в конец наполнени€ можно определить по следующим соотношени€м.

ƒл€ четырехтактных ƒ¬—

без наддува

с наддувом

Pa= (0,85 ч 0,95) –0

Pa= (0,85 ч 0,95) –k

ƒл€ двухтактных ƒ¬—

ћќƒ с контурной продувкой

—ќƒ и ¬ќƒ с пр€моточной продувкой

, ћѕа

Pa= (0,85 ч 1,05) –k

 оэффициент остаточных газов

 оличество остаточных газов, оставшихс€ в цилиндре после окончани€ процесса выталкивани€ отработавших газов, характеризуетс€ коэффициентом остаточных газов гr.

 оэффициент остаточных газов представл€ет собой отношение количества остаточных газов Mr (в мол€х) к количеству свежего зар€да L (в мол€х)

. (3.3)

Ќеобходимо стремитьс€ к получению минимальных значений гr, так как с увеличением количества остаточных газов уменьшаетс€ коэффициент наполнени€ зн.

Ќа величину зн оказывает вли€ние:

1) относительный объЄм, занимаемый остаточными газами в конце хода выталкивани€, завис€щий от е.

2) давление Pr и температура Tr остаточных газов.

 оэффициент остаточных газов возрастает с увеличением Vc, т.е. с уменьшением е и с увеличением давлени€ остаточных газов Pr.

ѕри увеличении противодавлени€ на выпуске Pг увеличиваетс€ потер€нна€ часть хода поршн€ на расширение остаточных газов (смещение точки r0), что приводит к уменьшению зн.

ѕри повышении температуры остаточных газов Tr уменьшаетс€ их плотность, а следовательно и их количество. —ама же величина Tr зависит от е, нагрузки и частоты вращени€ двигател€. ќчевидно, что с увеличением е увеличиваетс€ и степень последующего расширени€ д, следовательно уменьшаетс€ Tr.

¬ противоположность этому с увеличением нагрузки и оборотов увеличиваетс€ степень нагрева деталей в рабочем цилиндре, что приводит к повышению Tr.

Ѕлагопри€тное вли€ние на уменьшение гr оказывает продувка камеры сжати€, т.е. перекрытие клапанов.

¬ 2-т двигател€х величина гr зависит в основном от системы продувки и качества осуществлени€ продувки цилиндра и степени быстроходности двигател€.

«начени€ параметра гr дл€ выполненных конструкций ƒ¬— наход€тс€ в следующих пределах:

4-т двигатели с наддувом гr = 0,04 ч 0,06;

4-т двигатели без наддува гr = 0,06 ч 0,08;

2-т двигатели с пр€моточной продувкой гr = 0,10 ч 0,15;

2-т двигатели с контурной продувкой гr = 0,15 ч 0,20.

“емпература остаточных газов находитс€ в пределах

Tr = 600 ч 900  .

“емпература рабочей смеси

“емпературу рабочей смеси Tа можно определить из уравнени€ баланса теплоты за период процесса наполнени€

. (3.4)

ƒопустим из-за малости Mr.

“огда уравнение (3.4) приобретЄт следующий вид

. (3.5)

¬ыразим из (3.5) Tа

. (3.6)

–азделим в уравнении (3.6) числитель и знаменатель на L

. (3.7)

и, зна€, что получим выражение дл€ определени€ Tа

. (3.8)

¬еличина определ€етс€ по формуле

, (3.9)

где ƒTa = 10 ч 20∞ - дл€ четырЄхтактных ƒ¬—;

ƒTa = 5 ч 10∞ - дл€ двухтактных ƒ¬—.

 оэффициент наполнени€

¬ыражение дл€ определени€ коэффициента наполнени€ зн получим при следующих допущени€х:

1) ѕроцесс наполнени€ рабочего цилиндра заканчиваетс€ в точке а индикаторной диаграммы.

2)  инетическа€ энерги€ газов в цилиндре после наполнени€ равна нулю.

3) јбсолютна€ работа, совершаема€ газами за ход наполнени€ равна нулю.

4) “еплоЄмкость свежего зар€да и остаточных газов одинакова (при температурах наполнени€).

