Промышленный лизинг
Методички
Рис. 30. Номограмма определения показателя адиабаты расширения fej для дизеля . щей заданному значению о. На рис. 29 и 30 показано определение кг для рассчитываемых карбюраторного двигателя и дизеля. Средние значения величины «2, полученные из анализа индикаторных диаграмм, для различных современных автомобильных и тракторных двигателей изменяются в пределах (для номинальной нагрузки): Для карбюраторных двигателей........... 1,23-7-1,30 Для дизелей.................... 1,18ч-1,28 Для газовых двигателей .............. 1,25-:-1,35 Значения давления (МПа) и температуры (К) в конце процесса расширения определяются по формулам политропического процесса. Для двигателей, работающих пО циклам, с ПОДВОДОМ теплоты при постоянном объеме Рь-Рг/", (87) Tftn/s""; (88) со смешанным подводом теплоты Рь = Рг/", (89) T, = Tjb"-\ (90) где б = е/р - степень последующего расширения. Примерные значения давления и температуры для современных автомобильных и тракторных двигателей без наддува (на номинальном режиме) лежат в пределах: Для карбюраторных двигателей . . Рй = 0,35 -i- 0,60 МПа и Г» = I200-rI700 К Для дизелей............рь = 0,20 -j- 0,50 МПа и Г» = 1000-М200 К § 12. ПРОЦЕСС ВЫПУСКА И МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ ПРИ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ За период выпуска из цилиндра двигателя удаляются отработавшие газы. Изменение давления в процессе выпуска в цилиндре четырехтактного двигателя без наддува показано на рис 31, а в двигателе с наддувом - на рис 32. Кривые bb"rda схематически показывают действительное изменение давления в цилиндре двигателя в процессе выпуска. Точки Ь п а на этих кривых отмечают соответственно моменты открытия и закрытия выпускных клапанов. Прямые Ы и 1г являются расчетными прямыми процесса выпуска, которые после определения координат точек bar ориентировочно заменяются кривыми b"rr. Открытие выпускного клапана до прихода поршня в н. м. т., снижая полезную работу расширения (площадь bbb"b), способствует качественной очистке цилиндра от продуктов сгорания и уменьшает работу, необходимую для выталкивания отработавших газов. В современных двигателях открытие выпускного клапана происходит за 40-80° до н. м. т. (точка Ь) и с этого момента начинается истече- о В.М.ГП. НМ.т. V О 8жт. н.мж V Рис. 31. Изменение давления в процессе выпуска в двигателе без наддува Рис. 32. Изменение давления в процессе выпуска в двигателе с наддувом ние отработавших газов с критической скоростью 600-700 м/с. За этот период, заканчивающийся вблизи н. м. т. в двигателях без наддува и несколько позже при наддуве, удаляется 60-70% отработавших газов. При дальнейшем движении поршня к в. м. т. истечение газов происходит со скоростью 200-250 м/с и к концу выпуска не превышает 60-100 м/с. Средняя скорость истечения газов за период выпуска на номинальном режиме находится в пределах 60-150 м/с. Закрытие выпускного клапана происходит через 10-50° после в. м. т., что повышает качество очистки цилиндра за счет эжекцион-ного свойства потока газа, выходящего из цилиндра с большой скоростью. В начале расчета процесса впуска (см. § 8) задаются параметрами процесса выпуска {рг и Г), а точность выбора величины давления и температуры остаточных газов проверяется по формуле (91> При проектировании двигателя стремятся уменьшить величину рг, чтобы избежать возрастания насосных потерь и коэффициента остаточных газов. Кроме того, увеличение давления выпуска уменьшает коэффициент наполнения, ухудшает процесс сгорания и повышает температуру и количество остаточных газов. Увеличение давления в конце выпуска при газотурбинном наддуве, как правило, вполне компенсируется повышением давления на впуске (рис. 32). Быстрый рост автомобильного и тракторного парков как в нашей стране, так и во всем мире за последние годы остро поставил проблему снижения токсичности двигателей при их эксплуатации. Основным источником загрязнения атмосферы в процессе эксплуатации двигателей являются продукты сгорания, в которых токсичными компонентами являются: окись углерода (СО), ркислы азота (NO,) и углеводороды (С„Н„). Кроме того, углеводороды попадают в атмосферу в виде паров топлива и масел из баков, топливных насосов, карбюраторов, картеров. По некоторым даннЫм [2] один автомобильный двигатель в течение года выбрасывает в атмосферу примерно 600 кг окиси углерода и 40 кг окислов азота. В настоящее время проблема снижения токсичности решается как создателями, так и эксплуатационниками двигателей. С точки зрения конструкции двигателей эта проблема решается по трем основным направлениям: . Совершенствование рабочего процесса существующих типов поршневых двигателей внутреннего сгорания с целью существенного сокращения выброса в атмосферу токсичных составляющих как с продуктами сгорания, так и с парами топлива и масел. Применение различных способов воздействия на процессы смесеобразования (например, системы питания с электронным управлением) и сгорания (например, совершенствование камер сгорания); дёфорсирование двигателей за счет уменьшения степени сжатия и частоты вращения коленчатого вала; вентиляция картера; подбор горючих смесей с меньшей токсичностью продуктов их сгорания и ряд других меро- приятии уже сейчас позволяют существенно снизить загрязнение атмосферы в процессе эксплуатации автомобильных и тракторных двигателей. 2. Разработка дополнительных устройств (нейтрализаторы, улавливатели, дожигатели и т. п.) и установка их на двигатели позволяет в большей или меньшей степени очистить продукты сгорания от токсичных составляющих. 3. Разработка принципиально новых двигателей (электрических, инерционных, аккумуляторных и др.), позволяющих кардинально решить проблему незагрязнения > окружающей среды в процессе эксплуатации автомобильных и тракторных двигателей, является направлением на длительную перспективу. Однако использование : в таких крупных городах, как Москва или Ленинград, электромобилей для внутригородских перевозок уже в ближайшее время может значительно уменьшить загрязнение атмосферы токсичными компонентами. С точки зрения эксплуатации автомобильных и тракторных двигателей данная проблема решается повышением требований к качеству регулировки топливоподающгй аппаратуры, систем и устройств смесеобразования и сгорания; более широким применением газовых топлив, продукты сгорания которых обладают меньшей токсичностью, а также переводом бензиновых двигателей на газообразное топливо. § 13. ИНДИКАТОРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ЦИКЛА Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания характеризуется средним индикаторным давлением, индикаторной мощностью и индикаторным к. п. Дч Среднее индикаторное давление. Изменение давления в течение всего рабочего цикла двигателя с искровым зажиганием и дизеля показано на расчетных индикаторных диаграммах (рис. 33 и 34). Площадь нескруглен-ных диаграмм (aczba) в определенном масштабе выражает теоретическую расчетную работу газов за один цикл двигателя. Эта работа, отнесенная к ходу поршня, является теоретическим средним индикаторным давлением pi. При графическом определении pi по индикаторной диаграмме (рис. 33 и 34) необходимо: Рис. 33. Индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя а) определить площадь под кривой ас (работа, затраченная на сжатие рабочей смеси) и, отнеся ее к ходу поршня, получить величину среднего давления процесса сжатия >асг б) определить площадь под кривой гЬ (рис. 33) или под кривой ггЬ (рис. 34), которая выражает работу расширения. Отнеся эту площадь к ходу поршня, определить среднее давление процесса расширения РгЬ или рггЬ; в) определить р i = рь - - Рас для карбюраторного двигателя или рi = Рг-гЬ - - Рас для дизеля; г) сравнить площадь заштрихованного прямоугольника со сторонами р i и и площадь индикаторной диаграммы ac{z)zba. При правильном определении рас, ргь (Рг-гь) и р, сравниваемые площади должны быть равны. Для карбюраторного двигателя (рис. 33), работающего по циклу с подводом теплоты при V - const, теоретическое среднее индикаторное давление Рис. 34. Индикаторная диаграмма дизеля е -1 (92) Для дизеля, работающего по циклу со смешанным подводом теплоты (рис. 34): - ) - ,ТЬ ( - Т=1-) + МР-.)]. (93, Среднее индикаторное давление pi действительного цикла отличается от значения pt на величину, пропорциональную уменьшению расчетной диаграммы за счет скругления в точках с, г, Ь. Уменьшение теоретического среднего индикаторного давления вследствие отклонения действительного процесса от расчетного цикла оценивается коэффициентом полноты диаграммы фи и величиной среднего давления насосных потерь Дрг. Коэффициент полноты диаграммы фи принимается равным: Для карбюраторных двигателей............0,94-0,97 Для дизелей.....................0,92-0,95 Среднее давление насосных потерь (МПа) при процессах впуска и выпуска Арг = Рг - Ра- (94) Для четырехтактных двигателей без наддува величина Др; положительна. В двигателях с наддувом от приводного нагнетателя при Ро > Рг величина Дрг отрицательна. При газотурбинном наддуве значение ра может быть как больше, так и меньше Рг, т. е. величина Др; может быть как отрицательной, так и положительной. При проведении расчетов потери на газообмен учитываются в работе, затрачиваемой на механические потери, так как при экспериментальном определении работы трения обычно пользуются методом прокрутки двигателя, и, естественно, в определяемых таким методом механических затратах на прокрутку двигателя учитываются и затраты на насосные ходы. В связи с этим принимают, что среднее индикаторное давление pi отличается от р/ только на коэффициент полноты диаграммы Рг = ?ир;. (95) При работе на полной нагрузке величина р; (МПа) достигает: Для четырехтактных карбюраторных двигателей......0,6-1,4 Для четырехтактных карбюраторных двигателей ()орсирован- ных ..........................до 1,6 Для четырехтактных дизелей без наддува.........0,7-1,1 Для четырехтактных дизелей с наддувом.........до 2,2 Меньшие значения среднего индикаторного давления в дизелях без наддува, по сравнению с карбюраторными двигателями, объясняются тем, что дизели работают с большим коэффициентом избытка воздуха. Это вызывает неполное использование рабочего объема цилиндра и дополнительные потери теплоты на нагревание избыточного воздуха. Индикаторная мощность. Индикаторная мощность двигателя Ni - работа, совершаемая газами внутри цилиндров в единицу времени. Для многоцилиндрового двигателя (кВт) Ni==PiVf,inl(2,Qx), (96) где Pi - среднее индикаторное давление, МПа; - рабочий объем одного цилиндра, л (дм*); i - число цилиндров; п - частота вращения коленчатого вала7 об/мин; т - тактность двигателя. Для четырехтактных двигателей Ni = piVJnim. (97) Индикаторная мощность одного цилиндра Ni = PiVnl{bQx). (98) Индикаторный к. п. д. и удельный ицдикаторный расход топлива. Индикаторный к. п. д. Tji характеризует степень использования в дей- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 [ 9 ] 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 |