Процессы расширения и выпуска
План
12.1. Показатели рабочего цикла
12.1.1. Индикаторные показатели
12.1.2. Эффективные показатели
12.2. Факторы, влияющие на показатели двигателя с искровым зажиганием
12.3. Факторы, влияющие на показатели дизеля
Показатели рабочего цикла
Индикаторные показатели
Среднее индикаторное давление. - это отношение индикаторной работы цикла L к рабочему объему.
где 
Рис. 12.1. Индикаторная и расчетная диаграммы
Индикаторная диаграмма отличается от расчетной.
Индикаторная работа действительного скругленного цикла отличается от расчетной на величину, эквивалентную заштрихованной части.
Это отличие связано с характером протекания процесса сгорания, а также с моментом начала открытия выпускного клапана.
Отклонение действительных значений среднего индикаторного давления от расчетных оценивается коэффициентом полноты диаграммы j i
По опытным данным j i » 0,92…0,97.
Индикаторная мощность для одного цилиндра
, (кВт),
где t - тактность двигателя.
Для i – цилиндров
, (кВт).
Удельный расход топлива. Если в процессе испытания двигателя определено Ni и количество израсходованного топлива, то удельный индикаторный расход топлива можно определить
, (г/ч* квч).
Эффективные показатели мощности
Мощность двигателя снимаемая с коленвала, называется эффективной. Эффективная мощность меньше индикаторной на величину механических потерь
.
|
|
|
Эффективную мощность, а также мощность механических потерь, по аналогии с индикаторной можно выразить
,
откуда среднее давление механических потерь
среднее эффективное давление
эффективная мощность
среднее эффективное давление
Для сравнения различных двигателей эффективную мощность относят к единице объема (литровая мощность):
(кВт/.л)
Механические потери оцениваются механическим КПД
или
К мощности, затрачиваемой на механические потери, относятся:
1) потери на трение, NТР;
2) потери на вспомогательных механизмах (водяной, масляный насосы, вентилятор, генератор), NВМ;
3) на процесс газообмена, NГАЗ;
4) на приведение в действие компрессора, NК;
или соответственно
Из предыдущих уравнений можно записать
Таблица 12.1
Эффективные показатели работы двигателя
| Двигатели | h М | ре |
| 4х- тактные карбюраторные | 0,7…0,85 | 0,6…0,95 |
| 4х-тактные дизели | 0,7…0,82 | 0,55…0,85 |
| Газовые | 0,75…0,85 | 0,5…0,75 |
| 4х- тактные дизели с наддувом | 0,8…0,9 | 0,7…2,0 |
| 2х-тактные быстроходные дизели | 0,7…0,85 | 0,4…0,75 |
Эффективный КПД и удельный расход топлива
.
Удельный эффективный расход
Таблица 12.2
| Тип двигателя | 
|
| 
| 
|
| Карбюраторные автомобильные | 0,28-0,39 | 0,25-0,33 | 245-300 | 280-320 |
| Быстроходные дизели | 0,42-0,48 | 0,35-0,4 | 175-205 | 200-250 |
| Газовые | 0,28-0,33 | 0,23-0,28 | - | - |
Факторы, влияющие на индикаторные и эффективные показатели и на токсичность двигателей с искровым зажиганием
|
|
|
Конструктивные параметры и формы камеры сгорания. Основные требования к камере сгорания заключаются в обеспечении высокого наполнения цилиндров, эффективности протекания процесса сгорания с наименьшей токсичностью и наибольшим использованием выделившейся теплоты.
Рис. 12.2. Типы камер сгорания
Камера сгорания оценивается по следующим основным показателям:
1) возможность обеспечения высокой степени очистки и наполнения цилиндра, что связано с размещением клапанов и развитыми проходными каналами.
2) отношение площади поверхности камеры сгорания FКС к ее объему VКС, что влияет на тепловые потери в стенки (пристеночное горение с замедлением скорости и полным прекращением процесса горения). Увеличивается выброс продуктов неполного сгорания.
3) степень турбулизации заряда в камере сгорания при пуске и сжатии. Излишняя степень турбулизации приводит к гидродинамическим и тепловым потерям.
