2. книга по теории ДВС 09. 2012. 2. книга по теории ДВС 09. Первый и второй законы термодинамики
 Скачать 18.02 Mb.
|
|
Тема 3.2-2 основы теории ДВС 09.2012 ПРОЦЕСС СЖАТИЯ Процесс сжатия в д.в.с. проводится с целью создания условий для эффективного протекания следующего за ним процесса сгорания.В процессе сжатия имеют место следующие явления. Свежий заряд подогревается, заимствуя тепло от стенок цилиндра и днища поршня в начале хода сжатия; в конце сжатия наблюдается отдача тепла через стенки охлаждающей воде. Свежий заряд подогревается также и за счет работы, затрачиваемой на его сжатие. Благодаря наличию теплообмена процесс сжатия протекает по политропному закону ( с теплообменом), т. е. pV n1,=const, где n1— показатель политропы сжатия. Основные параметры состояния газа (смеси воздуха и остаточных газов) в начале сжатия раи Табыли определены в предыдущем разделе ( тема 3.2-1). Для нахождения параметров состояния газа по окончании процесса сжатия рси Тс, т. е. давления и абсолютной температуры в конце сжатия, рассмотрим подробнее факторы, определяющие ход процесса, и установим зависимость между ними. В идеальном цикле процесс сжатия должен протекать по адиабате (без теплообмена) с постоянным показателем k.В действительном процессе состояние газа при сжатии изменяется политропно с переменным показателем политропы n.  В первый период сжатия на участке ab температура газа будет ниже температуры стенок цилиндра, поэтому газ нагревается от них. Вследствие подвода к газу тепла показатель политропы сжатия n1 на участке abбудет больше kи кривая пойдет выше адиабаты. На участке bстемпература газа выше температуры стенок, в результате чего от него будет отводиться тепло и линия сжатия окажется ниже адиабаты n1<k).Таким образом, политропа сжатия в начале его будет расположена выше адиабаты, а в конце — ниже. На всем протяжении политропы сжатия показатель будет переменным. На основании исследования снятых индикаторных диаграмм быстроходных двигателей установлено, что n1может быть равно 1,15—1,75, причем среднее его значение для большинства быстроходных двигателей составляет 1,37. Для упрощения расчета цикла полагают, что процесс сжатия протекает по политропе со средним постоянным показателем. На величину n1влияют быстроходность двигателя, материал поршня и охлаждение его. С увеличением быстроходности время для теплообмена уменьшается и показатель политропы увеличивается, приближаясь к показателю адиабаты. Для тихоходных двигателей n1будет ниже, так как время теплообмена увеличивается. Если материал поршней более теплопроводный, то n1будет меньше, так как при этом происходит более интенсивный отвод тепла, и процесс будет приближаться к изотермическому. При охлаждении поршней n1также понижается. В процессе эксплуатации n1изменяется в зависимости от нагрузки. С увеличением ее повышается и температура рабочей втулки, вследствие чего на участке abк свежему заряду будет подведено больше теплоты, а на участке bс теплоотдача несколько уменьшится, что приведет к увеличению среднего значения n1за цикл. Для судовых дизелей n1= 1,32÷1,42. Аналитическое определение показателя политропы сжатия весьма сложно, так как на его величину оказывают влияние большое количество различных факторов, связать которые в единую аналитическую зависимость трудно. Поэтому обычно рекомендуют пользоваться эмпирическими формулами. Д  ля определения величины показателя n1 для карбюраторных двигателей проф. И. М. Ленин рекомендует следующее выражение:где n max— максимальное число оборотов вала двигателя; n расч — число оборотов вала двигателя, для которого определяют величину n1 Р  анее проф. В. А. Петров рекомендовал определять величину n1 из выраженияПодсчитанная по указанным выражениям величина показателя n1 не учитывает применяемую на двигателе систему охлаждения, принятые диаметр цилиндра, материал поршней и головок и другие факторы, весьма существенно влияющие на его величину. Поэтому величина n1 после ее определения по или должна быть скорректирована с учетом того, что увеличение интенсивности охлаждения двигателя снижает величину n1, a увеличение диаметра цилиндра, степени сжатия и числа оборотов повышает этот показатель. Иными словами, факторы, способствующие охлаждению смеси, снижают n1, а способствующие подогреву смеси — увеличивают. Определение давления сжатия Рс Давление газов рси температура Тсв конце сжатия определяются из соотношений параметров политропного процесса сжатия. Уравнение политропы сжатия в общем виде записывают так: pVn1= const. Из уравнения политропы pаVаn1= pсVсn1для начала и конца сжатия получим: pс/ pа =Vаn1/Vсn1 откуда pс =pа(Vа/Vс )n1 или : давление воздуха цилиндре в конце такта сжатия : pс =pа εn1 определение температуры Тс. Из уравнения политропы сжатия Тс /Та =(Vа/Vс )n1-1 Находим температуру воздуха в цилиндре в конце такта : Тс= Та εn1-1 Из формул видно, что с увеличением ε и n1 значения рс и Тсповышаются и, конечно, рси Тснаходятся в прямой зависимости от давления и температуры в начале сжатия. При определении рси Тснеобходимо выбрать значения ε и n1. Для дизелей степень сжатия должна обеспечивать надежность самовоспламенения топлива, а для карбюраторных двигателей — температуру в конце сжатия ниже температуры самовоспламенения рабочей смеси. Значения ε , рси Тсдля существующих судовых дизелей находятся в следующих пределах: ε = 12÷20, рс =2,74÷9,4 Мн/м2=27÷94 кгс/см2Тс =750÷950 оК. Более высокие температуры заряда в конце сжатия у дизелей вызываются необходимостью осуществить надежное самовоспламенение дизельного топлива не только при установившемся режиме, но и при пуске. Здесь уместно отметить, что температура самовоспламенения дизельного топлива равна примерно 623°К, (350°С). В  процессе эксплуатации давление в конце сжатия рснеобходимо поддерживать в пределах, указанных в формуляре дизеля, иначе могут возникнуть серьезные искажения параметров рабочего цикла, что приведет к снижению мощности и экономичности двигателя. При сборке ДВС необходимо установить высоту камеры сжатия по всем цилиндрам одинаковой, в процессе эксплуатации контролировать соответствующими приборами.Прогар клапана (нижний слева) от высоких температур. К  онтроль давлений в цилиндре на работающем двигателе максиметром.Диагностика ДВС вибросистемой ДЕПАС Н  едостаточное давление в конце сжатия не обеспечит нужной температуры для самовоспламенения топлива, что приведет к пропуску вспышек или к большему запаздыванию воспламенения и смещению процесса сгорания на линию расширения. Ввиду позднего воспламенения снизится давление в конце сгорания, вследствие чего уменьшится площадь индикаторной диаграммы и мощность двигателя. Догорание на линии расширения повысит температуру уходящих газов и потерю теплоты с ними. Отклонение в значениях рсот рекомендованных заводом-изготовителем допускается до ±2.5 %. Значение рсможет понизиться в результате неплотности поршневых колец и клапанов, загрязнения воздушных фильтров, неправильно установленной степени сжатия. Чтобы избежать этого, не следует допускать пригорания поршневых колец, образования нагара и разъеданий на рабочих поверхностях клапанов, загрязнения воздушных фильтров и впускного трубопровода. Ответить на следующие вопросы:
3.2.-3 основы теории ДВС 2012 Смесеобразование в дизелях. Сжигание топлива является одним из самых распространенных методов получения тепловой энергии, используемой для различных производственных целей и особенно для последующего трансформирования ее в механическую работу с помощью различных типов тепловых двигателей. Учитывая, что получение механической энергии таким способом составляет примерно 90% от всей вырабатываемой в мире (около 110 млрд. л.с),вопрос правильной организации процесса сгорания приобретает особо важное значение. Применительно к д.в.с. это означает, что процесс сгорания должен иметь небольшую продолжительность. При этом следует иметь в виду, что чрезмерно малая продолжительность процесса сгорания приводит к жесткой работе, а при увеличении длительности процесса сгорания резко возрастают тепловые потери двигателя и снижается его мощность. Д  ля обеспечения качественного смесеобразования в цилиндре ДВС необходимы следующие конструктивные условия :
Угол а3 - угол опережения подачи топлива – это угол между кривошипом коленвала и вертикальной осью цилиндра в момент начала подачи топлива в цилиндр.
Ф  ормы камер сгоранияа\ с плоским днищем. б\ полусферическим углублением в\ с выступом в центре днища( Гессельман) г\ с углублением трапецеидальной формы д\ сферическим углублением в поршне е\ сферической формы со вставной горловиной
 Время от начала подачи топлива и до его воспламенения называется периодом задержки самовоспламенения.Он зависит от угла опережения подачи топлива и температуры деталей двигателя в момент пуска. При пуске холодного двигателя период задержки увеличивается , и по этой причине дизель до момента прогрева работает жестко по причине большой скорости нарастания давления - ( сгорание топлива происходит взрывоподобно). Угол опережения подачи топлива для дизелей в зависимости от их типа находится в пределах 150--330. на развернутой диаграмме это т.k. в т.m происходит воспламенение топлива. k-m --- есть период задержки самовоспламенения. За это время в цилиндр поступает 15-50 % топлива от цикловой дозы, которое успевает испариться и перемешаться с воздухом. Остальное топливо цикловой дозы поступает в камеру сгорания после т. m, т.е. поступает уже в среду охваченную пламенем. Самовоспламенение и сгорание топлива — сложный процесс химического соединения его горючих элементов с кислородом воздуха, сопровождаемый выделением теплоты. При расчете процесса сгорания промежуточные физико-химические изменения, происходящие с топливом внутри рабочего цилиндра, не рассматриваются, а учитываются лишь количественные конечные результаты химических реакций. Начало горения в расчетном цикле предполагается в в. м. т. В действительном цикле начало горения не совпадает с в м. т. и, кроме того, горение не заканчивается в точке z, а часть топлива догорает на линии расширения zb Процесс сгорания рассчитывают исходя из 1 кг сжигаемого топлива. Для удобства расчета количество воздуха и образующихся газов измеряется в киломолях. Определение низшей теплотворной способности топлива. к  оличество теплоты ,выделяемое при сгорании топлива, называется теплотворной способностью топлива.Количество тепла, выделяющегося при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м3 газового топлива, при условии, что образующиеся водяные пары в продуктах сгорания конденсируются, называется высшей теплотой сгорания топлива. Количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого или 1 м3 газового топлива, за вычетом тепла парообразования водяных паров, образующихся при горении, называется низшей теплотой сгорания Топлива. Высшая теплотворная способность - таблица. (Удельная теплота сгорания).
| ||||||||||||||||||||||||
оступивший в цилиндр воздух должен иметь мощные завихрения, что обеспечивается формой камеры сгорания. 
еред достижением температуры воспламенения топливо должно распылено до туманообразного состояния ( подается в цилиндр под давлением 120-2200 кг\см 2 через распылитель форсунки) , испариться (в конце такта сжатия Т воздуха достигает 800-1100 К от резкого сжатия).