Двигател при спадане на ниска температура. Термичен двигател на нов термодинамичен принцип. Определяне на допустимото количество вредни вещества

В цилиндъра на двигателя с някои честота се извършват термодинамични цикли, които са придружени от непрекъсната промяна в термодинамичните параметри на работната течност - налягане, обем, температура. Енергията на горивото гориво, когато промените в обема се превръщат в механична работа. Условието за трансформация на топлина в механична работа е последователност на часовника. Тези часовници във вътрешния двигател с вътрешно горене включват входа (пълнене) на цилиндри на горима смес или въздух, компресия, горене, разширяване и освобождаване. Променящият се обем е обемът на цилиндъра, който се увеличава (намалява) с прогресивното движение на буталото. Наблюдава се увеличение на обема поради разширяването на продуктите при изгаряне на горима смес, намаление - при компресиране чрез нов заряд за горима или въздух. Налягането на газа за стените на цилиндъра и буталото с разширителен такт се превръщат в механична работа.

Енергийната енергия се превръща в топлинна енергия при извършване на термодинамични цикли, се предава от стените на цилиндрите чрез топлина и светлина радиация, радиация и стени на цилиндъра - охлаждаща течност и масата на двигателя чрез термична проводимост и в околността пространство от повърхностите на свободния и принудителен двигател

конвекция. В двигателя има всички видове пренос на топлина, който показва сложността на протичащите процеси.

Използването на топлина в двигателя се характеризира с ефективност, толкова по-малка е топлината на изгарянето на горивото на охладителната система и в масата на двигателя, толкова повече се извършва над ефективността.

Работният цикъл на двигателя се извършва в два или четири такт. Основните процеси на всеки работен цикъл са всмукателни такти, компресия, работен ход и освобождаване. Въведение в работния поток на двигателите на двигателя TACT позволи да се намали охлаждащата повърхност колкото е възможно повече и да се оптимизира налягането на горивото. Продуктите на горенето се разширяват според компресирането на горима смес. Такъв процес намалява топлинните загуби в стените на цилиндъра и с отработените газове, увеличават налягането на газовете на буталото, което значително увеличава силата и икономическите показатели на двигателя.

Реалните топлинни процеси в двигателя се различават значително от теоретични, базирани термодинамични закони. Теоретичният термодинамичен цикъл е затворен, предпоставка за нейното прилагане е предаването на топлина със студено тяло. В съответствие с втория закон на термодинамиката и в теоретичната термална машина е напълно невъзможно напълно да се превърне напълно термичната енергия в механична. При дизели, чиито цилиндри са пълни със заряд на прясно въздух и имат висока степен на компресия, температурата на горимата смес в края на всмукателния такт е 310 ... 350 k, която се обяснява с относително малко количество Остатъчни газове, в бензинови двигатели, температурата на приема в края на такта е 340 ..400 k. Топлинния баланс на горимата смес, когато входящия такт може да бъде представен като

където?) R t е количеството топлина на работния флуид в началото на всмукателния часовник; OS.TS - количеството топлина, въведено в работещата течност, когато се свързва с нагрятите повърхности на входящия път и цилиндър; Qo G - количеството топлина в остатъчните газове.

От уравнението на топлината, можете да определите температурата в края на всмукателния такт. Ще вземем огромна стойност на броя на свежата такса с S. Остатъчни газове - т О Г. С добре познат топлинен капацитет на прясно зареждане с p, остатъчни газове c "R. и работеща смес с R. Уравнението (2.34) е представено под формата на

където T S. H - температурата на прясното зареждане преди входа; НО T nw. - нагрява се прясно зареждане при вход в цилиндър; T. - температурата на остатъчните газове в края на емисията. Може би с достатъчна точност, за да приемем това c "R. = с R. и с "r - s, с p, къде с; - коефициент на корекция в зависимост от T nw. и състав на сместа. При \u003d 1.8 и дизелово гориво

При решаване на уравнение (2.35) относно T A. Означава по отношение на отношението

Формулата за определяне на температурата в цилиндъра в приема

Тази формула е валидна както за четири инсулт, така и за двутактови двигатели, за двигатели с турбокомпресор, температурата в края на приема се изчислява с формула (2.36), при условие че това q \u003d. 1. Увесното условие не допринася за големи грешки. Стойностите на параметъра в края на входящия часовник, определени експериментално в номиналния режим, са представени в таблица. 2.2.

