Работа нагнетателей и тепловых двигателей

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Дайте определение индикаторной, литровой и эффективной мощности ДВС

Ответ: Индикаторная мощность ДВС - это мощность, развиваемая газами внутри цилиндра двигателя. Для определения индикаторной мощности двигателя необходимо знать среднее индикаторное давление Pi, то есть такое условное постоянное по величине давления, которое, действуя на поршень в течение только одного такта расширения, могло бы совершить работу, равную работе газов за весь цикл. Это давление можно рассчитать по полезной площади индикаторной диаграммы. Если известно Pi, то индикаторную мощность можно выразить следующей формулой:

= л.с.,

где - среднее индикаторное давление, кг/;

- сумма рабочих объемов всех цилиндров (литраж) двигателя, или л;

n- число оборотов коленчатого вала в минуту.

Литраж двигателя определяется по формуле:

= л,

где р- постоянное число, равное 3,14; D - диаметр поршня, дм; S - ход поршня, дм; i - число цилиндров двигателя.

Литровая мощность ДВС - это наибольшая эффективная мощность, получаемая с одного литра рабочего объема цилиндров двигателя. Формула литровой мощности следующая:

= кВт/л.,

где - эффективная мощность, кВт;

i - число цилиндров двигателя;

- рабочий объем цилиндра, л.

Эффективная мощность ДВС - это мощность, полученная на коленчатом валу двигателя. Она всегда меньше индикаторной, так как часть последней затрачивается на:

1) Трение в деталях двигателя (поршень с кольцами в цилиндре, подшипники коленчатого вала и пр.)

2) Привод вспомогательных механизмов, обеспечивающих работу двигателя ( механизм газораспределения, масляный и водяной насосы, вентилятор, генератор, распределитель зажигания и пр.)

Часть индикаторной мощности, затрачиваемая на трение и привод вспомогательных механизмов двигателя, носит название мощности механических потерь и обозначается . Эффективная мощность тогда вычисляется по формуле: двигатель топливо давление индикаторный

=- кВт.

2. Дайте характеристику методов продувки ДВС

Ответ:

- Кривошипно-камерная продувка. Воздух или горючая смесь поступает в полость цилиндра через полость картера двигателя. При этом нижняя поверхность поршня используется вместо продувочного насоса, создавая при движении поршня вверх разрежение для подсоса смеси или воздуха, а при движении вниз - избыточного давления, необходимого для продувки. При такой схеме возможно создание двигателей, состоящих из минимального количества деталей, так как ему не требуется продувочного насоса, а при использовании контурной схемы не требуется и дополнительных деталей газораспределительного механизма, так как его функции выполнят поршень, открывающий и перекрывающий продувочные и выпускные окна. Однако для того, чтобы не допустить возврата заряда через впускной трубопровод обратно в атмосферу, перед входом в картер устанавливается лепестковый клапан либо приводимый в движение от коленчатого вала золотник. При использований исключительно кривошипно-камерной продувки существуют определенные особенности, ограничивающие применение таких двигателей:

· Необходимо, чтобы полость кривошипа конкретного цилиндра была герметична и, по возможности, чтобы коленвал занимал возможно больший объём и был обтекаем, чтобы как можно меньше влиять на газодинамику. На концах коленвала находятся манжетные уплотнения. В многоцилиндровых двигателях приходится отделять кривошипные камеры друг от друга, что требует применения разборного коленчатого вала (как следствие, существенная потеря жёсткости вала по сравнению с цельным) и сложных уплотнительных устройств;

· Степень сжатия воздуха (смеси) в кривошипной камере невелика, что не позволяет получить существенное давление продувочного воздуха (приходится увеличивать длительность фазы продувки, это вынуждает снижать эффективный рабочий объём);

· Карбюраторные двигатели такой конструкции не позволяют разместить в картере масляную ванну. Для смазки карбюраторного двигателя приходится подмешивать моторное масло в топливо. В некоторых случаях это может быть и достоинством, так как значительно упрощает систему смазки двигателя. В простейших двигателях масло и топливо необходимо смешивать в отдельной ёмкости перед заливкой в топливный бак, во избежание расслоения топлива и масла. В ряде двигателей применяется раздельная подача масла и бензина в двигатель, но все равно подача масла к памрам трения происходит за счёт осаждения из горючей смеси, из-за чего у таких двигателей высокий расход масла, которое сгорает в цилиндре вместе с топливом. По этой же причине в двухтактных двигателях необходимо использовать специальные масла, не содержащие присадок, способствующих образованию нагара в цилиндре.

На крупных многоцилиндровых двигателях продувочный воздух сжимается в отдельном компрессоре (типа Рутс, либо пластинчатый), что практически полностью устраняет указанные выше недостатки. При этом, однако, воздух может подаваться в цилиндры через полость картера, которая в этом случае выполняет функции ресивера. Для создания давления продувки может использоваться и турбокомпрессор, но в этом случае в момент пуска в двигатель необходимо подавать сжатый воздух от внешнего источника либо использовать двухступенчатый наддув с механической ступенью (10Д100).

В ранних двухтактных двигателях также применяли поршневые компрессоры, работающие от одного коленчатого вала с двигателем.

- Контурная продувка. При контурной продувке поток воздуха (смеси) движется вдоль внутренней поверхности цилиндра и его головки, повторяя их контур (отсюда название). Так как воздух (смесь) в цилиндре чаще всего описывает петлю, такой тип продувки называется ещёвозвратно-петлевой или просто петлевой продувкой. Впускные и выпускные окна расположены в нижней части цилиндра. Направление потока воздуха (смеси) по контуру цилиндра может задаваться специальными дефлекторами на днище поршня и в головке цилиндра (в этом случае продувка называется дефлекторной) или специальной формой продувочных каналов, направляющих поток воздуха (смеси) к головке цилиндра, и сферической формой камеры сгорания. Сложная форма камеры сгорания при дефлекторной продувке ухудшает параметры рабочего процесса и повышает склонность бензиновых двигателей к детонации, а дизельных -- к дымлению, что препятствует форсированию и повышению экономичности двигателей, поршень с толстым донышком склонен к перегреву. В связи с этим большинство производителей двухтактных двигателей отказались от дефлекторной продувки.

К недостаткам контурной продувки вообще следует отнести симметричность открытия и закрытия продувочных и выпускных окон относительно мёртвых точек. Дело в том, что выхлоп должен начинаться раньше впуска, чтобы часть отработавших газов вытекла из цилиндра и давление в нём стало меньше давления воздуха/смеси на впуске (иначе продувка будет невозможна). Угол поворота коленчатого вала от начала открытия выпускного окна до начала открытия продувочного окна называется углом предварения выпуска. Для лучшей продувки этот угол необходимо увеличить. По окончании продувки выпускное окно желательно закрыть раньше продувочного -- тогда произойдет дозарядка цилиндра с предварительным сжатием воздуха/смеси, что позволит повысить мощность, а в бензиновых двигателях уменьшить потери свежей смеси. Но при управлении открытием и закрытием всех окон одним и тем же поршнем это сделать невозможно -- моменты открытия и закрытия окон симметричны относительно мертвых точек -- выпускное окно закрывается позже продувочного. При начале сжатия через это окно теряется часть воздуха/смеси. По этой же причине в двигателях с контурной продувкой невозможно организовывать наддув. Для сокращения потерь следует уменьшить угол запаздывания закрытия выпускного окна. Но он равен углу предварения выпуска, который следует увеличить. Это заставляет идти на компромисс при проектировании двигателей или применять особые конструктивные решения, вроде введения распределительных гильз или золотниковых механизмов. Для улучшения опорожнения цилиндра используется принцип Каденасси -- аэродинамическая и акустическая настройка трактов с использованием отражённой волны выхлопных газов. В этом случае выхлопная труба настраивается так, чтобы часть попавших в неё газов возвращалась обратно перед закрытием выпускных окон. Такая схема не всегда позволяет использовать эффективные глушители, чем обусловлен характерный звук даже маломощного двухтактного двигателя. Кроме того, она может эффективно работать в узкой части диапазона оборотов двигателя -- а именно в той, на которой происходит резонанс газовой струи.

При контурной продувке в цилиндре всегда имеются застойные (непродуваемые) зоны, что ухудшает технико-экономические характеристики двигателя. При фонтанной продувке продувочные и выпускные окна располагаются по всей окружности цилиндра в два ряда: сверху -- выпускные, а под ними -- продувочные окна. Такая схема позволяет несколько лучше продуть центральную область, однако увеличивается потеря свежего заряда.

- Клапанно-щелевая продувка. Наиболее качественное наполнение цилиндров возможно при прямоточной продувке, когда поток воздуха (смеси) движется вдоль оси цилиндра. При этом возможно достижение КПД 50% и выше.

Клапанно-щелевая продувка -- один из видов прямоточной продувки, при которой впуск осуществляется через продувочные окна, расположенные по окружности в нижней части цилиндра, а выпуск -- через клапан в противоположной его части. Кроме оптимальной траектории движения газов, благодаря которой объём непродуваемых областей цилиндра сводится к минимуму, по сравнению с контурной продувкой, такая схема позволяет закрывать выпускной клапан раньше, чем впускные окна перекрываются поршнем, что позволяет снизить потери свежего заряда и осуществлять наддув.

3. Что такое среднее индикаторное давление? От чего зависит его величина

Ответ: Работа, совершаемая газами в цилиндре за цикл, называется индикаторной. При определении этой работы и соответствующей ей мощности в теории и эксплуатации дизелей пользуются условным показателем - средним индикаторным давлением. Это такое условное постоянное давление, которое, действуя на поршень за время одного рабочего хода, совершает работу, эквивалентную индикаторной работе действительного замкнутого цикла.

Геометрический смысл среднего индикаторного давления наглядно показан на рисунке - это значение постоянного давления условной прямоугольной диаграммы, равной по длине и равновеликой по площади индикаторной. Среднее индикаторное давление может быть выражено как отношение индикаторной работы цикла к рабочему объему цилиндра:

=

Таким образом, оно представляет собой удельную работу цикла, то есть работу, приходящуюся на единицу рабочего объема цилиндра. Изменения значений среднего индикаторного давления в отдельных цилиндрах достигают путем соответствующего изменения цикловых подач топлива.

Произвести тепловой расчет однокамерного 4-тактного дизельного двигателя внутреннего сгорания высокого сжатия с наддувом. Исходные данные взять из табл. 2 и 3 методических указаний [1].

В соответствий с заданием необходимо принять условие, что центробежный компрессор наддува механически связан с валом двигателя и мощность, затрачиваемая на сжатие воздуха, снимается с коленчатого вала двигателя.

Исходные данные

Диаметр цилиндра - 105 мм;

C=86,7;

H=12,3;

O=1,0.

4. Методические указания к расчету двигателя внутреннего сгорания

Расчет двигателя включает следующие этапы:

1. Составление материального баланса - подсчет объемов газов в основных точках расчетного цикла с приведением к нормальным условиям и определение параметров начальной точки рабочего цикла (конец впуска или начало сжатия).

2. Расчет процесса сжатия воздуха.

3. Расчет процесса сгорания топлива.

4. Расчет процесса расширения продуктов сгорания топлива.

5. Определение среднего индикаторного давления.

6. Определение индикаторной и эффективной мощности, расхода топлива и КПД двигателя.

Материальный баланс и параметры начальной точки

Определяется теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива, моль: