Материал: СМ ПМ.01 Тема 1.1.1. СЭУ 4-х без-наддува ДВС КР Либерис 2020 готово (1)

5.2 Параметры процесса сжатия

Для дизелей степень сжатия должна обеспечивать надежность самовоспламенения топлива.

При повышении степени сжатия воздуха у дизелей увеличивается надежность самовоспламенения, уменьшается объем камеры сжатия и коэффициент остаточных газов, что приводит к некоторому увеличению коэффициента наполнения .

Однако при больших значениях ε повышается давление и температуры газов в конце горения, что создает трудности в уплотнение поршней, увеличивает нагрузку на подшипники и вызывает необходимость усиления конструкции двигателя

Степень сжатия различных типов двигателей находится в пределах:

- 4 т ДВС без наддува ε = 14 – 18

- 4 т. ДВС с наддувом ε = 12 – 13,25

- 2 т ДВС ε = 11 – 12,9

Следует отметить, что в современных двигателях повышенной оборотности фирмы MAN и MAK, принимают степень сжатия ε = 15,2 - 15,9, при этом степень повышения давления, принимают λ =1,01 -1,3.

По опытным данным средний показатель политропы сжатия n₁ имеет следующие значения:

- тихоходные дизели большой и средней мощности с охлаждаемыми чугунными поршнями n₁ = 1,32 – 1,29

- быстроходные дизели с неохлаждаемыми поршнями n₁ = 1,38 – 1,42

- дизели с алюминиевыми поршнями n₁ = 1,33 – 1,38

Показатель политропыn₁ уточняется методом последовательных приближений по уравнению:

n₁ =

Показатель политропы сжатия n₁ следует задаться в пределах

n₁ = 1,35 ÷ 1,42, помня, что на величину n₁ оказывают влияние быстроходность двигателя, материал поршня и охлаждение поршня. С увеличением быстроходности показатель растет, так как уменьшается время теплообмена.

Выбираем первоначальное значение показателя политропыn₁ и подставляем в формулу. Высчитываем новое значение n₁ и сравниваем его с первоначальным. Если разница будет меньше 0,002 прекращаем вычисления. Если это условие не выполняется то подставляем вычисленное значение n₁ в формулу пока не выполнится условие n_1(выч) – n_{1 (пред)}< 0,002.

5.3 Параметры процесса сгорания

При расчете рабочего цикла важно оценить величину коэффициента избытка воздуха α. По опытным данным в зависимости от качества смесеобразования средние величины α находятся в следующих пределах и приведены в Таблице 7.

Таблица 7

5.4 Параметры процесса расширения

В действительном рабочем цикле процесс расширения происходит по политропе с переменным показателем п2. Это связано с тем, что в процессе расширения тепловой поток все время направлен от газов к стенкам цилиндров, а газ получает теплоту при догорании топлива.

В расчетном цикле для упрощения принимают условие – процесс расширения протекает с некоторым постоянным средним показателем политропы п₂. Его значение выбирают таким, чтобы кривая расширения, построенная по закону политропы, возможно ближе подходила к действительному процессу расширения в цилиндре. Опытные значения среднего значения показателя политропы расширения приведены в таблице 9.

Таблица 9

После выбора показателя политропы п₂ для своего типа двигателя он должен быть уточнен методом последовательных приближений по следующей эмпирической зависимости:

где:

Уточнение показателя политропы расширения производится точно так же как и n₁.

Параметры в конце процесса расширения в зависимости от типа двигателя приведены в таблице 10.

Таблица 10

Степень предварительного расширения

= (1.2÷1.6)

Степень последующего расширения

= (8.0÷ 11)

Коэффициент использования тепла ζ зависит от совершенства процесса сгорания топлива, потерь теплоты в период сгорания топлива, наличия или отсутствия догорания на линии расширения и диссоциации продуктов сгорания и при прочих равных условиях зависит от быстроходности двигателя. При расчете максимальной температуры рабочего цикла для выбора ζ можно руководствоваться следующими данными:

Для двигателей внутреннего сгорания:

- тихоходных дизелей ζ = 0,8 – 0,9

- быстроходных дизелей ζ = 0,65 – 0,85

Чем высокооборотней двигатель, тем больше возрастает догорание, тем меньше коэффициент использования тепла. В двигателях с раздельными камерами сгорания ζ снижается из-за потерь на вихреобразование. Большее значение относится к малооборотным двигателям.