Таблица 2.2.

Когато всмукването на всмукателния вентил в дизеловия двигател е отворен от 20 ... 30 ° до пристигането на буталото в NMT и се затваря след NMT пасажа с 40 ... 60 °. Продължителността на отварянето на мастиления клапан е 240 ... 290 °. Температурата в цилиндъра в края на предишния такт - освобождаване е равна T. \u003d 600 ... 900 k. въздушна такса с температура е значително по-ниска, смесена с остатъчни газове в цилиндъра, което намалява температурата в цилиндъра в края на приема на T a \u003d. 310 ... 350 K. Делта от температури в цилиндъра между изходните часовници и входът е равен ATA. r \u003d t a - tДотолкова доколкото T A. ATA. T \u003d 290 ... 550 °.

Скоростта на промяна на температурата в цилиндъра на единица време е равна на:

За дизела, скоростта на промяна на температурата, когато всмукването так пс. \u003d 2400 min -1 и φ A \u003d 260 ° е CO d \u003d (2.9 ... 3.9) 10 4 Hail / s. По този начин, температурата в края на всмукателния такт в цилиндъра се определя от масата и температурата на остатъчните газове след такта за освобождаване и нагряването на прясното зареждане от частите на двигателя. Графики на функцията CO RT \u003d / (D д) всмукателна такт за дизелови двигатели и бензинови двигатели, представени на PA Фиг. 2.13 и 2.14 показват значително по-висока скорост на промяна на температурата в цилиндъра на бензиновия двигател в сравнение с дизеловия двигател и следователно колкото по-голяма е интензивността на топлинния поток от работния флуид и неговия растеж с увеличаване на скоростта на въртене на коляновия вал. Средната прогнозна стойност на скоростта на промяна на температурата, когато входящия тазелов вход в рамките на скоростта на въртене на коляновия вал от 1500 ... 2500 min -1 е равна на \u003d 2.3 10 4 ± 0,18 градуса / и и в бензин

двигателят е в рамките на честотата от 2000 ... 6000 min -1 - с мен \u003d 4.38 10 4 ± 0.16 ° / и. С входящия такт, температурата на работния флуид е приблизително равна на работната температура на охлаждащата течност,

Фиг. 2.13.

Фиг. 2.14.

топлината на стените на цилиндъра се изразходва за нагряване на работната течност и няма значителен ефект върху температурата на охлаждане на охлаждащата система.

За такт на компресия В цилиндъра има доста сложни топлообменни процеси. В началото на такта за компресия, температурата на зареждане на горимата смес е по-малка от температурата на повърхностите на стените на цилиндъра и зарядът се загрява, като продължава да се взема топлината от стените на цилиндъра. Механичната работа на компресията е придружена от абсорбцията на топлина от външната среда. В определен (безкрайно малък), температурният диапазон на повърхността на цилиндъра и заряда на сместа се изравнява, в резултат на което топлообмен между тях се прекратява. При по-нататъшно компресия, температурата на горимата смес надвишава температурата на повърхностите на стените на цилиндъра и топлинния поток променя посоката, т.е. Топлината влиза в стените на цилиндъра. Общото възвръщаемост на топлината от заряда за горима смес е незначително, то е около 1.0 ... 1,5% от количеството топлина, влизаща в горивото.

Температурата на работната течност в края на приема и същата температура в края на компресията е свързана с компресионното политропно уравнение:

където 8 е съотношение на компресия; pl - Индикаторни политропа.

Температурата в края на компресионния такт на общото правило се изчислява от средната константа за целия процес на политропния индикатор. sh. В конкретен случай политропният индикатор се изчислява върху баланса на топлината по време на процеса на компресия под формата на

където и S. и и "- Вътрешна енергия на 1 км свежо обвивка; и А. и и "-вътрешна енергия на 1 км остатъчни газове.

