Что такое внешний тепловой баланс двигателя

Внешний и внутренний тепловой баланс

Эффективность преобразования теплоты сгорания топлива в полезную работу, в тепловой энергетической установке, оценивается с помощью энергетического теплового баланса. Теплота, выделившаяся при сгорании топлива, только частично переходит в полезную эффективную работу на валу двигателя. Значительная её часть уносится с отработавшими газами, передается в систему охлаждения, окружающую среду и т.д. т.е. составляет тепловые потери.

Распределение теплоты, выделившееся при сгорании топлива, на эффективную работу и отдельные виды тепловых потерь называется тепловым балансом.

Различают внешний и внутренний тепловой баланс.

— Распределение теплоты, выделяемой при сгорании топлива, на основные составляющие, определяемые экспериментально по так называемым внешним показателям работы двигателя (эффективная мощность, температура воды, масла и др.) называется внешним тепловым балансом.

— Распределение теплоты, выделяемой пари сгорании топлива, на основные составляющие, определение которых связано со знанием индикаторных (внутренних) показателей двигателя получаемых из индикаторных диаграмм называется внутренним тепловым балансом.

Составление теплового баланса, как заключительного этапа расчета, имеет следующее назначение:

Первое — это вычисление величины тепловых потерь. Зная потери теплоты можно наметить способы их уменьшения за счет использования новых технологий и принципов утилизации теплоты. В результате использования тепловых потерь можно спроектировать установку с более высо­ким коэффициентом полезного действия, чем коэффициент полез­ного действия самого двигателя;

Второе —заключается в том, что знание тепловых потерь даёт основание для проектирования вспомогательных систем двигателя (водяной, масляной и др. систем) и проведения оценки их эффективности. Например, из теплового баланса определяется температура выхлопного газа, необходимая для рас­чета и конструирования турбокомпрессора (при газотурбинном и комбинированном наддуве). Таким образом, составление теплового баланса имеет непосредственно практическое значение;

Третье —чисто расчетное. Составление теплового баланса позволяет проконтролировать правильность расчетов. Расход теплоты должен быть равен приходу. Если баланс не сходится, то это указывает на неправильность в расчете.

Уравнение внешнего теплово­го баланса для комбинированного двигателя с охлаждением воздуха пос­ле компрессора в абсолютных величинах имеет вид.

заменяя

получим

Количество подведенной с топливом располагаемой (хими­ческой) теплоты.

где: — коэффициент эффективного тепловыделения ( показывающий полноту сгорания топлива);

— расход топлива, ;

— низшая теплотворная способность топлива, .

Количество физической теплоты, внесенной с воздухом:

где : — расход воздуха, ;

— средняя массовая удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении, ;

Количество физической теплоты, внесенной в цилиндр с топли­вом,

— расход топлива, ;

В связи с малым относительным количеством подаваемого топлива и низкой его температурой абсолютная вели­чина указанного количества теплоты незначительна и при опреде­лении теплового баланса обычно не учитывается т.е.

Количество теплоты, превращаемой в полезную работу двигателя,

Где: 3600 тепловой эквивалент 1 кВт (1кВт = 3600кДж);

– соответственно эффективная мощность(кВт) и КПД двигателя.

Количество теплоты, отводимой с охлаждающими жидкостями,

,

состоит из теплоты, отведенной:

— в охлаждающую воду

,

.

Здесь — расход воды и масла, кг/ч;

с_в и с_м — удельная теплоемкость воды и масла, кДж/(кг-°С);

— температуры воды и масла на входе и выходе из двигателя, К.

Следует учитывать, что теплота, отведенная с охлаждающими жидкостями, включает теплоту охлаждения цилиндропоршневой группы, передаваемую как за счет теплоотдачи от газа к стенкам, так и за счет механических потерь трения поршня и поршне­вых колец о втулку. Кроме того, теплота, выделяемая при трении подшипников, уносится охлаждающим маслом. В тепло­ту, отданную в систему охлаждения, входит также работа, со­вершаемая водяным и масляным насосами. Для четырех­тактных двигателей учитывается также работа насосных потерь, т.е. работа, затраченная на наполнение цилиндра свежим воздухом и очистку цилиндра от газов.

Остаточный член теплового баланса уравнения наряду с тепловыми по­терями в окружающую среду от наружных нагретых поверхностей двигателя учитывает остальные потери и находится в пределах 2-3 % общего количества подведенной теплоты.

Количество теплоты, отводимой от воздуха после компрессора в охладителе,

где: — средняя массовая удельная теплоемкость воздуха при

давлении, ;

t_к, t_к1 — температуры воздуха до и после воздухоохладителя, К.

Количество теплоты, уносимой отработавшими газами,

где: — средняя массовая удельная теплоемкость ОГ, кДж/(кг·К),

t_Т — температура ОГ в выпускном коллекторе (перед тур­биной), К.

Источник

Тепловой баланс двигателя

Согласно анализу действительного рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания получается, что на совершение полезной работы расходуется порядка 20-40% теплоты, а остальной частью являются тепловые потери различного характера.

Тепловой баланс отражает распределение теплоты в двигателе. Он позволяет оценить степень совершенства работы двигателя, а также наметить пути по улучшению его экономичности.

Уравнение теплового баланса (общий вид):

где Q_о – общее количество теплоты вследствие сгорания топлива; Q_е – теплота, равнозначная эффективной мощности; Q_охл – теплота, которая отдана охлаждающей среде; Q_г – теплота, которая унесена с отработавшими газами; Q_н.с – часть теплоты, которая теряется от неполноты сгорания; Q_ост – остаточный член, куда включены потери, не учтённые составляющими теплового баланса.

Табл. 1. Примерные значения составляющих теплового баланса на режиме максимальной мощности.

Двигатели	Составляющие теплового баланса (%)
	qе	qохл	qг	qн.с	qост
Карбюраторные	20-30	15-25	30-55	0-30	3-10
Дизельные	30-40	15-25	25-45	0-5	2-5

Составляющие теплового баланса зачастую определяются экспериментально либо рассчитываются.

Общее количество израсходованной в течение 1 с теплоты:

Количество теплоты, равнозначной эквивалентной мощности:

Теплота, которая отдана охлаждающей среде:

где Q_охл – количество прошедшей через двигатель охлаждающей жидкости (кг/ч); C_охл – теплоёмкость охлаждающей среды (кДж/кг•К); t_вых, t_вх – температура охлаждающего вещества на входе и выходе из двигателя (град. Цельсия) при расчёте переводится в К (град. Кельвина).

Теплота, унесённая отработавшими газами:

Потери теплоты от неполноты сгорания, как правило, включаются в остаточный член (Q_ост). Для карбюраторных двигателей при работе с α 17*

Источник

ВНЕШНИЙ ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ДВИГАТЕЛЯ

Распределение тепла, выделяющегося при сгорании топлива в двигателе, на полезную работу и на различные тепловые потери без учета теплопередачи внутри самого двигателя называют внеш­ним тепловым балансом. Следует различать абсолютный тепло­вой баланс, и удельный тепловой баланс,

Абсолютный тепловой баланс

Абсолютный тепловой баланс обычно записывают следующим образом:

QТ = Qe + Qохл + Qгф + Qгх + Qнб

(10.29)

Удельный тепловой баланс представляют в виде

(10.30)

Часто составляют относительный тепловой баланс в процен­тах или долях единицы:

(10.31)

где ; ; ; ;

Располагаемое количество тепла определяется по низшей теп­лотворной способности топлива H_u и часовому расходу топ­лива G_T,

QT=3.6 10 3 HuGT

(10.32)

Количество полезно использованного тепла, эквивалентного эффективной мощности двигателя, равно

Относительная доля полезно использованного тепла численно равна эффективному КПД, т. е. .

Потери тепла в окружающую среду (в охлаждающую жид­кость для двигателей с жидкостной системой охлаждения) опре­деляются по формуле

,

(10.34)

где G_охл — секундный расход охлаждающей жидкости через систему охлаждения;

с_охл— удельная теплоемкость охлаждающей жидкости;

Т₁ и Т₂ — температура охлаждающей жидкости на входе и на выходе системы охлаждения.