Эмпирические формулы для определения мольных теплоемкостей воздуха и продуктов сгорания, а так же методика определения максимальной температуры цикла Т_zпри решении уравнения сгорания приведены в расчетах рабочего цикла ДВС. При решении вопроса о значении величин Р_z, T_z, λ и ρ необходимо исходить из условия ограничения механической и тепловой напряженности деталей двигателя. Чем выше λ и меньше ρ, тем экономичнее будет двигатель, в то же время тем больше будет максимальное давление цикла Р_z и тем жестче будет работать двигатель. Необходимо изучить важнейшие эксплуатационные показатели двигателей – прототипов, рекомендуемых в задании на курсовое проектирование и сопоставить расчетные параметры с действительными для данного типа дизелей. Величины параметров процесса сгорания приведены в Таблице 8.

Таблица 8

Большее значение Pz и малая λ, характерны для двигателей с высокой степенью наддува.

Следует отметить, что в современных двигателях повышенной оборотности фирмы MANB&W дизеля марки 6L 32/40 максимальное давление цикла Р_z= 24 МПа, а давление сжатия Р_с = 18 МПа. Действительный коэффициент молекулярного изменения β находится в пределах β = 1,025 – 1,05

5.5 Среднее индикаторное и среднее эффективное давление

Среднее индикаторное давление - это условное постоянное давление, которое действуя на поршень за время одного хода расширения совершает работу, равную индикаторной работе цикла. Это один из важнейших индикаторных показателей, характеризующих мощность, развиваемую двигателем и его экономичность. Определяется среднее индикаторное давление по следующей зависимости

,Мпа

Среднее индикаторное давление Рі (с учетом округления углов действительной индикаторной диаграммы) для 4-х тактных ДВС выражается формулой:

где: - коэффициент полноты диаграммы

Среднее эффективное давление является важнейшим эффективным показателем работы двигателя, учитывающий, не только тепловые, но и механические потери:

Где мех – механический К.П.Д. оценивает количественно механические потери, технологическое совершенство конструкции двигателя и принимается в соответствии с таблицей 5.стр. 32

5.6 Основные эксплуатационные и конструктивные показатели

Индикаторные показатели

- – среднее индикаторное давление, МПа

- – индикаторный удельный расход топлива, кг/инд.кВт.час

- – индикаторный коэффициент полезного действия

- –индикаторная мощность двигателя, кВТ

Эффективные или внешние показатели

- – среднее эффективное давление, МПа

- – эффективный удельный расход топлива, кг/э кВт.час

- – эффективный коэффициент полезногодействия

- – эффективная мощность двигателя, кВТ

Удельный индикаторный расход топлива и индикаторный КПД, оценивают экономичность действительного цикла и характеризует тепловые потери внутри цилиндра.

Удельный эффективный расход топлива и эффективный КПД, оценивают степень использования тепла в целом, т.. с участием тепловых и механических потерь.

Число оборотов

Число оборотов коленчатого вала в секунду (или в минуту) указывается в задании на курсовое проектирование. Классификация двигателей по оборотам приведена в таблице 11.

Таблица 11

Тип двигателя	Число оборотов в минуту, n
Малооборотные ДВС (МОД)	100 – 250
Среднеоборотные ДВС (СОД)	250 – 600
Повышенной оборотности (ПОД)	600 – 1000
Высокооборотные (ВОД)	>1000

Если выполняется проект дизель генератора, то число оборотов зависит от числа пар плюсов:

Таблица 12

Степень форсировки

Степень форсировки двигателя оценивается по удельной поршневой мощности [ ] в кВт/дм²:

По степени форсирования современные дизели можно условно разделить на следующие категории:

нефорсированные < 20 кВт/дм²

форсированные 20 < <100 кВт/дм²

высокофорсированные >100кВт/дм²

Средняя скорость поршня

Средней скоростью поршня, С_м при определении основных размеров цилиндра проектант задается по табличным опытным данным или принимает ее.согласно рекомендованному в задании двигателя – прототипа. Необходимо иметь в виду, чем выше С_м, тем выше механическая и тепловая напряженность двигателя и тем меньше моторесурс.

С_м = 2*S*n, м/с

По средней скорости поршня двигатели условно делятся на следующие группы: