Последовательность выполнения работы. Лабораторная работа № 2.Процесс сжатия

Лабораторная работа № 2.Процесс сжатия. Обеспечение термодинамических условий пуска двигателей в условиях низких температур

Цель работы: Определить пусковую частоту вращения коленчатого вала проектируемого двигателя при различной температуре окружающей среды.

Последовательность выполнения работы

Общие положения. За счет процесса сжатия обеспечиваются термодинамические условия воспламенения топлива в двигателе. Идея сжатия рабочей смеси перед ее воспламенением и сгоранием позволила значительно повысить КПД двигателя. Свежий заряд в ходе процесса сжатия изменяет температуру, причем если в начале ее величина меньше температуры внутрицилиндровой поверхности (температура цилиндра на рабочем режиме составляет порядка 130 ^оС), то в конце превосходит температуру цилиндра. Наличие теплообменника определяет процесс сжатия как политропный:

,

где n₁ – показатель политропы сжатия.

Величина n₁ зависит от частоты вращения, хода S поршня, диаметра D цилиндра, материала деталей внутри цилиндрового пространства, технического состояния поршневой группы.

Наибольшее значение на величину n₁ оказывает частота вращения. С увеличением ее n₁ увеличивается, так как сокращается время теплообмена между воздухом и окружающими его поверхностями. Кроме того, при увеличении частоты вращения уменьшается утечка воздуха через зазоры поршневых колец. Рабочий процесс двигателя при пуске имеет по сравнению с номинальным режимом ряд особенностей.

При пусковом прокручивании коленчатого вала скорость воздуха на впуске мала и запаздывание закрытия впускного клапана после Н.М.Т. приводит к обратному выбросу части воздуха.

Потеря рабочего объема цилиндра оценивается коэффициентом:

,

где - объем цилиндра описываемый поршнем при ходе от Н.М.Т. до момента закрытия впускного клапана.

С увеличением пусковые качества двигателя ухудшаются из-за снижения реальной степени сжатия:

,

где - геометрическая степень сжатия (принимается по данным двигателя-прототипа): .

Средний показатель политропы сжатия n₁ при пусковом прокручивании можно определять по эмпирической формуле:

,

где n – пусковая частота вращения коленчатого вала.

Термодинамические условия обеспечивания воспламенения топлива у существующих двигателей составляют (ориентировочно):

для дизелей – Т_в = 600К; для двигателей с искровым зажиганием – Т_в = 400К.

Построив зависимость Т_с=f(n) при различной температуре окружающей среды можно с достаточной точностью определить необходимую пусковую частоту вращения коленчатого вала для обеспечения воспламенения топлива.

При расчетах рекомендуется использовать следующие формулы:

, где .

Определение пусковой частоты вращения коленчатого вала проектируемого двигателя при температурах окружающей среды:

Т_о1= -5 ^оС (268K); Т_о2= -10 ^оС (263K); Т_о3= -15 ^оС (258K)

производится расчетами и построением графиков на миллиметровой бумаге формата А4 в следующей последовательности.

1. Определяется реальная степень сжатия при пусковом прокручивании дизеля:

,

, где S – ход поршня,

S’ – ход поршня от Н.М.Т до момента закрытия впускного клапана ,

- угол закрытия впускного клапана после Н.М.Т. (принимается по рекомендациям: см. лаб. раб.№2), R=S/2; .

2. Определяется величина показателя политропы сжатия n₁ при ожидаемых пусковых частотах (возможности стартерного устройства) n=50; 100; 150; 200 мин^-1:

.

3. Определяется температура конца процесса сжатия Т_с при возможной температуре окружающей среды Т_о в зависимости от пусковой частоты вращения.

4. На миллиметровой бумаге строятся графические зависимости (рис.9) и определяются пусковые частоты вращения, достаточные для обеспечения воспламенения топлива.

Рис. Зависимость температуры воспламенения топлива от пусковой частоты вращения при различной температуре окружающей среды