Тепло, уносимое охлаждающей жидкостью, включает в свой состав тепло, непосредственно переданное охлаждающей жидко­сти от высоконагретых деталей (гильз цилиндров, верхней части камер сгорания, впускных и выпускных патрубков, охлаждаемо­го выпускного коллектора, газовой турбины и др.), тепло, уноси­мое маслом от трущихся поверхностей и от деталей, охлаждаемых маслом. Тепло, отводимое маслом в двигателе за счет теплоотда­чи от других деталей, составляет 1,5—3% всего тепла, введенного в цилиндры с топливом.

Рисунок 10.6. Схема теплового баланса двигателя

Тепло, уносимое отработавшими газами, приближенно опреде­ляют как разность энтальпий газов в выпускном патрубке и га­зов, поступивших в двигатель:

(10.35)

где G_т — секундный расход топлива;

и — средние изобарные мольные теплоемкости продук­тов сгорания и свежего заряда;

М_г и М₁ — количество продуктов сгорания и воздуха;

Т_г и Т₀ — температура продуктов сгорания и воздуха.

Температуру отработавших газов в двигателях без наддува измеряют непосредственно после выпускного трубопровода дви­гателя, а в двигателях с газотурбинным наддувом — в выпускном патрубке газовой турбины.

Тепло, потерянное из-за химической неполноты сгорания Q_гх для дизелей в наиболее неблагоприятных случаях, например в режиме холостого хода, не превышает 3—5’% от всего распола­гаемого тепла. Тепло неполноты сгорания часто относится к оста­точным потерям небаланса и при необходимости эту величину определяют по результатам анализа отработавших газов.

Другие виды тепловых потерь относят к остаточному члену теплового баланса и определяют как разность:

.

(10.36)

В остаточный член теплового баланса включают:

— потери тепла, эквивалентные механическим потерям, не пе­решедшим в охлаждающую жидкость

— потери тепла, отдаваемого в окружающую среду посредст­вом конвекции, теплопроводности и излучения от внешних по­верхностей двигателя и его агрегатов:

— потери тепла, эквивалентные кинетической энергии отрабо­тавших газов;

— потери тепла, не учтенные в результате ошибок измерения и других причин.

Тепловой баланс двигателя наглядно представляется диаграм­мой, на которой все члены внешнего теплового баланса в виде полос выражают в определенном масштабе доли тепла, которое было введено в двигатель с топливом и принято за 100% или за единицу (Рисунок 10.6). Однако такие диаграммы пригодны для изо­бражения теплового баланса на одном режиме работы двигателя.

При испытаниях двигателей на нескольких режимах результаты обработки измерений приводят в виде кривых, построенных, на­пример, по нагрузочной или регулировочной характеристикам. Среднее значение отдельных составляющих внешнего теплового баланса дизелей приведено в таблице 10.1.

Т а б л и ц а 10.1 Средние значения отдельных составляющих теплового баланса

Составляющие теплового баланса, %

q_еq_охлq_гфq_гхq_нбДизелиБез наддува29-4220-3525-400-52-7С умеренным наддувом35-4510-2525-450-52-7С высоким наддувом40-4810-1820-400-52-5ДсИЗ20-4613-2735-500-453-3

Как видно из таблицы, 50—70% тепла, введенного в двига­тель, составляют тепловые потери, причем основу их составляют потери с отработавшими газами и потери в охлаждающую среду.

Экономичность всей дизельной установки значительно улуч­шается при утилизации тепловых потерь. В крупных стационарных силовых установках с двигателями внутреннего сгорания этот воп­рос решается применением утилизационных котлов. Применение газотурбинного наддува позволяет частично использовать энер­гию отработавших газов и повысить механический КПД дизеля за счет прироста среднего индикаторного давления. Снижение теп­ловых потерь в охлаждающую жидкость может быть достигнуто применением высокотемпературного охлаждения, которое полу­чает все большее распространение в дизельных силовых уста­новках.

5.3. Влияние различных факторов на тепловой баланс двигателя

На распределение теплоты в двигателе оказывают влияние такие факторы как частота вращения коленчатого вала, нагрузка, состав смеси, угол опережения зажигания.

Частота вращения коленчатого вала. С ростом частоты враше- н ия коленчатого вала абсолютные величины всех составляющих теплового баланса увеличиваются, так как в двигатель за единицу времени поступает большее количество теплоты, Изменение отно­сительных величин теплового баланса в зависимости от частоты вращения коленчатого вала (Рисунок 10.7).

Рисунок 10.7. Влияние частоты вращения коленчатого вала на составляющие теплово­го баланса: а — изменение абсолютных значений; б — изменение относительных величин

Величина q_T увеличивается с ростом частоты вращения коленча­того вала, так как при этом растет температура отработавших газов и недогорание топлива.

Потери на неполноту сгорания q_m остаются почти постоянны­ми, что объясняется примерно одинаковым составом смеси по все­му диапазону частоты вращения коленчатого вала.

Рисунок 10.8 Влияние нагрузки на составляющие теплового баланса: t изменение абсолютных значений; б — изменение относительных величин

Нагрузка. С увеличением нагрузки Значение q_e увеличивается до максимума, когда произведение принимает наибольшее зна­чение. Дальнейшее уменьшение q_e, связано с обогащением смеси на полных нагрузках, при этом возрастает доля q_M (Рисунок 10.8). *

Наибольшие потери теплоты в охлаждающую среду наблюдают­ся на холостом ходу, так как на этом режиме вся выделенная тепло­та идет на совершение работы по преодолению сил трения в двига­теле и нагрев окружающей среды.

С увеличением нагрузки возрастает и q_T в связи с ростом темпе­ратуры и теплосодержания отработавших газов.

Потеря теплоты вследствие неполноты сгорания топлива имеет место при малых нагрузках, когда включается система холостого хода карбюратора, а также на близких к ним нагрузках, когда| происходит обогащение смеси экономайзером.

.

Рисунок 10.9. Влияние угла опереже­ния зажигания на составляющие теплового баланса двигателя

Угол опережения зажигания. льшие значения q_e соответст-Оптимальному значению угла кения зажигания (Рисунок 10.9). теплоты в систему охлажде-возрастают как при раннем, так позднем зажигании, так как ле в этих случаях происходит выгодных условиях.

При позднем зажигании возрастают потери сотработавшими газами, так как догорание происходит уже в процесса расширения..

Рисунок 10.10. Влияние состава смеси на составляющие теплового баланса: а — изменение абсолютных значений; б — изменение относительных величия

На потери, связанные с неполнотой сгорания, угол опережения зажига-вдияния не оказывает, так как коэффициент избытка воздуха ся при этом неизменным.

Состав горючей смеси. При экономичном составе смеси, когда а 1,05—1,1, значения q_t становятся максимальными (Рисунок 10.10). q_ow возрастают при отклонениях в обе стороны от значений |р«»ных 0,8—0,9, что объясняется увеличением времени сгорания IX случаях. Потери q_T увеличиваются с изменением коэффици-га Избытка воздуха аналогично q_0XJl из-за увеличения температуры газов при замедлении скорости сгорания. Кроме того, при а >1 воз­растают значения g_r из-за роста тепловых потерь с излишним возду­хом, участвующим в сгорании

Источник

ВНЕШНИЙ ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ДВИГАТЕЛЯ

14.1. Уравнение теплового баланса.

14.2. Анализ составляющих теплового баланса.

14.3. Тепловая напряженность деталей ДВС.

В ДВС в эффективную работу превращается лишь 20-40% от теплоты сгорания топлива. Остальная часть теплоты в виде различных потерь передается окружающей среде через систему охлаждения, с отработанными газами и теплопередачей от наружных поверхностей двигателя.

Для определения возможностей снижения тепловых потерь двигателя и, следовательно, увеличение его экономичности, получения необходимых данных для расчета систем двигателя необходимо знать, как распределяется теплота сгораемого топлива.

Распределение теплоты на эффективную работу и по отдельным видам тепловых потерь, называют внешним тепловым балансом.

Тепловой баланс двигателя определяется экспериментально в зависимости от различных параметров: числа оборотов, нагрузки, состава смеси и т.д.

