Главная страница сайта  Российские промышленные издания (узловые агрегаты) 

1 ... 9 10 11 [ 12 ] 13 14 15 ... 20

кг1см. (142)

Если в уравнение (142) подставить частное значение р=1, то получим выражение pf для цикла со сгоранием при V = const (так как для этого цикла 8 = s) в следующем виде:

Ь(-)-~Гт(1-)]. 043)

Так как

для упрощения подсчета рр по формулам (142) и (143) целесообразно отно-

11 1 .

шения ., 1 *> -и , 1 заменить соответственно через отношения

температур. Таким же образом вместо величины р^е удобнее пользоваться величиной р^.

Уменьшение площади действительной диаграммы amfedglxa по сравнению с расчетной площадью aczzba (фиг. 63) получается, с одной стороны, из-за округлений в конце хода сжатия у точки с (вследствие начала горения топлива до в. м. т.), на линии сгорания у точек z и z (вследствие конечной скорости сгорания) и в конце хода расширения у точки b (в результате начала открытия выпускного клапана до н. м. т.), а с другой стороны, вследствие отклонения действительных процессов сжатия и расширения от политропических процессов с показателями и п^.

При округлении верхней части расчетной диаграммы цикла со сгоранием при постоянном объеме принимают, что максимальное давление действительного цикла

Р, = ?гРг, (144)

где рр - максимальное давление в расчетном цикле; ср 0,85 - коэффициент снижения давления.

Обозначив через ср так называемый коэффициент полноты диаграммы, т. е. величину, учитывающую уменьшение площади диаграммы, определяют величину среднего индикаторного давления р,. действительной диаграммы четырехтактного двигателя по формуле

Pi = <?nP /cato. (145)

Коэффициент полноты диаграммы ср оценивается экспериментально по индикаторным диаграммам, снятым с реальных двигателей, и имеет величину 0,92-0,97. Большие значения ср следует отнести к карбюраторным двига-

Заменив в формуле (141) кг/м^ через Рс = Ра кг1см и отношения Ус 1

ооъемов гт через , получим окончательное выражение среднего инди-

каторного давления pf для смешанного цикла в кг1см:

телям, а меньшие - к быстроходным двигателям с воспламенением от сжатия.

Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя (фиг. 64) кроме плои;ади, характеризуемой величиной р имеет еще площадь atrmxa между линиями впуска и выпуска.

В двигагеле без наддува эта площадь выражает работу, затрачиваемую на очистку и напо;:нение цилиндра, и является отрицательной Среднее давление, характеризующее эту затрату работы р^, представляет собой высоту прямоугольи;И'<а, равчсзеликого площади atrmxa (фиг. 63, 64 и 65)

Фиг. 63. Уменьшение площади расчетной индикаторной диаграммы округлением ее контура

Фиг. 64. Положительная и отрицательная работа на диаграмме для цикла со сгоранием при V = const.

и имеющего длину, равную ходу поршня в масштабе диаграммы. Учитывая, что последняя площадь по форме мало отличается от прямоугольника, приближенно можно считать, что

tPt=-<iAPa-Pr)ICM\ (146)

где ср = 1,0 0,75.

В двигателях с наддувом от приводного нагнетателя и выпуском в атмосферу линия впуска расположена выше линии выпуска р^ > Рг (фиг. 66), и работа очистки и наполнения, подсчитанная по формуле (146), получается положительной. При газотурбинном наддуве величина р^ может быть как больше, так и меньше р^. Следовательно, величина Лр, в этом случае можег быть как отрицательной, так и положительной.

Затрату рабо1ы при зарядке четырехтактного двигателя без наддува, так же как и дополнительную работу, совершаемую в некоторых случаях наддува, учитывают величиной механических потерь двигателя.

В двухтактных двигателях расчетное среднее индикаторное давление рР, полученное для полезной части хода поршня, подсчитывают на весь ход поршня, а также умножают на коэффициент полноты диаграммы ср -

P,pf (1-ф)ф„, (147)

где ф - потерянная доля хода.

В двухтактных двигателях с выпуском и продувкой через окна уменьшение площади индикаторной диаграммы из-за скругления ее верхней части Приблизительно компенсируется положительной площадью (заштрихованной площадью аЬе на фиг. 67), соответствующей периоду очистки и наполнения цилиндра, не учитываемой в расчетном цикле, так как этот цикл рас-

Фиг. 65. Диаграмма очистки и зарядки цилиндра при рк < рр-

Фиг. 66. Диаграмма очистки и зарядки цилиндра при Рк > Рр-

считывается в пределах полезного хода поршня. Для этих двигателей обычно считают ср = 1.

Для двигателей с продувкой через окна и выпуском через клапаны при расчете цикла по действительной степени сжатия величина ср примерно такая же, как в четырехтактных двигателях (фиг. 68).

Фиг. 67. Диаграмма выпуска и продувки двухтактного двигателя с выпуском и продувкой через окна.

Фиг. 68. Диаграмма выпуска и продувки для двухтактного двигателя с продувкой через окна и выпуском через клапаны.

В двигателях с разделенной камерой сгорания (вихрекамерных и предкамерных) при переходе от расчетного среднего индикаторного давления pf к действительному р^ вводят еще дополнительный коэффициент, меньший единицы, для учета отклонения действительного процесса (с потерями энергии на перетекание) от расчетного. Величиной этого коэффициента задаются с пределах 0,85-0,95. Меньшие значения берутся для предкамерных дви-;гагелей, а большие - для вихрекамерных.

Величина среднего индикаторного давления р,. при номинальной .нагрузке колеблеТся в следующих пределах ( в кг/см):

Карбюраторные двигатели (четырех гактные) Газовые дв11ЛЫ1И Iiiflffilklfilil)

........ 6,5-11,0

---570-7,0

Двигатели с воспламеиепием от сжатия ( четырехтактные) . . . 6,0-9,0

То же, с наддуво.м.................. До 22

Двигатели с воспламенением от сжатия (двухтактные) .... 3,5-7,0 То же, с наддувом...................... До 12

Индикаторная мощность двигателя Л/, может быть определена, если известны среднее индикаторное давление р,-, рабочий объем всех цилиндров двигателя Vj (литраж двигателя) и число оборотов п.

При выводе формулы для мощности Л/,- ниже приняты следующие обозначения:

D - диаметр цилиндра в см; S - ход поршня в см; i - число цилиндров двигателя; /7, - среднее индикаторное давление в кг1см;

- рабочий объем всех цилиндров двигателя (литраж) в л; т - тактность, число ходов поршня (тактов) за один цикл; п - число оборотов коленчатого вала в минуту. Согласно определению среднего индикаторного давления, работа, совершаемая газами в цилиндре за один цикл, будет

L =pf-j- .-- кгм/цикл. Отсюда индикаторная работа всего двигателя в минуту L, =p.Si 10-2= 10р,У,- кгм/мин,

где 2п - число ходов в минуту; 2п

---число циклов в минуту.

Следовательно, индикаторная мощность двигателя

>=°рУтШ--- (148)

Для четырехтактных двигателей (т = 4)

для двухтактных двигателей (т = 2)

(50)

Параметры, характеризующие экономичность действительного цикла

Экономичность протекания действительного цикла двигателей внутреннего сгорания характеризуется двумя параметрами: индикаторным к. п. л. и удельным расходом топлива на индикаторную силу в час.

Индикаторным к. п. д. называется отношение количества теплоты, обращаемой в механическую работу рабочего цикла, к затраченному количеству теплоты

/ = 4. (151>

и

где ALi - тепловой эквивалент работы, полученной при сжигании единицы количества топлива; - теплотворность топлива.

Индикаторный к. п. д. в отличие от термического к. п. д. учитывает не только потери теплоты, вызванные отдачей ее холодному источнику, но и потери теплоты вследствие теплоотдачи в стенки, от неполноты сгорания к от диссоциации, т. е. всю сумму потерь при осуществлении рабочего цикла.

Следовательно,

или

Величина AL может быть представлена так:

где - среднее индикаторное давление рабочего цикла;

- рабочий объем цилиндра, в котором за один цикл сгорает единица количества топлива, обеспеченная соответствующим количеством воздуха.

Величина V может быть найдена из характеристического уравнения

Р,ЩуУп-Ш,Т^..

.г, 1 поп: iiTk

1,985 (152)

Для газовых двигателей в знаменателе формулы (152) теплотворность-газообразного топлива должна быть отнесена не к 1 при 0° С и 760 мм рт.ст., а к 1 кгмоль, т. е. вместо Я„ должно быть написано 22,4 Я„ ккал/кгмоль.

Вследствие этого для газовых двигателей

Для двухтактных двигателей значения р, и -Цу должны относиться к полезному рабочему объему цилиндра.

Величина -q, зависит от ряда факторов, взаимно связанных между собой. Это затрудняет анализ влияния этих факторов на величину у\.

Как видно из формул (152) и (153), в выражение индикаторного к. п. д..

входят отношение-тр -величина, обратная теплотворности смеси, коэффи-

Т

циент наполнения i\y, среднее индикаторное давление р. и отношение - 1

= -р-, где -удельный вес смеси при давлении и температуре перед, впускными органами двигателя; R - газовая постоянная.

Величина отношения зависит от величины теплотворности стехиометрической горючей смеси -f- и коэффициента избытка воздуха а. Теплого

творность стехиометрической смеси для различных топлив, как было выяснено выше, колеблется очень незначительно. Изменения ее вызывают соответствующие изменения давления р. и практически не оказывают влияния на экономичность цикла. Изменение коэффициента а, т. е. состава горючей смеси, отражается также на величине р^. При увеличении а, т. е. обеднении смеси, давление р,- уменьшается, а при уменьшении а, т. е. обогащении смеси, Pi возрастает. Однако при этом уменьшение среднего индикаторного давления Pi происходит медленнее, чем увеличение коэффициента избытка воздуха а. Вследствие этого, а также из-за уменьшения теплоемкости продуктов сгорания при обеднении смеси к. п. д. т],- с увеличением а несколько повышается, а с уменьшением а понижается.

Ухудшение качества сгорания при малых значениях а и увеличение теплоотдачи в стенки вызывают дополнительное снижение к. п. д. t], в области малых а. При коэффициенте а, меньшем единицы, когда увеличения давления уже не происходит, уменьшение а. вызывает соответствующее падение п^. Повышение а сверх некоторого предела в двигателях с внешним смесеобразованием также может вызывать понижение п, вследствие потерь, связанных с уменьшением скорости сгорания.

Коэффициент наполнения у^у связан с величиной давления /?,.. В зависимости от изменения отношения - индикаторный к. п. д. может или несколько возрастать или убывать.

Величина /? связана с величинами а. и fi, влияние которых на нее

уже рассмотрено. При всех прочих равных условиях увеличение давления /?,. вследствие повышения степени сжатия, улучшения смесеобразования и более полного сгорания топлива всегда вызывает пропорциональное увеличение к. п д. TQ,..

Давление и температура заряда перед впускными органами или, иныг.н! словами, удельный вес заряда при этих условиях практически не влияют на величину -q,., так как при их изменении происходит соответствующее изменение р,. Таким образом, наддув практически не вызывает изменения величины -п,-. Скоростной режим двигателя влияет на величину коэффициента наполнения г\у, качество сгорания и величину теплоотдачи в стенки в период сгорания и расширения. Происходящее при увеличении числа оборотов п уменьшение коэффициента t\y, ухудшение качества сгорания и увеличение догорания во время расн)ирения вызывает снижение давления /?, и, следовательно, некоторое понижение индикаторного к. п. д. с увеличением числа оборотов.

Величина индикаторного к. п. д. ti двигателей различных типов при номинальной нагрузке колеблется в довольно широких пределах:

Карбюраторные двигатели ............ 0,25-0,35

Газовые двигатели .................. 0,28-0,33

Двигатели с воспла.менением от сжатия.......... 0,38-0,50

Калоризаторные двигатели................ 0,28-0,32

Решая выражения (152) и (153) относительно получаем связь среднего индикаторного давления р^ с основными параметрами рабочего процесса. Для двигателей жидкого топлива

р, 0,503 T],v ff- (154)

Для газовых двигателей

P.=-lb3i Ti,v . (155)

Выражения (154) и (155) показывают, что величина р. зависит от теплотворности свежей смеси, индикаторного к. п. д. -q коэффициента наполнения т\у и удельного веса свежего заряда.

Этими выражениями для определения давления р^ часто пользуются при ориентировочной оценке влияния на индикаторное давление замены топлива, перехода с одного коэффициента а на другой, увеличения или уменьшения значения т],-, а также при изменении величины f при наддуве, при других условиях окружающей среды или при> подъеме двигателя на высоту.

Параметром, характеризующим экономичность рабочего цикла, является также количество топлива, расходуемого на одну индикаторную силу в час:

в случае жидкого топлива -g. кг1л. с. ч.\

р случае газообразного топлн.ва - м^1л, с. ч. (при 0° С к 760 мм рт. ст).

Для газообразного топлива

с;. = 11 Л. с. ч. (160)

Согласно определению понятия индикаторного к. п. д., . ALi 632 632

где 632 ккал - тепловой эквивалент работы 1 л. с. ч.