»з уравнени€ материального баланса газа найдЄм количество рабочей смеси в конце процесса наполнени€ (точка а)

Ma = L + Mr = L(1 + гr), (3.10)

где L - количество свежего воздуха;

Mr - количество остаточных газов.

«аменив Ma и L из характеристического уравнени€ PV = MRT

, (3.11)

и подставив V0 = знVh получим

. (3.12)

ќткуда

. (3.13)

¬вед€ вместо Va = еХVc и Vh = Vc (е -1) найдЄм выражение дл€ коэффициента наполнени€

, (3.14)

. (3.15)

ƒл€ ƒ¬— с наддувом вместо –0 и “0 подставим значени€ Pk и Tk

. (3.16)

ƒл€ двухтактного ƒ¬— вместо геометрической степени сжати€ е стоит действительна€ степень сжати€ ед и тогда

- коэффициент наполнени€ отнесЄнный к полезной части хода поршн€

;

- коэффициент наполнени€ отнесЄнный ко всему ходу поршн€

.

Ћекци€ 4. 3.2. ѕроцесс сжати€

ѕроцесс сжати€ воздуха в цилиндре осуществл€етс€ после закрыти€ всех газораспределительных органов при движении поршн€ от Ќћ“ к ¬ћ“. —ущественных различий процесса сжати€ двухтактного и четырЄхтактного дизелей не существует.

ќсновное назначение процесса сжати€ - повышение давлени€ и температуры зар€да дл€ обеспечени€ надЄжного самовоспламенени€ впрыскиваемого топлива.

—жатие представл€ет собой сложный процесс завис€щий от р€да следующих факторов:

- переменного теплообмена между зар€дом и стенками, измен€ющегос€ как по величине, так и по знаку;

- непрерывного уменьшени€ поверхности охлаждени€ по мере приближени€ поршн€ к ¬ћ“;

- частичной утечки зар€да через неплотности поршневых колец;

- впрыска и испарени€ части топлива до окончани€ процесса сжати€.

–ис. 3.4 - ƒиаграмма линии сжати€

¬ начале хода сжати€ температура зар€да обычно ниже средней температуры стенок рабочего цилиндра, что вызывает подогрев зар€да. Ќа этом участке крива€ сжати€ действительного процесса идЄт круче адиабаты, поскольку происходит отдача теплоты от стенок зар€ду воздуха (n1 > k1).

ѕо мере сжати€ зар€да и повышени€ его температуры передача теплоты от стенок к зар€ду уменьшаетс€ и наступает момент (точка 1), когда температура зар€да становитс€ равной средней температуре стенок и имеет место мгновенный адиабатный процесс (n1 = k1).

ѕри дальнейшем сжатии зар€да температура последнего становитс€ выше средней температуры стенок цилиндра, вследствие чего уже происходит отдача теплоты от зар€да к стенкам.  рива€ действительного процесса становитс€ более пологой нежели адиабата (n1 < k1).

¬еличина n1 по мере приближени€ поршн€ к ¬ћ“ непрерывно уменьшаетс€. ¬ результате давление конца сжати€ (точка —) действительного процесса обычно меньше давлени€ адиабатного сжати€.

’арактер действительного процесса теплообмена при сжатии представлен на энтропийной диаграмме из которой видно, что ј¬ - приток, ¬— - отдача теплоты стенкам рабочего цилиндра.

ѕри расчЄте рабочего процесса полагают, что процесс сжати€ протекает по политропе с посто€нным показателем n1, величина которого обеспечивает получение такой же работы сжати€ на линии ј— как и при переменном показателе реального процесса.

ƒавление в конце сжати€ определ€етс€ из уравнени€ политропы на линии сжати€ ј—:

. (3.17)

ќткуда

. (3.18)

“емпература конца сжати€ определитс€ из уравнени€ состо€ни€ зар€да дл€ точек ј и —

PaVa = GaRTa = L(1+гr)RTa, (3.19)

PcVc = GcRTc = L(1+гr)RTc. (3.20)

ƒелим уравнение (4.4) на уравнение (4.3)

.