Уравнение теплового баланса в абсолютных количествах теплоты (ккал/час) имеет вид:

а) работу вспомогательных механизмов;

б) физическую неполноту сгорания при a >1, являющегося результатом недостаточно хорошего смесеобразования;

в) отводом теплоты в масляную систему;

г) теплопередача от наружных поверхностей двигателя;

д) прочие неучтенные потери и неточности теплового баланса.

Для оценки распределения теплоты более наглядным является уравнение теплового баланса, составленное в процентах от теплоты сгораемого топлива:

Примерные значения относительных величин внешнего теплового баланса сведены в таблицу 14.1.

Примерные значения относительных величин внешнего теплового баланса

Тип двигателя
С искровым зажиганием	21-32	15-25	30-50	0-30	5-10
Дизель	29-40	20-35	25-40	0-5	3-8

Каждая модель двигателя имеет свой характерный для нее тепловой баланс.

При уменьшении мощности ДВС (прикрытие заслонки) в двигатель поступает все меньшее количество смеси и соответственно сокращается количество выделяемой теплоты, уменьшаются температура и давление газов в цилиндрах. Все это существенно влияет на изменение теплового баланса двигателя. Доля теплоты, идущая на полезную работу q_е, и равная эффективному к.п.д. двигателя, по мере снижения нагрузки уменьшается.

Уменьшение q_е происходит главным образом из-за увеличения относительных потерь на трение, в охлаждающую среду, ухудшение замедления процесса сгорания и обогащения смеси на малых нагрузках (потери на химическую неполноту сгорания).

Анализ показывает, что на режиме полной нагрузки, теплота расходуется наиболее полезно: например для тракторного дизеля с турбонаддувом q_е=38%. При увеличении частоты вращения, время теплообмена уменьшается, в тоже время увеличиваются потери теплоты с отработавшими газами, так как процесс сгорания в большей степени переносится на линию расширения (догорание на такте расширения).

Изменение доли теплоты, передаваемой смазочному материалу, обусловлено влиянием нагрузки и частоты вращения двигателя, на внутренние потери.

Анализ составляющих теплового баланса имеет практическое значение. Например, полученные значения Q_охл, Q_м, Q_газ применяют при расчете систем охлаждения, наддува и смазочной системы.

По значению Q_н._с можно судить о степени неполноты сгорания, для решения задачи повышения использование теплоты в двигателе.

Тепловая напряженность двигателя характеризует уровень температуры его основных деталей и определяет допускаемую из условий прочности применяемых материалов, термическую нагрузку для них. Тепловая напряженность характеризует также условия работы трущихся пар.

Теплонапряженность деталей двигателя характеризуется общим температурным уровнем, температурой и перепадом температур в характерных зонах, температурными градиентами, тепловыми потоками и их распределением между элементами деталей.

Показатели тепловой напряженности могут быть получены на основе расчета или экспериментального определения температуры в характерных зонах. Наиболее полная оценка тепловой напряженности двигателя может быть сделана после исследования и анализа их температурных полей, полученных методом конечных элементов.

Современная тенденция развития быстроходных двигателей, характерна стремлением их форсирования по скоростному режиму и среднему эффективному давлению. Такое направление приводит к росту механических и тепловых нагрузок. Последние в основном и определяют предел форсирования двигателя.

В наиболее сложных условиях, по тепловой напряженности находятся огневые днища головки блока цилиндров и поршня, температурные поля которых, характеризуются значительной неравномерностью в различных зонах. Температура поверхности этих деталей и особенно поршня, существенно влияет на условия эксплуатации двигателя и его надежность.

Перегрев поршня вызывает закоксовывание колец, задиры рабочей поверхности поршня и гильзы и другие дефекты.

Вследствие неравномерного поля температур в днище поршня и головке они деформируются, так как степень тепловой напряженности этих деталей не одинакова, то возникают трещины и прогар в отдельных местах.

Предельную температуру поршня из легких сплавов определяют из условия достаточно высоких механических свойств.

Предел прочности на разрыв с увеличением температуры поршня резко падает, начиная с 423 К.

На температуру деталей цилиндропоршневой группы двигателя влияют частота вращения коленчатого вала, среднее эффективное давление, отклонение регулировок, параметры поступающего в двигатель воздуха, противодавление на выпуске отработавших газов, а также параметры охлаждающей жидкости и смазки.

Достижение оптимальных условий по тепловому состоянию форсированного двигателя определяется рациональной конструкцией тепловоспринимающих полостей охлаждения и параметров системы охлаждения.

Большое значение имеет также правильное соотношение между количеством теплоты, отдаваемой в охлаждающую двигатель среду и удаляемой из цилиндра с отработавшими газами.

Особенно в случае газотурбинного наддува рациональное распределение отвода теплоты способствует повышению теплоиспользования и, следовательно, форсированию двигателя.

При этом путем ввода воздуха в цилиндр большего массового количества воздуха и соответственно ( для дизеля) работы на больших нагрузках с более высоким значением коэффициента избытка воздуха можно существенно снизить тепловую напряженность двигателя.

Таким образом, изучение факторов, влияющих на тепловую напряженность ответственных деталей двигателя имеет большое значение для обеспечения надежной его эксплуатации.

Тепловая напряженность основных деталей определяется величиной удельного теплового потока

Наиболее напряженными деталями в тепловом отношении в четырехтактном двигателе являются выпускные клапаны.

Широкое применение находит натриевое охлаждение клапанов и интенсивное направленное охлаждение наиболее нагреваемых участков (зона расположения гнезд клапанов, форсунок и т.д.).

Вопросы для самоконтроля:

1.Что называют внешним тепловым балансом?

2. Какие основные виды тепловых потерь вы можете назвать?

3. Каким образом определяется тепловая напряженность деталей ДВС?

4. Для чего служит уравнение теплового баланса?

ЛЕКЦИЯ 15

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

15.1. Процесс впуска.

15.2. Процесс сжатия.

15.3. Процесс сгорания.

15.4. Процесс расширения.

15.5. Процесс выпуска.

Тепловой расчет двигателя позволяет аналитически с достаточной степенью точности определить основные параметры вновь проектируемого и модернизируемого двигателя, а также оценить индикаторные и эффективные показатели работы вновь созданного двигателя.

Рабочий цикл рассчитывают для определения индикаторных, эффективных показателей работы двигателя и температурных условий работы деталей, основных размеров, а также выявления усилий, действующих на его детали, построения характеристик и разрешения ряда вопросов динамики двигателя.

При проектировании тракторного или автомобильного двигателя эффективную мощность задают конструктору или определяют методом тягового расчета с учетом выбранного типа двигателя. По эффективной мощности определяют рабочий объем цилиндра и основные размеры двигателя (диаметр цилиндра и ход поршня).

В расчетах основных размеров двигателя требуется знание среднего индикаторного давления р_o. Его значение для проектируемого двигателя находят из индикаторной диаграммы двигателя, принятого в качестве прототипа, или по индикаторной диаграмме, воспроизведенной в результате расчетов и построений действительных циклов двигателя.

Расчет действительных циклов позволяет ознакомиться с явлениями и процессами, протекающими в цилиндрах двигателя, воспроизвести индикаторную диаграмму, по которой определяют среднее индикаторное давление.

В связи с большой сложностью проходящих в цилиндрах процессов в расчетах принимают упрощения и допущения, с тем, чтобы применить обычные термодинамические уравнения.

Результаты теплового расчета в дальнейшем используются при проведении кинематического и динамического расчетов.

При выполнении расчетов задается ряд параметров с учетом пределов их изменений, а также их значений для двигателей, принятых в качестве прототипов.

Процесс впуска

При этом задаются следующими параметрами.

В двигателе без наддува (со свободным впуском) воздух поступает в цилиндры из атмосферы, и при расчете давление окружающей среды принимается равным р_о=0,1 МПа, а температура Т_о=293 К.

В двигателе с наддувом воздух предварительно сжимается до давления р_Н при температуре Т_К1. Давление во впускном трубопроводе двигателя р_К1 меньше р_Н в связи с потерями во впускном тракте. При введении промежуточного охлаждения воздух из нагнетателя поступает в холодильник и затем в цилиндр двигателя с соответствующими давлением и температурой за холодильником, принимаемыми в качестве параметров окружающей среды.

