Количество молей свежего заряда
Поступающий в цилиндр свежий заряд состоит из воздуха и топлива.
, 
+
где µT – молекулярная масса топлива, 
(µTбенз=110…120 
; µTдиз.т=180…200 )
– малая величина по сравнению с αL0, то
M1 
L1 αL0 , 
3.5.3 Определение числа молей продуктов сгорания (М2) 1 кг топлива при 
:
При полном сгорании топлива продукты сгорания состоят из:
СО2; Н2О; избыточного О2 и N2
М2 = МСО2 + МН2О + МN2 + МО2 
На основе реакции сгорания 1 кг топлива
М СО2 = С/12; МН2О = Н/2
N2 не участвует в реакции с кислородом топлива и его содержание равно числу кмоль в воздухе
79% N2 
= 0,79αL0
(0.208 0,21) 
=0,12L – 0.21L0=0.21αL0–0.21L0=0.21L0(α-1)
Чтобы учесть наличие кислорода в топливе, решим совместно с теоретически необходимым количеством воздуха.
3.5.4 Определение числа молей продуктов сгорания 1 кг топлива при α < 1 (CО2 , СО, Н2О, Н2, N2)
При неполном сгорании образуется М2 = МСО2 + МСО2 + МН2О + МН2 + МN2
H2 пренебр
, тогда складывая имеем
Преобразуем это выражение (искусственно)
Изменение количества кмолей продуктов сгорания
∆M=M2 – M1; М1 = αL0
При 
.
Приращение числа молей происходит вследствие увеличения суммарного количества молекул при химических реакциях распада молекул топлива.
Прирост числа кмолей при α<1 больший, чем при α >1. приращение объема ∆М – положительный фактор, способствует возрастанию полезной работы газов при их расширении.
|
|
|
Относительное изменение объема
Характеризуется:
1) µ0 – коэффициент молекулярного изменения горючей смеси – это отношение количества молей продуктов к числу молей горючей смеси
2) µ – действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси (гор. смесь + ост. газы) – это отношение количества молей в цилиндре после сгорания (Mz) к числу молей до сгорания (Мс)
– коэф ост газов, т
разделим на М1, 
µ = 1,02…1,12 – карб. двигатели
µ = 1,01…1,06 – диз. двигатели
Смесь газов в начале сжатия Мс
Мс = М1 + Мr
В конце сгорания заряд состоит (МZ)
Мz = М2 + Мr
При ; 
При ;
Процесс расширения
В процессе расширения тепловая энергия топлива преобразуется в механическую работу. В реальном двигателе процесс расширения протекает в условиях догорания топлива и восстановления продуктов диссоциации, уменьшения теплоемкости продуктов сгорания.
Процесс расширения происходит по закону политропы. Однако показатель n не остается постоянным.
В начальный период процесс расширения протекает с интенсивным подводом теплоты и 
По мере движения поршня к Н.М.Т. догорание топлива и восстановление продуктов диссоциации уменьшаются. Возрастает отвод тепла и 
увеличивается и достигает значения показателя адиабаты 
|
|
|
При дальнейшем расширении газов отвод тепла превышает ее выделение и 
Таким образом, процесс расширения протекает по политропе с переменным показателем .
Карбюраторный двигатель Дизельный двигатель
Характерные точки и отрезки
Точка b/ – открытие выпускного клапана;
Z b/b – расчетное изменение давления (теоретически);
Zd b/b// – действительное изменение давления.
Значение n2 возрастает с (уменьшением коэффициента использования теплоты), уменьшения отношения (S/D) хода поршня к диаметру и с уменьшением интенсивности охлаждения.
Среднее значение n2:
n2 = 1,23…1,30 – карбюраторный двигатель
n2 = 1,18 …1,28 – дизельный двигатель
При этом меньшее значение n2 относится к высокооборотным двигателям с высоким наддувом.
Значение n2 может быть ориентировочно определено по эмпиричной зависимости (для малооборотных двигателей)
.
По номограммам [1, с.57] в зависимости от ξ (* диз), TZ и α
Значения давления (Pв, МПа) и температуры (Тв, К) газов в конце процесса:
а) для карбюраторных двигателей:
б) для дизелей:
где 
– степень последующего расширения;
|
|
|
– степень предварительного расширения.
Рассматривая характеристическое уравнение для состояния газов до и после сгорания (точки С и Z)
Разделим второе на первое, учитывая, что
Примерное значение Pв Tв (n=nном)
а) Pв = 0,35…0,60 МПа; Tв = 1200…1700К – карбюраторный двигатель
б) Pв = 0,20…0,50 МПа; Tв = 1000..1200 К – дизельный двигатель
Процесс выпуска
Выпуск отработанных газов начинается в точке b/ в момент открытия выпускного клапана с опережением 40…700 до НМТ. и заканчивается после закрытия выпускного клапана (10…50% после вмт).
За счет запаздывания закрытия выпускного клапана после вмт улучшается очистка цилиндров в связи с эжекцией при выходе потока газа из цилиндра с большой скоростью.
Эжекция - (выброс) процесс смешения двух каких-либо сред (пара и воды, воды и песка и т.п.), в котором одна среда, находясь под давлением, оказывает воздействие на другую и увлекает ее в требуемом направлении.
Изменение давления в процессе выпуска:
Карбюраторный двигатель Двигатель с наддувом
Дизель без наддува
ХАРАКТЕРНЫЕ ТОЧКИ И ЛИНИИ
1) Точка b/ и а/ – моменты открытия и закрытия выпускных клапанов.
|
|
|
2) b/ b// r/ d a/ – действительное изменение давления в цилиндре.
3) b/b, bl, lr, rd/ – расчетные прямые процесса выпуска.
b/ ,b, l, r, a/
Различают два периода выпуска газов:
1 период свободного выпуска (от b/ до b//), удаляется 60%...70% отработанных газов;
2 период принудительного удаления газов из цилиндра ( b// d).
Для лучшего газообмена существует угол перекрытия клапанов.
В период перекрытия клапанов с учетом соотношений давлений в цилиндре Р1 во впускном РК и РВ трубопроводах направления движения газов могут быть различными. При неблагоприятных соотношениях давлений Р1, РК, РВ отработавшие газы могут через выпускной клапан поступить обратно в цилиндр, а через выпускной клапан – истечение газов из цилиндра в систему впуска. При РК.> Р1 > РВ – ,будет наблюдаться продувка цилиндра.
Скорости истечения газов
При открытии выпускного клапана V = VKP = 600…700 м/с;
При начале движения поршня от НМТ и ВМТ V=200…250 м/с
В конце выпуска 60…100 м/с
Правильность ранее сделанного выбора параметров процесса выпуска Рr и Т2 можно проверить по формуле
.
Отличие расчетного значения Т2 от ранее принятого не должно отличаться (допускается расхождение не более 
5%).
3.8 Состав отработанных газов и методы
снижения их токсичности
Наряду с задачами по дальнейшему повышению экономичности двигателей уделяется большое внимание экологическим проблемам.
Токсические компоненты отработанных газов – основной источник загрязнения атмосферы.
Во всем мире с продуктами сгорания энергетических установок ежегодно выбрасывается в атмосферу свыше: 300 млн. т – СО2 ; 150 млн. сернистого ангидрида; 100 млн. твердых веществ; 500 млн. окислов азота и других вредных веществ. На долю автотранспорта приходится 60% всех загрязнений.
В двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием;
1. Образованию токсичных компонентов способствуют:
– низкое качество смесеобразования;
– неравномерное распределение смеси по цилиндрам;
– изменение ее состава от цикла к циклу;
– неоптимальный угол опережения зажигания;
– попадание масла в камеру сгорания;
2. Пути снижения токсичности;
– подогрев топливовоздушной смеси во впускной системе;
– послойное смесеобразование;
– применение 2-х секционных систем впуска;
– форкамерно-факельное зажигание;
– автоматизация состава смеси и угла опережения зажигания в зависимости от режима рабочего двигателя;
В двигателях внутреннего сгорания дизельных:
1. Влияют на токсичность:
– способ смесеобразования;
– качество распыла;
– неравномерное распределение топлива по цилиндр.
2. Пути снижения токсичности:
– использование двигателя внутреннего сгорания с раздельными камерами сгорания (вихревые, предкамеры). [С раздельными камерами сгорания, выброс углеводорода в 10…12 раз меньше; СО – в 4 раза; NO – в два раза по сравнению с однокамерными].
– совершенствование смесеобразования в однокамерных дизелях
– использование предкамеры с изменяющейся геометрией сопла (стремление объединить преимущества предкамерного смесеобразования газов – малая токсичность и РMAX с преимуществами однокамерного дизеля (лучшая топливная экономичность)). Имеется выступ в поршне, который и вводится в ВМТ в сопло предкамеры
– выбор оптимальных значений угла опережения впрыска топлива;
– улучшение качества распыла топлива.
С точки зрения конструкции двигателей проблема токсичности решается по трем основным направлениям:
1. Совершенствование рабочего процесса существующих типов двигателей внутреннего сгорания. Улучшение процессов смесеобразования и сгорания, дефорсирование двигателя за счет уменьшения ε и n; вентиляции картера.
2. Разработка дополнительных устройств (нейтрализаторы, улавливатели, дожигатели и т.п.)
3. Разработка принципиально новых двигателей (электрических, инерционных, аккумуляторных и др.)
Это является направлением на длительную перспективу
С точки зрения эксплуатации – качество регулирования топливо подающей аппаратуры, систем устойчивого смесеобразования; более широкое применение газовых топлив.
Состав отработанных газов
Компоненты отработанных газов – входят в шесть групп:
кислород, водяной пар, азот, водород, углекислый газ;
(О2, Н2О, N2, CO2)
Альдегиды;
Окись углерода (СО);
Углеводороды (наибольшую опасность представляют канцерогенные полицикличекие ароматические углеводороды, например бензпирен);
Окислы азота NOX ;
Сажа, адсорбирующая канцерогенные вещества.
Кроме 1 группы, все токсичны и вредно воздействуют на организм человека, животных, почву и водоемы.
К основным вредным компонентам отработанных газов относятся: окись углерода (СО), сернистый ангидрид SO2, окислы азота NOX (окись NO и двуокись NO2 ), сложные ароматические углеводороды полициклического строения (перен, атрацен, бензпирен и др).
В порядке убывания потенциальной опасности компоненты отработанных газов располагаются следующим образом: сажа (как адсорбент токсичных, в т. ч. канцерогенных веществ), окислы азота, углеводороды, окись углерода и альдегиды ).
Дата добавления: 2021-04-05; просмотров: 85; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!