Лабораторна робота №2. Особливості дійсних циклів двигунів.

Методичні вказівки до виконання.

1. Відмінності дійсних циклів від термодинамічних

2. Індикаторні діаграми дійсних циклів.

3. Параметри процесу впуску. Коефіцієнт наповнення

4. Параметри процесу стиску і згоряння.

5. Параметри процесу розширення.

Джерела:

1. Ф.І. Абрамчук. Автомобільні двигуни-К.: Арістей. 2006.-476с. – С.38.

2. М.С. Ховах, Г.С. Маслов Автомобільні двигуни. –М.: Машиностроение. 1971.- С.72

Мета заняття:

Навчитися розраховувати параметри робочих процесів дійсних циклів двигунів.

Теоретичні відомості.

Дійсні цикли ДВЗ складаються з реальних процесів, які відбуваються в

циліндрі двигуна. Основні особливості дійсних циклів: теплота підводиться

спалюванням паливоповітряної суміші в надпоршневому просторі; після кож-

ного циклу відбувається заміна робочого тіла; стиск і розширення відбуваються

політропно, тобто при наявності теплообміну із зовнішнім середовищем; під

час розширення догоряє паливо; теплоємність і хімічний склад газів змінні; є

гідравлічні втрати під час руху газів.

Рис. 1. Індикаторна діаграма дійсного Рис. 2. Індикаторна діаграма

циклу чотиритактного бензинового ДВЗ дійсного циклу чотиритактного

з іскровим запалюванням дизеля без наддування

Процес впуску характеризується значенням параметрів стану робочого

тіла в точці (а) діаграми (рис. 1), - температурою (Та) і тиском (Ра), а також узагальненими параметрами: коефіцієнтом наповнення та коефіцієнтом залишкових газів ().

Процес стиску у ДВЗ служить:

для збільшення температурного перепаду у циклі і ступеню розширення продуктів згоряння, що сприяє підвищенню термічного ККД двигуна;

для створення умов для стійкого запалювання і ефективного згоряння робочої суміші, що необхідно для якісного перетворення теплоти в корисну роботу.

У дизелях і газодизелях процес стиску—спосіб запалювання робочої суміші, тобто для цих двигунів він принципово необхідний. Отже, в кінці стиску температура в циліндрі повинна бути достатньою для самозаймання вприснутого палива.

У дійсному циклі процес стиску супроводжується такими факторами: відбувається теплообмін між газами і стінками циліндра; гази просочуються крізь

нещільності між поршнем і циліндром.

Тому дійсний процес стиску не адіабатний, а політропний і описується рівняннями політропи:

де n1, — показник політропи стиску.

У процесі розширення гази завдяки енергії згорілого палива виконують

корисну механічну робот здійснюють робочий хід поршня. Звідси друга назва процесу — робочий хід.

У дійсному циклі процес розширення супроводить ся такими факторами:

теплообміном із стінками циліндра; витіканням газів крізь нещільності поршневих

кілець; тепловою дисоціацією газів.

На лінії розширення, як правило, догоряє робоча суміш, яка не встигла

згоріти на лінії згоряння. Це явище більше виявляється в дизелях, ніж у ДВЗ з

іскровим запалюванням. Внаслідок впливу перелічених факторів процес

розширення відбувається не за адіабатою, а за політропою із змінним

показником n2.

Для того, щоб розраховувати параметри робочих процесів дійсних циклів двигунів, потрібно визначити тиск і температуру в кінці кожного процесу.

Також потрібно визначити певні коефіцієнти, що є характерними для цього процесу.

Для процесу впуску визначаємо:

Густину заряду при То і Ро:

кг/м.куб. (1)

Тиск в кінці впуску Ра:

бар (2)

Температура в кінці впуску Та:

град.К (3)

Коефіцієнт наповнення :

(4)

Для процесу стиску визначаємо:

Тиск Рс в кінці процесу стиснення:

бар (5)

Температуру Тс в кінці процесу стиснення:

град.К (6)

Для процесу згоряння визначаємо:

Дійсний коефіцієнт молекулярних змін :

(7)

Кількість невикористаної теплоти внаслідок неповного згоряння палива :

кДж/кг (8)

Постійна величина С:

(9)

Температуру згоряння Тz визначаємо з рівняння:

(10)

________________________________________

Tz = [(18, 422+2, 5958α) + √ (18, 422+2, 5958α)² + 4 · (1, 549+1, 376α) 10 ־ ³ · С ] /

/ 2 · (1, 549+1, 376α) 10 ־ ³, градус Кельвіна;

_____

(Корінь квадратного рівняння виду: ах² + вх + с = 0; х = (- в+-√ в² -4ас) / 2а).

Розрахунковий тиск в кінці процесу згоряння Рz:

бар (11)

Ступінь підвищення тиску :

(12)

Дійсна величина найбільшого тиску:

бар (13)

Тиск в кінці процесу розширення Рв:

бар (14)

Температура в кінці процесу розширення Тв:

град.К (15)

Завдання для виконання лабораторної роботи:

По вихідни даних визначити:

1. Тиск в кінці впуску Ра

2. Температуру в кінці впуску Та

3. Коефіцієнт наповнення

4. Тиск в кінці процесу стиснення Рс

5. Температуру в кінці процесу стиснення Тс

6. Температуру згоряння Тz

7. Дійсна величина найбільшого тиску Рz1

8. Ступінь підвищення тиску λ.

9. Тиск в кінці процесу розширення Рв

10. Температура в кінці процесу розширення Тв

Висновок:

Вихідні дані для розрахунку:

Тип двигуна – карбюраторний.

Підігрів заряду =10º

Температура залишкових газів Тr = 950º K

Коефіцієнт опору рухові повітря в трубопроводі = 8

Тиск навколишнього середовища: Ро = 1 бар

Температура навколишнього середовища: То = 288º К

В процесі впуску в циліндр поступає повітря, молекулярна маса якого

μ в = 28, 97 і R = 287 Дж/кг.град

Показник політропи при стиску n1 = 1, 34

Теплота згоряння палива Нu = 44 000 кДж/кг

Теоретично необхідна кількість повітря для згоряння 1 кг палива Lo = 0, 515 кмоль

Коефіцієнт використання теплоти ξ = 0, 85

Показник політропи при розширенні n2 = 1, 28

Вибір варіанту завання:

Таблиця 1. Вихідні дані для розрахунку:

Контрольні запитання:

1. Які основні особливості дійсних циклів ДВЗ?

2. Що зображують за допомогою індикаторних діаграм?

3. Опишіть протікання дійсного циклу у карбюраторному двигуні.

4. Опишіть протікання дійсного циклу у дизельному двигуні.

5. Для чого служить процес стиску?

6. Як протікає процес згоряння в ДВЗ з іскровим запалюванням?

7. Як протікає процес згоряння в ДВЗ з запалюванням від стиску?

8. Які види запалювання використовуються в ДВЗ?

9. Яку роль відіграє процес розширення в роботі двигуна і як він протікає?

10.Який склад вихлопних газів теплових двигунів?

Таблиця для визначення значень ,

а) б)

Розрахункова і дійсна і ндикаторні діаграми: а)- бензинового, б) – дизельного двигунів.