В зависимости от степени наддува принимают давление наддувочного воздуха:

Температура воздуха за компрессором

Перед началом процесса наполнения в объеме V_с камеры сгорания всегда содержится некоторое количество остаточных газов. Их давление зависит от числа и расположения клапанов, сопротивления впускного и выпускного трактов, фаз газораспределения, частоты вращения и нагрузки двигателя и т.д.

Для автотракторных двигателей без наддува и с наддувом при выпуске в атмосферу давление остаточных газов р_Г = 1,05. 1,25 р_О. Для двигателей с высокой частотой вращения принимают большие значения р_Г.

Для двигателей с газотурбинным наддувом р_Г = 0,75. 0,98 р_К.

Ориентировочные пределы значений р_Г для четырехтактных автотракторных двигателей следующие:

Температура остаточных газов Т_Г в зависимости от конструкции двигателя и режимов работы для четырехтактных двигателей принимается в следующих пределах:

Выбирая значение Т_Г следует учитывать, что при увеличении частоты вращения температура остаточных газов возрастает, при увеличении степени сжатия и угла опережения зажигания снижается.

Под давлением в конце впуска р_а подразумевается среднее значение давления за процесс впуска. Давление р_а для двигателей без наддува всегда ниже, а для двигателей с наддувом всегда выше атмосферного. Теоретически определение р_а затруднено.

По экспериментальным данным давление впуска р_а равно:

1) для карбюраторных двигателей при номинальном режиме р_а=0,07. 0,09 МПа;

2) для дизелей с наддувом р_а = 0,15. 0,2 МПа и более;

3) для четырехтактных дизелей при давлении наддува р_{К £} 0,2 МПа и без охлаждения воздуха р_а = 0,9. 0,96 р_К;

4) для двухтактных двигателей с кривошипно-камерной продувкой р_а принимают равным атмосферному;

5) для двухтактных двигателей с прямоточной продувкой р_а = 0,85. 1,05 р_к.

Давление в конце впуска может быть приближенно определено:

р_а = р_к – р_а или р_а = р_о – р_а.

Потери давления р_а за счет сопротивления впускной системы и уменьшению скорости движения заряда в цилиндре приближенно определяют из уравнения Бернулли:

По опытным данным для современных автомобильных двигателей при номинальном режиме

Плотность заряда на впуске (кг/м 3 ):

У четырехтактных двигателей без наддува значение находится в пределах:

Температура в конце впуска с некоторым приближением определяется:

Т учитывает подогрев заряда от нагретых деталей двигателя. Повышение Т улучшает процесс испарения топлива, но снижает плотность заряда.

Для четырехтактных двигателей значения Т принимают:

Для двигателей без наддува Т_К! = Т_о.

Значение Т_а у современных двигателей:

Коэффициент наполнения определяется

Для четырехтактных двигателей h _V равно:

Коэффициент остаточных газов

Процесс сжатия

Ориентировочные значения степени сжатия e для современных автотракторных двигателей:

В реальном двигателе процесс сжатия протекает по сложному закону, с переменным показателем политропы сжатия. На практике параметры процесса сжатия расчитывают упрощенно, принимая постоянное среднее значение показателя политропы.

Давление и температура в конце сжатия определяются

Для современных двигателей показатель политропы равен:

1) для карбюраторных двигателей (при полном открытии дроссельной заслонки):

2) для дизелей без наддува:

3) для дизелей с наддувом:

Процесс сгорания

Состав топлива задается массовым или весовым содержанием основных элементов: углерода С, водорода Н и кислорода топлива О_Т.

Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания массовой или объемной единицы топлива определяется по его элементарному составу. Для жидких топлив:

Коэффициент избытка воздуха

Значение a для ДВС на номинальном режиме работы:

Количество свежего заряда:

Общее количество продуктов сгорания топливовоздушной смеси:

— при a

Дата добавления: 2018-09-20 ; просмотров: 894 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник