Расчет процесса наполнения

Практическая работа №1

Перед выполнением расчета следует дать пояснения по процессу. Пояснив при этом, какое количество тактов реализуется в двигателе внутреннего сгорания, как они взаимосвязаны между собой и влияют на эффективность работы. В чем заключается технологический смысл организации процесса, какие рабочие тела задействуются, и каково их оптимальное соотношение.

Следует привести принципиальную схему элементов конструкции, обеспечивающих реализацию протекания процесса. При этом, наряду с известными конструктивными схемами, дать более детально описание прямоточно-клапанной системы наддува [1- 4].

Исходными данными к выполнению расчетов являются значения, приведенные в таблице 1. Эти данные соответствуют параметрам реальных двигателей [3, 4]. По приведенным данным следует избрать двигатель – прототип и привести его обозначение и техническую характеристику.

1 Расчет рабочего объема цилиндра

При выполнении расчета следует дать пояснения по следующим вопросам:

а) Что такое рабочий и полный объем цилиндров?

б) Какой объем называется постоянным объемом цилиндра и почему?

Рабочий объем цилиндра равен:

, (1.1)

где D – диаметр поршня, выраженный с метрах;

S - ход поршня, м.

2 Определение среднего эффективного давления

Перед выполнением расчета следует дать пояснение понятия эффективное давление и почему оно является средним. Какие давления, используются в оценке работы двигателя вам известны. В чем их отличие и сходство. Какие параметры влияют на величины давления.

, (2.1)

где N_e – цилиндровая мощность двигателя, кВт;

z – коэффициент тактности двигателей.

Для двухтактных двигателей z = 1; для четырехтактных z=0, 5;

n - число оборотов двигателя.

Выполняя работу необходимо дать пояснения что такое коэффициент тактности и как он определяется.

3 Расчет процесса наполнения

3.1 Определение температуры воздуха за компрессором

Рассмотрение данного вопроса требует представления схемы компоновочного расположения компрессора относительно ДВС. По этой причине следует представить принципиальную схему системы наддува и обозначить конструктивные элементы, которые в нее входят.

, (3.1)

, (3.2)

где Т_о – температура окружающей среды, ⁰К. Находится в пределах (298÷ 328)⁰К. К расчету принимается значение, указанное в задании;

Р_к – давление наддува, МПА;

Р_о – давление окружающей среды, атмосферное давления. К расчетам принимается равным 0, 103 МПа.

n_к – показатель политропы. Зависит от типа системы наддува и конструктивных особенностей компрессорных установок. Для центробежных компрессоров с охлажденным корпусом соответствует – (1, 45÷ 1, 8), с неохлаждаемым корпусом – (1, 8÷ 2, 0). Для компрессоров объемного типа (поршневые) – (1, 55÷ 1, 8).

В дизелях с ГТН продувочно-наддувочный воздух после компрессора охлаждают до (40-60) °С, чтобы получить нормальную исходную плотность воздуха, поступающего в ресивер.

3.2 Определение температуры воздуха перед двигателем

Перед выполнением расчетов следует пояснить с какой целью осуществляется охлаждение воздуха перед подачей его в двигатель и какие конструктивные решения для этого используются. При этом необходимо учесть что в конструкции современных двигателе применяют газотурбинный наддув использованием различных схем соединения. Необходимо избрать какую-либо из схем (по конструкции двигателя-прототипа) и дать описание принципа ее работы.

, (3.3)

где Т_зв – температура забортной воды, ⁰К. К расчету принимается самостоятельно.

3.2.1 Определение условия снижения температуры воздуха в воздухоохладителе (холодильнике)

(3.4)

3.2.2 Расчет температуры заряда воздуха в конце процесса наполнения

(3.5)

где ∆ Т_а – повышение температуры воздуха подогревом от стенок цилиндра, ⁰К; ∆ Т_а=(5÷ 10) ⁰К – для двухтактных ДВС; ∆ Т_а=(10÷ 20) ⁰К – для четырехтактных ДВС;

Т₂ – температура остаточных газов, к расчету принимаем равной (700÷ 880) ⁰К;

γ ₂ – коэффициент остаточных газов; γ ₂ = (0, 04÷ 0, 09) – для двухтактных ДВС; γ ₂ = (0, 07÷ 0, 1) – для двухтактных ДВС с контурными схемами газообмена; γ ₂ = (0, 01÷ 0, 04) – для четырехтактных ДВС.

3.2.3 Определение давления воздуха перед двигателем

(3.6)

где ∆ Р_охл – потеря давления воздуха в воздухоохладителе, МПа. К расчету принимаем равным 0, 005МПа.

3.2.4 Определение величины давления заряда к концу процесса наполнения

(3.7)

4 Расчет коэффициента наполнения

(4.1)

где ε – степень сжатия. К расчету принимается равным: (11÷ 15) – для малооборотных ДВС; (13÷ 16) – для среднеоборотных и (15÷ 18) – для высокооборотных ДВС;

φ _п – доля потерянного объема цилиндра, φ _п=0, 1.

После выполненных расчетов следует сделать соответствующие выводы в отношении полученного значения коэффициента наполнения и его влияния на эффективность работы ДВС [1-8].

Литература

1. Э.М. Половинка Расчеты судовых дизелей. Уч. пособие. Одесса: ОНМА, 2007, - 132с.

2. В.П.Алексеев, Н.А.Иващенко, В.И.Ивин и др. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. М.: «Машиностроение», 1980, - 288с.

3. И.В. Возницкий, Е.Г. Михеев Судовые дизели и их эксплуатация. М.: «Транспорт», 1990, - 360с.

4. И.В. Возницкий Современные малооборотные двухтактные двигатели. Санкт – Петербург. «КСИ», 2006, - 121с.

5. Э.М. Половинка Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация. Методические указания по изучению дисциплины и выполнению контрольных заданий ля студентов – заочников. Одесса: ОНМА, 2002, - 68с.

Таблица 1 Исходные данные к выполнению работы