Motor la scădere la temperaturi scăzute. Motorul termic pe un nou principiu termodinamic. Determinarea cantității admise de substanțe nocive

În cilindrul motorului cu o anumită frecvență, se efectuează cicluri termodinamice, care sunt însoțite de o schimbare continuă a parametrilor termodinamici ai fluidului de lucru - presiune, volum, temperatură. Energia combustibilului combustibilului atunci când volumul modifică transformă în munca mecanică. Condiția pentru transformarea căldurii în lucrări mecanice este o secvență de ceas. Aceste ceasuri din motorul cu combustie internă includ intrarea (umplerea) cilindrilor unui amestec combustibil sau a aerului, comprimării, arderii, expansiunii și eliberării. Volumul schimbătorului este volumul cilindrului, care crește (scade) cu mișcarea progresivă a pistonului. O creștere a volumului apare datorită extinderii produselor la arderea unui amestec combustibil, o scădere - când este comprimată de o nouă încărcare a unui amestec sau aer combustibil. Presiunea gazului pentru pereții cilindrilor și pistonul cu tact de expansiune se transformă în activități mecanice.

Energia acumulată de energie se transformă în energie termică atunci când efectuează cicluri termodinamice, este transmisă de pereții cilindrilor prin radiația de căldură și lumină, radiația și pereții lichidului de răcire cilindrică și masa motorului prin conductivitate termică și în înconjurătoare spațiu de pe suprafețele suprafețelor motorului liber și forțat

convecție. În motor există toate tipurile de transfer de căldură, ceea ce indică complexitatea proceselor care apar.

Utilizarea căldurii în motor este caracterizată printr-o eficiență, cu atât este administrată căldura de combustie a combustibilului și în masa motorului, cu atât mai multă muncă este efectuată deasupra eficienței.

Ciclul de funcționare al motorului este efectuat în două sau patru tacturi. Principalele procese ale fiecărui ciclu de lucru sunt tacturile de admisie, comprimarea, accidentul de lucru și eliberarea. Introducere în fluxul de lucru al motoarelor tact ale motorului a făcut posibilă reducerea cât mai mult posibil a suprafeței de răcire și optimizarea presiunii de combustie a combustibilului. Produsele de combustie se extind în funcție de comprimarea unui amestec combustibil. Un astfel de proces reduce pierderile termice din pereții cilindrilor și cu gaze de eșapament, creșterea presiunii gazelor la piston, ceea ce crește semnificativ puterea și indicatorii economici ai motorului.

Procesele termice reale din motor diferă semnificativ de legile termodinamice teoretice, bazate pe legi. Ciclul termodinamic teoretic este închis, condiția prealabilă pentru implementarea sa este transmisia căldurii cu un corp rece. În conformitate cu a doua lege a termodinamicii și în mașina termică teoretică, este complet imposibil să transformați complet energia termică în mecanică. În diesel, cilindrii care sunt umpluți cu încărcarea cu aer proaspăt și au grade mari de comprimare, temperatura amestecului combustibil la capătul tactului de admisie este de 310 ... 350 K, care este explicată printr-o cantitate relativ mică de Gazele reziduale, în motoare pe benzină Temperatura de admisie la capătul tactului este de 340 ..400 k. Soldul termic al amestecului combustibil când tact de admisie poate fi reprezentat ca

unde?) R t este cantitatea de căldură a fluidului de lucru la începutul ceasului de admisie; OS.TS - cantitatea de căldură introdusă în fluidul de lucru atunci când contactează suprafețele încălzite ale căii de admisie și cilindrului; QO G - cantitatea de căldură din gazele reziduale.

Din ecuația balanței de căldură, puteți determina temperatura la capătul tactului de admisie. Vom lua o valoare masivă a numărului de încărcături proaspete t cu S. gaze reziduale - t o g Cu o capacitate de căldură bine cunoscută de încărcare proaspătă cu p, gaze reziduale c "R. și amestec de lucru cu R. Ecuația (2.34) este prezentată sub formă de

unde T S. h - temperatura încărcării proaspete înainte de admisie; DAR T nw. - Încălzire proaspătă atunci când intrați într-un cilindru; T. - temperatura gazelor reziduale la sfârșitul problemei. Poate cu o precizie suficientă pentru a presupune acest lucru c "R. = cu R. și cu "R - S, cu P, unde; - Coeficientul de corecție în funcție de T nw. și compoziția amestecului. La un combustibil diesel

La rezolvarea ecuației (2.35) T A. Denotă de atitudine

Formula pentru determinarea temperaturii în cilindru la admisie este

Această formulă este valabilă atât pentru motoare în patru timpi, cât și pentru motoarele cu turbocompresoare, temperatura la capătul aportului este calculată cu formula (2,36), cu condiția ca aceasta q \u003d. 1. Condiția asigurată nu contribuie cu erori mari. Valorile parametrilor de la capătul ceasului de admisie definite experimental în modul nominal sunt prezentate în tabel. 2.2.