Следовательно, в случае двигателя, работающего на жидком топливе,

или, подставив выражение по формуле (152), получим

и,=:ШЛ-кг1л.с.ч. (156)

Для газового двигателя

632

или, подставив выражение t[. по формуле (153), получим

у^ = 7133 м^1л. с.ч. (157)

Индикаторный расход как жидкого, так и газообразного топлива, являясь величиной, обратной t\., зависит от тех же факторов, что и Поэтому, не повторяя приведенных выше соображений, следует отметить, что величина или нри одинаковом индикаторном к. п. д. -q, зависит от теплотворности топлива Я,. При сжигании топлива с более высокой теплотворностью при сохранении того же индикаторного к. п. д. или и, уменьшается.

Теплотворность жидкого топлива нефтяного происхождения почти ие изменяется в зависимости от его сорта. Поэтому индикаторный расход достаточно полно характеризует экономичность индикаторного процесса двигателя.

Теплотворность газообразных топлив, наоборот, колеблется в очень широких пределах, вследствие этого индикаторный расход топлива v. не показателен и вместо него обычно подсчитывают расход теплоты на индикаторную силу в час:

Qi = и - Я„ = - ккал/л. с. ч. (158)

Индикаторный расход топлива в двигателях жидкого гоплива и индикаторный расход теплоты 9, в газовых двигателях при номинальной нагрузке изменяется в следующих пределах:

Карбюраторные двигатели...........gj = 180 250 г/л. с. ч.

Двигатели с воспламенением от сжатия .... g,= 120 -н 165

Калоризаторные двигатели...........gt - 190 220

Газовые двигатели .............. 9,- = 1900 н- 2300 ккал/л. с. ч.

Величины и при испытании двигателя находят по величине G,ac или V- часового расхода топлива на весь двигатель и величине индикаторной мощности двигателя Л/,.,

Для жидкого топлива

g = /сг/уг. с. ч. (159)

§ 8. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИНДИКАТОРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЕЙ С ЗАЖИГАНИЕМ от ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИСКРЫ

Влияние степени сжатия. На фиг. 69 изображены зависимости индикаторных показателей от степени сжатия. По мере увеличения степени сжатия е повышаются максимальное давление и среднее индикаторное давление р. и снижается удельный индикаторный расход топлива g. Соответственно растет индикаторный к. п. д. В двигателях с искровым зажиганием, различных по конструкции, протекание кривых индикаторного-

к. п. д. в зависимости от степени сжатия имеет одинаковый характер.

Влияние формы камеры сгорания, расположения свечи и клапанов. В зависимости от формы камеры сгорания и расположения свечи зажигания можно допустить различные предельные степени сжатия и, следовательно, получить различные по-величине индикаторные показатели.

Для получения наибольшего среднего индикаторного давления при работе без детонации и возможно малом удельном расходе топлива, а также для повышения срока службы двигателя к камерам сгорания предъявляются следующие требования:

1) компактность, характеризующаяся малым отношением величины поверхности камеры к ее объему;

2) расположение свечи зажигания в-таком месте, от которого путь пламени дс наиболее удаленной точки камеры, а также до наиболее нагретых мест был бы наименьшим;

3) интенсивное охлаждение наиболее-нагревающихся зон;

4) достаточно полная очистка от отработавших газов и хорошее наполнение цилиндра свежей горючей смесью;

5) наличие вихревого движения рабочего тела в период сгорания.

В табл. 9 приведены примерные значения допустимой степени сжатия для камер различной формы.

Вихревые камеры применяются в автомобильных двигателях; цилиндрические камеры - в стационарных газовых двигателях; полушатровые и шатровые камеры сгорания - в мотоциклетных двигателях и автомобильных двигателях с повышенной степенью сжатия.

Для сравнения камер сгорания принят оценочный показатель, представляющий собой отношение термического к. п. д. рассматриваемого варианта камеры сгорания к термическому к. п. д. полусферической клиновидной камеры сгорания (эскиз 1), так как отношение индикаторных к. п. д. приближенно можно считать равным отношению термических к. п. д. Клиновидная камера сгорания позволяет повысить допустимую степень сжатия вследствие того, что уменьшается путь пламени и создается завихривание рабочей смеси при вытеснении поршнем части заряда, заполняющего кольцевую щель над периферийной частью днища поршня. Небольшой карман у свечи предусмотрен для создания более благоприятных условий развития

Фиг. 69. Влияние степени сжатия на параметры рабочего процесса двигателя М-100 (по данным Б. П. Лебедева).

Индикаторные показатели двигателей с зажиганием от электрической искры 125

Таблица 9

Влияние формы камеры сгорания, расположения свечей и клапанов на наибольшую допустимую степень сжатия и индикаторный к. п. д.

Форма камеры ci-opaiinsi

1. Полусферическая клиновидная

2. Вихревая

3. Вихревая с опущенной стенкой

4. Вихревая клино видная

о. Цилиндрическая

6. Шатровая

7. Шатровая с вытеснителем на поршне

Эскиз

Допустимая степень сжатия

Оценочный показатель

при октановом числе топлива

70-74 I 75-80 85-90 \ 70-74 j 75-80 85-!

6.85

0,97

0,98

0,99

1.01

1,07

1,07

1.05

1,07

начального очага пламени в более спокойной смеси, чем в основной камере-сгорания. Вихревая камера (эскиз 2) применяется на двигателях ГАЗ-51, М-20 и др.; вихревая камера сгорания с опущенной стенкой (эскиз 3) - на двигателе ЗИЛ-110 и ЗИЛ 120

В вихревых камерах сгорания наблюдается плавное нарастание давления по углу поворота коленчатого вала вследствие постепенного увеличения сечений камеры сгорания от места зажигания смеси до наиболее удаленной части камеры. Интенсивное завихривание основной части заряда горючей смеси, находящейся под скругленным верхни.м сводом, происходит с результате вытес11ения объема, расположенного между плоской стенкой головки и днищем поршня при перемещении его к в. м. т. Свечу зажигания чаще располагают ближе к выпускному клапану, так как сильно нагревающаяся тарелка клапана повышает температуру смеси, что способствует возникновению очага детонации в этом месте камеры сгорания.

Некоторое снижение склонности двигателя к детонации в камерах сгорания двигателей ЗИЛ-110 и ЗИЛ-120 (эскиз 3) достигается тем, что над выпускным клапаном верхняя стенка камеры сгорания опущена. При подъеме выпускного клапана его тарелка приближается к верхней стенке, горячие газы вытекают под тарелкой и меньше нагревают ее верхнюю часть, входящую в камеру сгорания.

В головке двигателя ЗИЛ-110 свеча зажигания расположена над выпускным клапаном. При расположении свечи над опущенной стенкой снижается склонность двигателя к детонации при работе на полной нагрузке, но при работе двигателя на частичных нагрузках значительно уменьшается скорость, распространения пламени в первый период сгорания вследствие большой загрязненности рабочей смеси в данном месте камеры сгорания. Это приводит к некоторому повышению расхода топлива на частичных нагрузках В головке двигателя ЗИЛ-120 свеча расположена над впускным клапаном, что повышает экономичность двигателя при работе с прикрытой дроссельной заслонкой, но при этом допускается несколько меньшая степень сжатия.

Наиболее удаленной частью вихревых камер является объем, образуемый плоской поверхностью головки и днищем поршня. При уменьшении зазора между ними повышается интенсивность охлаждения смеси и этим устраняется появление детонации.

В вихревых клиновидных камерах (эскиз 4) впуск через верхний клапан и выпуск через нижний боковой клапан обеспечивает хорошие условия наполнения и очистки цилиндра от отработавших газов по время работы как. при полностью открытой, так и при прикрытой дроссельной заслонке. Камера сгорания имеет компактную форму с небольшой удельной поверхностью и-сравнительно небольшим расстоянием от места зажигания до части смеси., сгорающей в последнюю очередь. Расположение свечи над выпускным клапаном значительно уменьшает возможность появления очага детонации в этом месте камеры сгорания.

Шатровая (эскиз 6) камера сгорания с верхними наклонными клапанами и центральным верхним расположением свечи зажигания применяется в-, автомобильных двигателях с повышенной степенью сжатия. Эти камеры сгорания достаточно компактными имеют умеренные потери тепла в стенки. Центральное расположение свечи зажигания позволяет несколько повысите. допустимую степень сжатия по сравнению с. боковым расположением даже-двух свечей.

Шатровая камера сгорания (эскиз 7) с верхним односторонним располо-х<ением клапанов, центральным размещением свечи и с вытеснителем на днище поршня применяется в автомобильных двигателях повышенной мощности. Эта камера сгорания, весьма компактная, обладает высокими анти-детонациопными качествами, так как при центральном расположении свеча

1 ... 9 10 11 [ 12 ] 13 14 15 ... 20