Виды теоретических термодинамических циклов двигателя

Виды теоретических термодинамических циклов двигателя

. Цикл с подводом теплоты при постоянном объеме теоретический для карбюраторных и газовых двигателей.

2. Смешанный цикл с подводом части теплоты при постоянном объеме и части теплоты при постоянном давлении теоретический для бескомпрессорных дизелей.

2 Горючей смесью в цикле Отто является воздух, смешанный с парами бензина или любым другим легко испаряющимся веществом. При положении поршня в ВМТ и постоянном объеме v2 (см. рисунок, прямая 2—3) осуществляется процесс подвода теплоты к рабочему телу. При этом давление и температура рабочего тела повышаются При движении поршня от ВМТ к НМТ (кривая 3—4) происходит процесс адиабатного расширения газа. Идеальный газ с начальными параметрами p ₁, v ₁ ,T ₁сжимается по адиабате 1-2. В изохорном процессе 2-3 рабочему телу от внешнего источника теплоты передается количество теплоты q ₁. В адиабатном процессе 3-4 рабочее тело расширяется до первоначального объема v ₄ =v ₁. В изохорном процессе 4-1 рабочее тело возвращается в исходное состояние с отводом от него теплоты q ₂ в теплоприемник.

 

3. Теоретический цикл с подводом теплоты при постоянном давлении

В двигателях с постепенным сгоранием топлива воздух сжимается в цилиндре, а жидкое топливо распыляется сжатым воздухом от компрессора. Раздельное сжатие позволяет применять высокие степени сжатия (до e =20), исключая преждевременное самовоспламенение топлива. Постоянство давления при горении топлива обеспечивается соответствующей регулировкой топливной форсунки. Конструкция такого двигателя впервые была разработана немецким инженером Дизелем. Этот цикл осуществляется следующим образом. Газообразное рабочее тело с начальными параметрами p ₁, v ₁, T ₁сжимается по адиабате 1-2. В изобарном процессе 2-3 телу сообщается некоторое количество теплоты q ₁. В адиабатном процессе 3-4 происходит расширение рабочего тела до первоначального объема. В изохорном процессе 4-1 рабочее тело возвращается в первоначальное состояние с отводом в теплоприемник теплоты q ₂.

 

Теоретический цикл со смешанным подводом теплоты

С целью упрощения конструкции и увеличения экономичности двигателя русский инженер Г.В.Тринклер разработал проект бескомпрессорного двигателя высокого сжатия. Этот двигатель лишен недостатков рассмотренных выше двух типов двигателей. Основное его отличие в том, что жидкое топливо с помощью топливного насоса подается через форсунку в головку цилиндра, где оно воспламеняется и горит вначале при постоянном объеме, а потом при постоянном давлении. В адиабатном процессе 1-2 рабочее тело сжимается до параметров в точке 2. В изохорном процессе 2-3 к нему подводится первая доля теплоты q1 штрих, а в изобарном процессе 3-4 - вторая - q1 два штриха. В процессе 4-5 происходит адиабатное расширение рабочего тела и по изохоре 5-1 оно возвращается в исходное состояние с отводом теплоты q ₂ в теплоприемник.

 

Виды наддува двигателей и конструктивные отличия

ДВС применяют три типа наддува:

· резонансный –при котором используется кинетическая энергия объема воздуха во впускных коллекторах (нагнетатель в этом случае не нужен)

· механический – в этом варианте компрессор приводится во вращение ремнем от двигателя

· газотурбинный (или турбонаддув) – турбина приводится в движение потоком отработавших газов.

 

7 Отличие действительного цикла от теоретического

 

Основные периоды впуска

В первый период, от момента начала открытия впускного клапана (точка r’) до момента закрытия выпускного клапана (точка а’), происходят одновременное наполнение цилиндра свежим зарядом, выпуск отработавших газов и их смешение. Этот период, когда открыты одновременно впускной и выпускной клапаны называют перекрытием клапанов (φ_п на рис. 4.2), и именно в этот период происходят наиболее интенсивный процесс газоабмена;

2 период от точки а’ до точки а при движения поршня к н.м.т. характеризует основной период впуска свежего заряда, продолжение смешивания его с отработавшими газами, выравнивание их совместного давления и температуры

3) в третий период при движении поршня от н.м.т. (точка а) до точки а” происходят одновременно завершение процесса наполнения цилиндра (дозарядка, или обратный выброс) и начало сжатия смесИ

 

Параметры впуска

Подогрев заряда. Другой причиной, снижающей массовое количество поступающего заряда, является его подогрев при соприкосновении с горячими поверхностями внутрицилиндрового пространства, а также впускной системы.

Температура конца впуска. При раздельном рассмотрении факторов, влияющих на протекание процесса газообмена, предполагалось, что каждый фактор воздействует на процесс зарядки отдельно и как бы последовательно.