Турбулизация с необходимой интенсивностью обеспечивает высокую экономичность и мощность двигателя.
|
|
|
Оптимальные конструктивные соотношения для камеры сгорания определяются по экспериментальным данным.
Направленное движение потока заряда может достигаться использованием цилиндрической камеры в поршне;
4) увеличение максимального давления цикла и скорости увеличения давления на участке сгорания, что определяется местом расположения свечи и формой камеры;
5) возможности повышения степени сжатия при одновременном снижении склонности к детонационному горению;
6) длительность сгорания, являющаяся важным оценочным параметром камеры сгорания;
Определяется вышеуказанными факторами, зависит от положения свечи и наличия удаленных зон.
Чем меньше длительность сгорания, тем выше антидетонационные качества.
Степень сжатия. Из теоретического цикла КПД является функцией величины степени сжатия.
Наряду с увеличением степени сжатия улучшается форма камеры сгорания, ее обработка, поэтому получены лучшие индикаторные показатели.
В тоже время, с повышением степени сжатия увеличивается, а следовательно и пристеночное горение. С увеличением давления и температуры увеличивается диссоциация.
|
|
|
В продуктах сгорания наблюдается изменение состава. Особенно по продуктам неполного сгорания.
Рис. 12.3. Зависимость состава продуктов сгорания от степени сжатия и коэффициента избытка воздуха.
1- a = 0,81 и j 3 = 380; 2 - a = 0,81 и j 3 = 20; 3 - a = 1,0 и j 3 = 200; 4 - a = 1,16 и j 3 = 380; 5 - a = 1,16 и j 3 = 20; 6 - e = 6,7; 7 - e = 9,5; 8 - e = 12
При обедненной смеси с увеличением степени сжатия содержание СО практически не меняется , но изменяется содержание окислов азота.
С увеличением степени сжатия требуется усиление кривошипно-шатунного механизма.
Повышение токсичности, а также октановое число бензина ограничивает степень сжатия в двигателях с искровым зажиганием до 9,5.
Размеры цилиндра. F = f(D2), V = f(D3). Поэтому при увеличение D снижается Fст/Vкс 0и снижается доля теплоты уходящей в стенки, что повышает теплоиспользование.
В тоже время с увеличением диаметра цилиндра увеличивается склонность к детонации, т.к. увеличивается длительность процесса горения и температура несгоревшей части заряда.
Поэтому при уменьшении диаметра цилиндра можно повысить степень сжатия, а, следовательно, и индикаторный КПД.
При неизменной степени сжатия индикаторный КПД будет выше с увеличением диаметра цилиндра.
Состав смеси. В термодинамическом цикле с подводом теплоты при V=const термодинамический КПД зависит от состава смеси.
Рис. 12.4. Зависимость термодинамического КПД от коэффициента избытка воздуха
1 - 30% нагрузка
2- полностью открытая заслонка
3 - две свечи
4 - расслоенный заряд
5 - форкамерно-факельное зажигание
При a <1 уменьшение термодинамического КПД объясняется увеличением разницы количеств теплоты, внесенной и выделившейся (т.е. много вносится с топливом и мало выделяется вследствие неполного сгорания).
При a = 1 выделившаяся за цикл теплота всегда равно внесенной.
При a > 1 количество внесенной теплоты уменьшается, понижается температура , а также содержание СО и НО. Это приводит к снижению теплоемкости, а, следовательно, к повышению показателя адиабатного расширения , что в итоге повышает термический КПД.
В действительном цикле индикаторный КПД по мере обеднения смеси увеличивается, но только до определенного предела, при котором процесс сгорания будет протекать нормально. Дальнейший рост коэффициента избытка воздуха вследствие резкого увеличения нестабильности сгорания (вплоть до пропусков зажигания) приводит к снижению КПД.
Величину коэффициента избытка воздуха, при которой достигается наилучшее теплоиспользование называют пределом эффективного обеднения смеси.
На графике показаны зависимости h i= f(a ).
При установке нескольких свечей предел эффективного расширения состава смеси повышается (3). Также он расширяется и при использовании расслоенного заряда (4), когда в зону свечи по специальной трубке подается обогащенная смесь.
Увеличение предела эффективного обеднения смеси достигается и при применении форкамерно-факельного зажигания.
Дальнейшее обеднение затрудняется тем, что при очень бедной смеси ухудшается распространение пламени в объеме камеры сгорания. Смесь сгорает лишь там, где она соприкасается с горящим факелом.
Состав смеси оказывает сильное влияние на образование токсичных компонентов в продуктах сгорания.
Рис. 12.5. Влияние коэффициента избытка воздуха на образование токсичных компонентов в продуктах сгорания
При работе двигателя на смеси, близкой к пределу эффективного обеднения в продуктах сгорания СО практически отсутствует, а содержание СxНy минимально. При дальнейшем обеднении из-за ухудшения сгорания содержание СxНy увеличивается.
Дросселирование. При уменьшении нагрузки дросселированием ухудшаются условия воспламенения, горения и предел эффективного обеднения смещается в сторону обогащения. Снижение нагрузки дросселированием также заметно влияет на эффективность теплоиспользования. Это объясняется тем, что при дросселировании возрастает общая продолжительность сгорания и особенно в процессе расширения.
Корректировка зажигания на более раннее не компенсирует полностью этот процесс. Поэтому совокупное влияние смещения предела эффективного обеднения смеси в сторону обогащения и ухудшение эффективного теплоиспользования за счет усиления догорания в процессе расширения приводит к снижению индикаторного КПД. Таким образом, необходимость обогащения смеси при дросселировании приводит к снижению КПД и тем больше, чем богаче смесь.
При дросселировании содержание углеводородов увеличивается, и тем сильнее, чем богаче смесь.
Угол опережения зажигания. Угол опережения зажигания определяет протекание процесса сгорания относительно ВМТ и в соответствие с этим полноту теплоотдачи, характеризуемую индикаторным КПД.
Чрезмерное увеличение угла опережения зажигания приводит к преждевременному сгоранию до ВМТ и в конце процесса сжатия, в результате чего затрачивается дополнительная работа.
Позднее зажигание смещает процесс горения на период расширения газов, что также приводит к снижению КПД, среднего индикаторного давления, индикаторной мощности.
Опыт показывает, что изменение угла опережения зажигания не влияет на содержание СО в продуктах сгорания. Однако с уменьшением угла опережения зажигания увеличивается содержание СxНy из-за ухудшения процесса сгорания. Незначительно влияние угла опережения зажигания на количество NOx.
Частота вращения коленчатого вала.С повышением частоты вращения коленвала рост начальной и основной фаз горения компенсируется опережением зажигания в процессе работы, что не ухудшает горение. В тоже время сокращение времени теплообмена снижает потери тепла. Таким образом, индикаторный КПД с увеличением частоты вращения коленвала растет.
Рис. 12.6. Влияние частоты вращения коленвала на показатели работы двигателя.
Экспериментальные данные показывают, что с уменьшением n содержание СО увеличивается, т.к. ухудшается смесеобразование и увеличивается неравномерность распределения смеси по цилиндрам. При этом уменьшается содержание NO 4x 0.
Распределение рабочей смеси по цилиндрам. Исследования показывают, что в отдельные цилиндры многоцилиндрового двигателя поступает смесь неодинакового состава.
Это происходит главным образом потому, что в процессе движения топливовоздушной смеси во впускном трубопроводе образующаяся топливная пленка движется по стенке трубопровода с меньшей скоростью, чем паро-воздушная смесь, а расстояние до цилиндров неодинаково.
В результате, при одинаковых количествах паровоздушной смеси, коэффициент избытка воздуха в цилиндрах будет различным.
Наряду с различным составом, в каждый цилиндр поступает и различное количество рабочей смеси, из-за опять же неодинаковой длины трубопроводов, сопротивления и т.п.
Для оценки неравномерности распределения смеси, поступающей в каждый цилиндр, используют коэффициент относительного отклонения
,
где a ДВ, a Цi соответственно коэффициенты избытка воздуха в среднем
по двигателю и в i-том цилиндре.
Для равномерного распределения состава смеси по цилиндрам совершенствуют впускной тракт, элементы карбюратора, применяют многокамерные карбюраторы. Наименьшая неравномерность достигается при использовании индивидуального впрыска топлива.
Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 460; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!