ќткуда

. (3.30)

≈сли отсутствуют надЄжные данные по оценке n1, то еЄ значение определ€етс€ исход€ из равенства работ в адиабатном процессе с переменной теплоЄмкостью и в действительном процессе с посто€нным значением политропы сжати€ n1.

ƒл€ одного мол€ газа

, (3.40)

где Uc - внутренн€€ энерги€ одного мол€ зар€да в конце сжати€;

Uа - внутренн€€ энерги€ одного мол€ зар€да в начале сжати€;

c - температура зар€да в конце сжати€;

а - температура зар€да в начале сжати€;

¬ левой части этого уравнени€ записана разность внутренних энергий одного мол€ зар€да в конце и в начале сжати€, равна€ работе сжати€ дл€ адиабатного процесса, а в правой части - работа сжати€ одного мол€ газа с посто€нным значением показател€ n1.

«начени€ внутренних энергий можно выразить через произведение средних мольных изохорных теплоЄмкостей на температуру

Uc = (av +bTc)Tc, (3.41)

Ua = (av +bTa)Ta. (3.42)

ѕодставим (4.7) и (4.8) в уравнение (4.6)

(3.43)

,

,

.

—окраща€ на (“с - “а) получим

. (3.44)

«аменив мA = 8,315 кƒж/(кмольХ ) и окончательно получим

. (3.45)

ѕоскольку в левой и правой части этого уравнени€ находитс€ неизвестна€ величина n1, то оно решаетс€ методом итераций.

¬ыбор степени сжати€ е

” судовых дизелей величина степени сжати€ е зависит от типа двигател€, его быстроходности, способа смесеобразовани€, наддува, конструктивных особенностей, условий эксплуатации. «начени€ е у выполненных конструкций составл€ют:

ћќƒ е = 11 ч 13;

ƒлинноходовые и супердлинноходовые ћќƒ е = 14 ч 20;

—ќƒ е = 13 ч 14;

¬ќƒ е = 15 ч 16;

¬ќƒ с разделЄнными камерами сгорани€ е = 16 ч 18.

Ќижний предел е выбирают исход€ из услови€ обеспечени€ надЄжного самовоспламенени€ топлива, что достигаетс€ при

Tc min > Tв + ƒ“ Ш 550 + (150 ч 250) = 700 ч 800 K,

где Tв - средн€€ температура самовоспламенени€ топлива;

ƒ“ - дополнительна€ разность дл€ надЄжного воспламенени€.

¬еличина Tв зависит от давлени€

с = 0,29 ћѕа “в = 673  

с = 0,88 ћѕа “в = 535  

с = 1,47 ћѕа “в = 483  

с = 2,94 ћѕа “в = 473  

ќсобенно обостр€етс€ проблема надЄжного самовоспламенени€ при пуске дизел€. ѕри пуске n1 = 1,2 ч 1,25.

ƒл€ обеспечени€ хороших пусковых качеств примен€ют поршни автоматически регулирующие степень сжати€ (ѕј–——), у которых величина е варьируетс€ в пределах 8ч12 в зависимости от нагрузки на дизель. ѕричЄм высшие значени€ имеют место при пуске и малых нагрузках дизел€.

3.3 ѕроцесс сгорани€

‘азы протекани€ процесса

ѕроцесс сгорани€ топлива в цилиндре дизел€ условно подраздел€етс€ на четыре фазы исход€ из характера изменени€ давлени€ и температуры.

‘аза 1. Ёта фаза соответствует периоду от начала поступлени€ топлива в цилиндр (точка ¬) до момента отрыва линии давлени€ р = f(ц) от политропы сжати€ (точка —) котора€ условно принимаетс€ за начало воспламенени€.

Ёта фаза называетс€ период задержки воспламенени€ цii). «а эту фазу происход€т процессы физико-химической подготовки топлива к самовоспламенению (предпламенные реакции). ќднако какого-либо повышени€ давлени€ над политропой сжати€ не наблюдаетс€ так как .