Коэффициент наполнения. Качество процесса впуска определяется величиной коэффициента наполнения tv, под которым понимают отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр двигателя, к тому его количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объеме V при давлении и температуре свежего заряда у входа во впускную систему двигателя.

Давление в конце впуска. Давление в конце впуска (МПа) — основной фактор, определяющий количество рабочего тела, поступающего в цилиндр двигателя:

Температура остаточных газов. В зависимости от типа двигателя, степени сжатия частоты вращения и коэффициента избытка воздуха устанавливается значение температуры Т_r остаточных газов в пределах:

для двигателей с воспламенением от искры……. 900—1100 К

Давление остаточных газов. В цилиндре двигателя перед началом процесса наполнения всегда содержится некоторое количество остаточных газов, находящихся в объеме камеры сгорания (см. рис. 4.1). Давление остаточных газов устанавливается в зависимости от числа и расположения клапанов, сопротивлений впускного и выпускного трактов, фаз газораспределения характера наддува, быстроходности двигателя, нагрузки, системы охлаждения и других фактор

 

Приведение масс частей КШМ

Для упрощения динамического расчета действительный КШМ заменяем эквивалентной системой сосредоточенных масс.

Масса, сосредоточенная на оси поршневого пальца, кг:

Масса, сосредоточенная на оси кривошипа,

- часть массы кривошипа, сосредоточенной на оси кривошипа, кг.

Полная масса шатунной группы, кг: Для приближенного определения значений, и можно используем конструктивные массы , т.е. массы, отнесенные к площади поршня.

Неуравновешенные части одного колен вала без противовесов :

Умножая конструктивные массы на площадь поршня получим искомые величины:

Для большинства существующих автомобильных и тракторных двигателей:

Масса, сосредоточенная на оси поршневого пальца. Масса, сосредоточенная на оси кривошипа:

 

Классификация

 

По назначению

· Основные;

· Промежуточного подогрева;

· Резервные;

По принципу действия

· Непрерывные (для газотурбинных двигателей (ГТД), жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), воздушно-реактивных двигателей (ВРД), турбореактивных двигателей (ТРД));

· Периодические (для поршневых ДВС);

В свою очередь непрерывные камеры сгорания классифицируются:

По направлению продуктов сгорания и потока воздуха:

· прямоточные;

· противоточные камеры сгорания (применяются редко по причине высокого гидравлического сопротивления).

По компоновке:

· Выносные;

· Встроенные;

По конструктивным особенностям:

· Трубчатые;

· Кольцевые;

· Трубчато-кольцевые;

В свою очередь периодические камеры сгорания классифицируются:

По используемому горючему:

· Бензиновые (центральная, боковая, клиновая, полуклиновая, полусферическая, полусферическая, цилиндрическая);

· Дизельные.

В свою очередь дизельные камеры сгорания делятся на:

· Неразделенные (наличие только одного отделения, где происходит и сгорание топлива, и смесеобразование);

· Разделенные (наличие двух отделений: основная и дополнительная, соединенные между собой горловиной. В этом случае топливо впрыскивается в дополнительную камеру).

По способу смесеобразования:

· пленочное,

· объемное (для неразделенных камер сгорания),

· комбинированные.

 

Определение.

Нагрузочная характеристика - это зависимость показателей работы двигателя (часового и удельных расходов топлива, механического и индикаторного КПД и др.) от нагрузки при постоянной частоте вращения коленчатого вала.

1.4.Назначение характеристики. Характеристика служит для оценки влияния нагрузки и определения режимов работы двигателя с наивысшей экономичностью и максимальной мощностью при допустимой тепло напряженности двигателей.

1.5Методика испытаний. Нагрузочная характеристика снимается при постоянной частоте вращения коленчатого вала двигателя и при различных нагрузках; начиная от нуля и до максимальных.

Частота вращения не должна отличаться от заданной более чем на 10 об/мин, что поддерживается путем изменения подачи топлива. Требуемая нагрузка устанавливается с помощью тормозной установки стенда и контролируется по динамометру. Тормозная установка, двигатель и измерительная аппаратура должны соответствовать требованиям ГОСТ 18509-88.

1. 39.Методика снятия регуляторной характеристики ДВС и анализ результатов испытаний.

2. 3.Определение. Скоростная характеристика - это зависимость эффективной мощности, крутящего момента, расходов топлива и других показателей работы двигателя от частоты вращения коленчатого вала при неизменном положении рычага управления подачей топлива или при неизменном значении крутящих моментов.

3. 2.4.Назначение характеристики. Характеристика служит для определения основных показателей работы двигателя при различных частотах вращения коленчатого вала. Она позволяет оценить динамические и эксплуатационные качества двигателя, его экономичность, теплонапряженность, токсичность и др.

4. 2.5.Методика испытаний. Скоростная характеристика снимается при неизменном положении рычага управления подачей топлива и при различных частотах вращения коленчатого вала в диапазоне от максимальной на холостом ходу до минимальной устойчивой при полной нагрузке.