Tabelul 2.2.

Când tact de admisie a supapei de admisie din motorul diesel este deschis cu 20 ... 30 ° la sosirea pistonului în NMT și se închide după trecerea NMT cu 40 ... 60 °. Durata deschiderii supapei de cerneală este de 240 ... 290 °. Temperatura din cilindru la capătul tacturii anterioare este egală T. \u003d 600 K. 900 K Încărcarea cu aer cu o temperatură este semnificativ mai mică, amestecată cu gaze reziduale în cilindru, ceea ce reduce temperatura din cilindru la capătul aportului T a \u003d. 310 ... 350 K. Delta de temperaturi din cilindrul dintre ceasurile de ieșire și orificiul de admisie este egal LA UN r \u003d t a - tÎn măsura în care T A. LA UN T \u003d 290 ... 550 °.

Viteza de schimbare a temperaturii în cilindrul pe unitate este egală cu:

Pentru motorină, viteza de schimbare a temperaturii atunci când tact de admisie când p. \u003d 2400 min -1 și φ A \u003d 260 ° este CO d \u003d (2.9 ... 3.9) 10 4 gaura / s. Astfel, temperatura de la capătul tactului de admisie din cilindru este determinată de masa și temperatura gazelor reziduale după tact de eliberare și de încălzire a încărcăturii proaspete din părțile motorului. Graficele funcției CO RT \u003d / (D E) Tactul de admisie pentru motoarele diesel și motoarele pe benzină, prezentate la PA Fig. 2.13 și 2.14 indică o rată semnificativ mai mare a modificării temperaturii din cilindrul motorului benzinei în comparație cu motorul diesel și, prin urmare, cu atât este mai mare intensitatea fluxului de căldură din fluidul de lucru și creșterea acestuia cu creșterea vitezei de rotație a arborelui cotit. Valoarea medie estimată a vitezei de schimbare a temperaturii atunci când tact de admisie diesel în viteza de rotație a arborelui cotit de 1500 ... 2500 min -1 este egală cu \u003d 2,3 10 4 ± 0,18 grade / s, și în benzină

motorul este în cadrul frecvenței de 2.000 ... 6000 min -1 - cu mine \u003d 4,38 10 4 ± 0,16 m / s. Cu tact de admisie, temperatura fluidului de lucru este aproximativ egală cu temperatura de funcționare a lichidului de răcire,

Smochin. 2.13.

Smochin. 2.14.

căldura pereților cilindrilor este cheltuită pe încălzirea fluidului de lucru și nu are un efect semnificativ asupra temperaturii fluidului de răcire a sistemului de răcire.

Pentru tact de compresie Există procese destul de complexe de schimb de căldură în interiorul cilindrului. La începutul tactului de compresie, temperatura de încărcare a amestecului combustibil este mai mică decât temperatura suprafețelor pereților cilindrului și încărcătura este încălzită, continuând să ia căldura de pe pereții cilindrului. Lucrarea mecanică a compresiei este însoțită de absorbția căldurii din mediul extern. Într-o anumită (infinit mică), intervalul de temperatură al suprafeței cilindrului și încărcarea amestecului este egalizată, ca urmare a încheierii schimbului de căldură între ele. Cu o comprimare suplimentară, temperatura amestecului combustibil depășește temperatura suprafețelor pereților cilindrului și fluxul de căldură modifică direcția, adică. Căldura intră în pereții cilindrilor. Returnarea generală a căldurii din încărcarea unui amestec combustibil este nesemnificativă, este de aproximativ 1,0 ... 1,5% din cantitatea de căldură care intră cu combustibilul.

Temperatura fluidului de lucru la capătul aportului și aceeași temperatură la sfârșitul compresiei este legată de ecuația politropică de comprimare:

unde 8 este un raport de comprimare; p L - Indicatoare polytropags.

Temperatura de la capătul tact de compresie a regulii generale este calculată de constanta medie pentru întregul procedeu al indicatorului politropic. sH. Într-un caz particular, indicatorul politropic este calculat pe balanța de căldură în timpul procesului de comprimare sub formă de

unde și S. și și "- Energia internă de 1 km de încărcare proaspătă; și A. și și "-energia internă de 1 km de gaze reziduale.

Soluția comună a ecuațiilor (2.37) și (2.39) cu o valoare de temperatură cunoscută T A. Vă permite să determinați indicatorul de politropag sH. Indicatorul de politropop afectează intensitatea răcirii cilindrului. La temperaturi scăzute ale fluidului de răcire, temperatura de suprafață a cilindrului este mai mică, prin urmare și p L. va fi mai puțin.

Valorile parametrilor terminali ai tact de compresie sunt prezentate în tabel. 2.3.

Masa23

Cu tact de compresie de admisie și de evacuare, pistonul se deplasează la VTC. Luați timp de compresie în motoarele diesel la o viteză de 1500 ... 2400 min -1 este 1,49 1 SG 2 ... 9,31 kg 3C, care corespunde rotirii arborelui cotit la un unghi F (\u003d 134 ° , în motoare pe benzină la o viteză de 2400 ... 5600 min -1 și cp g \u003d 116 ° - (3.45 ... 8.06) 1 (G 4 s. Diferența de temperatură în cilindrul dintre ceasurile de compresie și de admisie La _ a = T c - t a Dieselurile sunt în interiorul 390 ... 550 ° C, în motoare pe benzină - 280 ... 370 ° C.

Rata de schimbare a temperaturii în cilindrul pentru tact de compresie este:

și pentru motoarele diesel la o viteză de 1500 ... 2500 min -1 Rata de schimbare a temperaturii este (3.3 ... 5.5) 10 4 grade / s, motoare pe benzină la o viteză de rotație de 2000 ... 6000 min -1 - (3.2 ... 9.5) x x 10 4 Hail / s. Fluxul de căldură cu tact de compresie este îndreptat din fluidul de lucru din cilindru până la pereți și în lichidul de răcire. Funcția grafică CO \u003d f (N. e) pentru motoarele diesel și motoarele pe benzină sunt prezentate în fig. 2.13 și 2.14. Rezultă că rata de modificări a temperaturii fluidului de lucru în motoarele diesel în comparație cu motoarele pe benzină la o viteză de rotație de mai sus.

Procesele de schimb de căldură cu tact de compresie sunt cauzate de caderea temperaturii dintre suprafața cilindrului și la încărcarea unui amestec combustibil, suprafața relativ mică a cilindrului la capătul tactului, masa amestecului combustibil și o perioadă scurtă de timp de timp la care transferul de căldură apare dintr-un amestec combustibil la suprafața cilindrului. Se presupune că tact de compresie nu are un efect semnificativ asupra temperaturii sistemului de răcire.

Tact de expansiune Este singurul tact al ciclului de lucru al motorului, în care se efectuează o lucrare mecanică utilă. Acest ceas este precedat de procesul de combustie al unui amestec combustibil. Rezultatul de combustie este creșterea energiei interne a fluidului de lucru transformat în activitatea expansiunii.

Procesul de combustie este un complex de fenomene fizice și chimice de oxidare a combustibilului cu o selecție intensivă

cald. Pentru combustibilii cu hidrocarburi lichide (benzină, motorină), procesul de combustie este reacțiile chimice ale compusului de carbon și hidrogen cu oxigen de aer. Căldura de combustie a încărcării unui amestec combustibil este cheltuită pe încălzirea fluidului de lucru, efectuând lucrări mecanice. O parte din căldura din fluidul de lucru prin pereții cilindrilor și a capului încălzește cartușul de bloc și alte părți ale motorului, precum și lichidul de răcire. Procesul termodinamic al fluxului de lucru real, ținând cont de pierderea căldurii de combustie a combustibilului, luând în considerare incompletența arderii, transferul de căldură în pereții cilindrilor și așa mai departe este extrem de complex. În motoarele diesel și motoarele pe benzină, procesul de combustie variază și are propriile caracteristici. În motoarele diesel, arderea are loc cu intensitate diferită, în funcție de cursa pistonului: mai întâi intens și apoi încetinită. În motoarele pe benzină, arderea apare instantaneu, se crede că este efectuată la un volum constant.

Pentru a ține cont de căldură în componenta pierderilor, inclusiv transferul de căldură în pereții cilindrilor, coeficientul de utilizare a arderii termice Coeficientul de utilizare a căldurii este determinat experimental pentru motoarele diesel \u003d 0,70 ... 0.85 și motoare pe benzină?, \u003d 0,85 ... 0.90 din ecuația stărilor de stat la începutul și sfârșitul expansiunii:

unde este gradul de expansiune preliminară.

Pentru motoarele diesel

atunci

Pentru motoarele de benzină atunci

Valorile parametrilor din procesul de combustie și la sfârșitul ceasului de expansiune al motorului)