Съвместно решение на уравнения (2.37) и (2.39) с известна температура T A. Позволява ви да определите индикатора за полипропаги sh. Политропопният индикатор влияе върху интензивността на охлаждането на цилиндъра. При температури с ниска охлаждаща течност, температурата на повърхността на цилиндъра е по-долу и pL. ще бъде по-малко.

Стойностите на терминалните параметри на такта за компресия са показани в таблица. 2.3.

Таблица23

С такт за компресиране на всмукателния и изпускателен вентил, буталото се движи към VTC. Отделете време на такт за компресия в дизелови двигатели със скорост от 1500 ... 2400 min -1 е 1.49 1, бр. 2 ... 9.31 kg 3 ° С, което съответства на въртенето на коляновия вал под ъгъл F (. \u003d 134 ° , в бензинови двигатели със скорост от 2400 ... 5600 min -1 и cp g \u003d 116 ° - (3.45 ... 8.06) 1 (g 4 s. Температурната разлика в цилиндъра между компресия и всмукателни часовници От _ a = T c - t a Дизелите са в рамките на 390 ... 550 ° C, в бензинови двигатели - 280 ... 370 ° C.

Скоростта на промяна на температурата в цилиндъра за компресионна такт е:

и за дизелови двигатели със скорост от 1500 ... 2500 min -1 процент на промяна на температурата е (3.3 ... 5.5) 10 4 градуса / и, бензинови двигатели при скорост на въртене 2000 ... 6000 min -1 - (3.2 ... 9.5) x x 10 4 градушка / s. Топлинният поток с такт за компресия е насочен от работния флуид в цилиндъра към стените и в охлаждащата течност. Графична функция CO \u003d f (N. д) за дизелови двигатели и бензинови двигатели са представени на фиг. 2.13 и 2.14. От това следва, че скоростта на промените в температурата на работния флуид в дизелови двигатели в сравнение с бензинови двигатели при една скорост на въртене по-горе.

Топлообменните процеси с такт за компресиране се причиняват от спада на температурата между повърхността на цилиндъра и заряда на горима смес, относително малка повърхност на цилиндъра в края на такта, масата на горимата смес и ограничено краткосрочен период на времето, при което топлинният пренос възниква от горима смес към повърхността на цилиндъра. Предполага се, че тактът за компресия няма значителен ефект върху температурата на охлаждащата система.

Експанзия Такт Това е единственият такт на работния цикъл на двигателя, в който се извършва полезна механична работа. Този часовник е предшестван от горивния процес на горима смес. Резултатът от изгарянето е да се увеличи вътрешната енергия на работната течност, трансформирана в работата на разширяването.

Процесът на горене е комплекс от физични и химически явления на окисление на горивото с интензивен подбор

топло. За течни въглеводородни горива (бензин, дизелово гориво) процесът на горивен е химически реакции на въглерод и водородно съединение с въздушен кислород. Топлината на изгаряне на заряда на запалима смес се изразходва за нагряване на работната течност, извършване на механична работа. Част от топлината от работната течност през стените на цилиндрите и главата нагрява блокчето и други части на двигателя, както и охлаждащата течност. Термодинамичният процес на реалния работен поток, като се вземе предвид загубата на топлина на изгарянето на горивото, като се вземе предвид непълнотата на горенето, топлинния трансфер в стените на цилиндрите и т.н. е изключително сложен. В дизелови двигатели и бензинови двигатели процесът на горене варира и има свои собствени характеристики. В дизелови двигатели изгарянето се случва с различна интензивност в зависимост от хода на буталото: първо интензивно и след това се забавя. В бензиновите двигатели, горенето се случва незабавно, се смята, че се извършва при постоянен обем.

За да отчитате топлината в компонента на загубите, включително пренос на топлина в стените на цилиндрите, коефициентът на използване на топлинна изгаряне Коефициентът на използване на топлина се определя експериментално за дизелови двигатели \u003d 0.70 ... 0.85 и бензинови двигатели?, \u003d 0.85 ... 0.90 от уравнението на държавните държави в началото и в края на разширяването:

къде е степента на предварителна експанзия.

За дизелови двигатели

тогава

За бензинови двигатели тогава

Стойностите на параметрите в процеса на горене и в края на часовника на разширяване на двигателя)