ѕродолжительность фазы 1

, с от 1Х10-3 до 5Х10-3 с. (3.46)

¬ период задержки воспламенени€ в цилиндр впрыскиваетс€ от 30 до 60% цикловой подачи топлива, которое испар€етс€ и образует начальные очаги воспламенени€.

ѕродолжительность фазы 1 оказывает вли€ние на характер всего последующего процесса сгорани€.

–ис. 3.5 - ‘азы протекани€ процесса воспламенени€ и сгорани€ топлива в дизеле

‘аза 2. Ёта фаза идЄт от точки — до точки достижени€ Pz в цилиндре и соответствует периоду воспламенени€ и сгорани€ топлива. ќна сопровождаетс€ интенсивным выделением теплоты и резким нарастанием давлени€ при продолжающемс€ впрыске топлива и увеличении его концентрации в рабочей смеси (период быстрого сгорани€).

‘аза 2 характеризуетс€ взрывообразным воспламенением и сгоранием топлива, впрыснутого в цилиндр за фазу 1, а также частично поступившего за фазу 2.

ќсновным показателем интенсивности процесса сгорани€ в течение фазы 2 €вл€ютс€:

- средн€€ скорость нарастани€ давлени€ в цилиндре ;

- максимальна€ скорость нарастани€ давлени€ в цилиндре .

ƒл€ выполненных конструкций дизелей значени€ ћѕа/∞ѕ ¬.

ќсновным фактором оказывающим вли€ние на €вл€етс€ продолжительность фазы 1, от которой зависит количество топлива, поданного в цилиндр за период цi. „ем большее количество топлива охватываетс€ одновременно пламенем по всему объЄму камеры сгорани€, тем резче происходит нарастание давлени€ при сгорании. —реди других факторов оказывающих вли€ние на характер протекани€ фазы 2 следует отметить скорость впрыска топлива, особенности процесса смесеобразовани€, вихревое движение зар€да воздуха.

‘аза 3. Ёта фаза соответствует периоду от момента достижени€ Pz в цилиндре до момента достижени€ “max в цилиндре. ќна характеризуетс€ наиболее интенсивным протеканием сгорани€ по всему объЄму камеры сгорани€ при наибольшей скорости выделени€ теплоты

.

¬ течение фазы 3 обычно заканчиваетс€ поступление топлива в цилиндр и сгорание топлива, поступившего за врем€ фазы 2 и частично поданного за фазу 3. «адержка воспламенени€ топлива значительно сокращаетс€ благодар€ высоким давлению и температуре в камере сгорани€.

¬ысока€ интенсивность сгорани€ топлива в фазе 3 достигаетс€ за счЄт протекани€ процессов при положении поршн€ около ¬ћ“, т.е. при наибольших давлении и температуре, хорошо организованного смесеобразовани€, обеспечени€ дл€ данного дизел€ необходимой величины коэффициента избытка воздуха дл€ сгорани€ б, относительно небольших потерь теплоты в воду, охлаждающую камеру сгорани€.

‘аза 4. Ёта фаза соответствует завершению замедленного сгорани€ топлива не успевшего сгореть за фазу 3. “о есть происходит догорание топлива на линии расширени€ при непрерывно понижающихс€ давлении и температуре. «а конец фазы 4 обычно условно принимаетс€ момент выгорани€ 98 % поданного в цилиндр топлива.

Ћекци€ 5. 3.3.2. “ермохими€ процесса сгорани€

ќсновным процессом, происход€щим в цилиндре дизел€, €вл€етс€ горение распыленного жидкого топлива.

Ёлементарный состав топлива можно записать

— + Ќ + ќ + S = 1,

где — - массова€ дол€ в топливе углерода;

H - массова€ дол€ в топливе водорода;

ќ - массова€ дол€ в топливе кислорода;

S - массова€ дол€ в топливе серы.

ѕроцесс горени€ топлива состоит в окислении его составных частей с выделением теплоты.

ќпределим теоретически необходимое количество воздуха дл€ сгорани€ 1 кг топлива.

≈сли исходить из стехиометрических соотношений и игнорировать тепловой эффект реакции, то в результате полного сгорани€ получим

— + ќ2 = —ќ2

12 кг (углерода) + 32 кг (кислорода) = 44 кг (углекислого газа)

12 кг (углерода) + 1 кг/моль (кислорода) = 1 кг/моль (углекислого газа)

1кг (углерода) + 1/12 кг/моль (кислорода) = 1/12 кг/моль (углекислого газа)

— кг (углерода) + —/12 кг/моль (кислорода) = —/12 кг/моль (углекислого газа)

“аким образом, дл€ сгорани€ — кг (углерода) требуетс€ —/12 кг/моль (кислорода)

2 Ќ2 + ќ2 = 2 Ќ2 ќ

4 кг (водорода) + 32 кг (кислорода) = 36 кг (вод€ных паров)

4 кг (водорода) + 1 кг/моль (кислорода) = 2 кг/моль (вод€ных паров)

1 кг (водорода) + 1/4 кг/моль (кислорода) = 1/2 кг/моль (вод€ных паров)

H кг (водорода) + H/4 кг/моль (кислорода) = H/2 кг/моль (вод€ных паров)

“аким образом, дл€ сгорани€ H кг (водорода) требуетс€ Ќ/4 кг/моль (кислорода)

јналогично можно получить, что дл€ сгорани€ S кг серы требуетс€ S/32 кг/молей кислорода.

”читыва€, что, кроме того, в самом топливе содержитс€ кислород, найдем теоретически необходимое количество воздуха дл€ сжигани€ 1 кг топлива

, (3.47)

где 0,21 - объемное, мольное содержание кислорода в воздухе.

“о же количество воздуха, выраженное в кг на 1 кг топлива

L' = м L0 = 28,27 L0 ,

м - молекул€рна€ масса воздуха.

ƒл€ дизельного топлива среднего состава (— = 0,87; Ќ = 0,126; ќ = 0,004) получим L0 = 0,495 кг/моль/кг и L' = 14,35 кг/кг.

¬ двигател€х с самовоспламенением дл€ обеспечени€ качественного сгорани€ топлива процесс осуществл€етс€ с некоторым избытком воздуха.

ќтношение действительного количества введенного в цилиндр воздуха L к теоретически необходимому L0 называетс€ коэффициентом избытка воздуха б

, (3.48)

. (3.49)

«начени€ б на номинальном режиме

ћќƒ б = 1,8 ч 2,2;

—ќƒ б = 1,6 ч 2,0;

¬ќƒ б = 1,5 ч 1,8.

“еплоемкость воздуха и продуктов сгорани€

“еплоемкость газов в цилиндре двигател€ измен€етс€ в процессе сгорани€ вместе с изменением температуры и состава смеси. “ак как это обсто€тельство оказывает заметное вли€ние на мощность и экономичность двигател€, то расчет рабочего цикла и анализ процессов в нем необходимо вести с учетом зависимости теплоемкости от температуры и состава смеси в цилиндре.

¬ отличие от истинной теплоемкости, котора€ представл€ет предел отношени€ приращени€ количества тепла к соответствующему приращению температуры в данной точке процесса, в теплохимических расчетах удобнее пользоватьс€ пон€тием средней теплоемкости в определенном интервале температур.

ѕод средней теплоемкостью в интервале от 0о до данной “ температуры подразумеваетс€ така€ условна€ одинакова€ в данном интервале теплоемкость, произведение которой на приращение температуры дает такое же количество тепла, какое получаетс€ в результате интегрировани€ по переменному значению истинной теплоемкости.

¬ расчета оперируют средней мольной изохорной теплоемкостью —V и средней мольной изобарной теплоемкостью CP:

CP - —V = 8,315 кƒж/(кмольХо )

ѕримен€емые на судах сорта жидких топлив имеют примерно одинаковый состав. ѕри сгорании таких топлив с теоретически необходимым количеством воздуха (б = 1) получаютс€ так называемые "чистые" продукты сгорани€, состав которых, а следовательно теплоемкость, мало отличаютс€ друг от друга дл€ различных сортов топлив. ѕоэтому значени€ теплоемкости "чистых" продуктов сгорани€ дл€ топлива среднего состава можно определить заранее и затем рассматривать при любом другом б > 1 как смесь только двух составл€ющих: воздуха и "чистых" продуктов сгорани€.

¬ точных расчетах можно пользоватьс€ табличными значени€ми средней теплоемкости, рекомендованные ¬“» на базе отбора и обработки спектроскопических данных.


ѕодобные документы

  • ƒвигатели внутреннего сгорани€ (ƒ¬—) широко примен€ютс€ во всех област€х народного хоз€йства и €вл€ютс€ практически единственным источником энергии в автомобил€х. –асчет рабочего цикла, динамики, деталей и систем двигателей внутреннего сгорани€.

    курсова€ работа [2,5 M], добавлен 07.03.2008

  • ѕринципы работы двигателей внутреннего сгорани€.  лассификаци€ видов авиационных двигателей. —троение винтомоторных двигателей. «вездообразные четырехтактные двигатели.  лассификаци€ поршневых двигателей.  онструкци€ ракетно-пр€моточного двигател€.

    реферат [2,6 M], добавлен 30.12.2011

  • Ќазначение, конструкци€, услови€ работы, материалы блоков и блок-картеров судовых двигателей внутреннего сгорани€. ”стройство и принцип изготовлени€ цилиндровых втулок 4-х и 2-х тактных дизелей. —пособы посадки цилиндровых втулок в блок цилиндров.

    курсова€ работа [721,8 K], добавлен 27.02.2009

  • ќбща€ характеристика судовых двигателей внутреннего сгорани€, описание конструкции и технические данные двигател€ L21/31. –асчет рабочего цикла и процесса газообмена, особенности системы наддува. ƒетальное изучение топливной аппаратуры судовых двигателей.

    курсова€ работа [2,9 M], добавлен 26.03.2011

  • “опливо, состав горючей смеси и продуктов сгорани€. ѕараметры окружающей среды. ѕроцесс сжати€, сгорани€ и расширени€.  инематика и динамический расчет кривошипно-шатунного механизма. „етырЄхцилиндровый двигатель дл€ легкового автомобил€ яћ«-236.

    курсова€ работа [605,6 K], добавлен 23.08.2012

  •  лассификаци€ топлив. ѕринцип работы тепловых двигателей, поршневых двигателей внутреннего сгорани€, двигателей с принудительным воспламенением, самовоспламенением и с непрерывным сгоранием топлива. “урбокомпрессорные воздушно-реактивные двигатели.

    презентаци€ [4,8 M], добавлен 16.09.2012

  • »стори€ вопроса и пути совершенствовани€ методов пр€мого сжигани€ твердых топлив в поршневых двигател€х внутреннего сгорани€. “еоретические аспекты выгорани€ твердого топлива в рабочем пространстве двигател€ при его сжигании объемным и слоевым способом.

    книга [5,5 M], добавлен 17.04.2010

  •  лассификаци€, особенности конструкции и эксплуатационные свойства двигателей внутреннего сгорани€, их обслуживание и ремонт. ѕринцип работы четырехцилиндровых и одноцилиндровых бензиновых двигателей в современных автомобил€х малого и среднего класса.

    курсова€ работа [39,9 K], добавлен 28.11.2014

  • –абочие процессы в поршневых и комбинированных двигател€х. Ёксплуатаци€ дизельных двигателей внутреннего сгорани€ в зимний период. ѕодвод воздуха и отвод выпускных газов. —месеобразовани€ в дизел€х, типы камер сгорани€. ƒизельные двигатели, их применение.

    курсова€ работа [2,1 M], добавлен 25.04.2015

  • »зучение конструкции деталей кривошипно-шатунного механизма двигател€, размеров монтажных зазоров между юбкой поршн€ и цилиндром, поршневых пальцев и верхней головкой шатуна, поршневым пальцем и бобышкой поршн€, конструкцией поршневых колец и шатуном.

    практическа€ работа [1,5 M], добавлен 03.06.2008

–аботы в архивах красиво оформлены согласно требовани€м ¬”«ов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
–екомендуем скачать работу.