 

Методика испытаний.

Регулировочная характеристика снимается при постоянной частоте вращения коленчатого вала двигателя и при неизменном положении дроссельной заслонки.

Требуемый угол опережения зажигания устанавливают поворотом корпуса прерывателя-распределителя относительно блок-картера. Величину угла измеряют с помощью стробоскопическо­го устройства. Изменяющийся при опытах скоростной режим восстанавливают за счет нагрузки с помощью тормозной установки стенда.

Порядок выполнения работы.

3.6.1.Уяснить цель работы, определение, назначение и методику снятия регулировочной характеристики карбюраторного двигателя по углу опережения зажигания.

3.6.2.Записать в разделы 5.7 и 5.8 отчета поработе показатели технической характеристики двигателя и измерительных приборов с указанием типа приборов, пределов и точности измере­ний.

3.6.3.Подготовить протокол испытаний, распределить обязанности по измерению показателей работы двигателя, запустить и прогреть двигатель при СТРОГОМ СОБЛЮДЕНИИ ПРАВИЛ БЕЗОПАСНОСТИ.

3.6.4.Установить выбранные для исследования скоростной и нагрузочный режимы, управляя одновременно рычагом управления подачей топлива и тормозным устройством стенда. Зафиксировать рычаг управления подачей топлива.

Включить стробоскопическое устройство и установить поворотом прерывателя-распределителя нужный угол опережения зажигания.

Восстановить изменением нагрузки выбранный скоростной режим и произвести измерения показателей работы двигателя.

43. Характеристика процессов газообмена.

Газообменом называет­ся совокупность процессов выпуска и впуска, обеспечивающих смену рабочего тела.

Процесс выпуска отработавших газов начинается в конце такта расширения за 40...70° поворота коленчатого вала (ПКВ) до при­хода поршня в НМТ (точкаb' на рис. 1.2). При этом давление в цилиндре двигателя без наддува составляет 0,4...0,6 МПа. Выпуск отработавших газов вначале происходит со скоростью истечения газов через клапанную щель 500...700 м/с. В НМТ завершается пе­риод свободного выпуска, в течение которого из цилиндра удаляет­ся 50...70 % отработавших газов.

Газообмен в период перекрытия (одновременного открытия) кла­панов в области ВМТ

 

44. Правило, на одноканальные, двухканальные и даже трех канальные. Они являются частью системы выхлопа, которые вместе с кислородным датчиком (λ-зонд) и регулирующим устройством, в зависимости от условий эксплуатации, должны преобразовать всевозможные экологически вредные выхлопные газы (углеводороды CH, оксиды азота NO и угарный газ CO) в безвредные вещества (водяной пар H2O, углекислый газ CO2 и азот N).

Виды теоретических термодинамических циклов двигателя

. Цикл с подводом теплоты при постоянном объеме теоретический для карбюраторных и газовых двигателей.

2. Смешанный цикл с подводом части теплоты при постоянном объеме и части теплоты при постоянном давлении теоретический для бескомпрессорных дизелей.

2 Горючей смесью в цикле Отто является воздух, смешанный с парами бензина или любым другим легко испаряющимся веществом. При положении поршня в ВМТ и постоянном объеме v2 (см. рисунок, прямая 2—3) осуществляется процесс подвода теплоты к рабочему телу. При этом давление и температура рабочего тела повышаются При движении поршня от ВМТ к НМТ (кривая 3—4) происходит процесс адиабатного расширения газа. Идеальный газ с начальными параметрами p ₁, v ₁ ,T ₁сжимается по адиабате 1-2. В изохорном процессе 2-3 рабочему телу от внешнего источника теплоты передается количество теплоты q ₁. В адиабатном процессе 3-4 рабочее тело расширяется до первоначального объема v ₄ =v ₁. В изохорном процессе 4-1 рабочее тело возвращается в исходное состояние с отводом от него теплоты q ₂ в теплоприемник.

 

3. Теоретический цикл с подводом теплоты при постоянном давлении

В двигателях с постепенным сгоранием топлива воздух сжимается в цилиндре, а жидкое топливо распыляется сжатым воздухом от компрессора. Раздельное сжатие позволяет применять высокие степени сжатия (до e =20), исключая преждевременное самовоспламенение топлива. Постоянство давления при горении топлива обеспечивается соответствующей регулировкой топливной форсунки. Конструкция такого двигателя впервые была разработана немецким инженером Дизелем. Этот цикл осуществляется следующим образом. Газообразное рабочее тело с начальными параметрами p ₁, v ₁, T ₁сжимается по адиабате 1-2. В изобарном процессе 2-3 телу сообщается некоторое количество теплоты q ₁. В адиабатном процессе 3-4 происходит расширение рабочего тела до первоначального объема. В изохорном процессе 4-1 рабочее тело возвращается в первоначальное состояние с отводом в теплоприемник теплоты q ₂.