Ауаның артық коэффициенті және оның қозғалтқыш көрсеткіштеріне әсері

10.Поршеньді іштен жану қозғалтқыштарының жіктелуі

Поршеньді қозғалтқыштардың жұмыс принциптері. Іштен жану қозғалтқыштары, яғни отын жанған кездегі бөлінетін жылу энергиясын механикалық энергияға айналдыратын қозғалтқыштар, қозғалтқыштардың ең көп тараған түріне жатады.

Поршеньнің ілгерілі-кейінді қозғалысына байланысты поршеньді қозғалтқыштарда отынның жануы тек белгілі бір жағдайда болады, отынның әрбір мөлшерінің жануы мерзімді қайталанатын процестер тізбегінен кейін іске асады.

Іштен жану қозғалғалтқыштарының цилиндрінде жұмыс циклі төрт немесе екі тактісінде іске асырылуы мүмкін. Біріншісі төрт тактілі, ал екіншісі екі тактілі циклдер деп аталады.

Барлық поршеньді қозғалтқыштарда, ротор-поршеньді қозғалтқыштарды да қоса алғанда, жылу энергиясын механикалық жұмысқа айналдыру принципі бірдей. Кез-келген поршеньді қозғалтқыштың жұмыс циклі тізбектеліп жүретін жеті процестерден тұрады:

1) қозғалтқыш цилиндрін жаңа зарядпен (немесе ауамен) толтыру;

2) отын-ауа қоспасын дайындау;

3) отын-ауа қоспасын (немесе ауаны) сығымдау;

4) қоспаның тұтануы;

5) отын-ауа қоспасының жануы;

6) жанған қоспаның ұлғаюы (жұмысшы жүріс);

7) жұмыс істеп шыққан газдарды шығару.

Бұл кезде процестердің жүру тізбегі отын-ауа қоспасын дайындауға тәуелді екіге бөлінеді:

1) цилиндрден тыс (сырттай қоспа жасайтын қозғалтқыш);

2) тікелей цилиндр ішінде (іштей қоспа жасайтын қозғалтқыш).

Сырттай қоспа жасайтын қозғалтқыштарға барлық карбюраторлы және газбен жүретін қозғалтқыштар, сондай-ақ отын енгізу арнасына шашылатын қозғалтқыштар жатады. Іштен қоспа жасайтын қозғалтқыштарға қоспа сығымдаудан тұтанатын барлық дизельдер (оның ішінде газдизельдері де бар), сондай-ақ жеңіл отын тікелей цилиндрге шашыратылатын қозғалтқыштар жатады

11.Жылу аралас берілетін ІЖҚ ның термодинамикалық циклі

Поршеньді ІЖҚ талдау үшін екі негізгі термодинамикалық циклдерді пайдаланады:

1. Жылу тұрақты көлем кезінде берілетін карбюраторлы және газ қозғалтқыштарына араналған теориялық цикл (Отто циклі) V=const;

2. Жылудың бір бөлігі тұрақты көлем (V=const), екінші бөлігі тұрақты қысым (P=const) кезінде берілетін аралас цикл – сығымдағышсыз дизельдерге арналған теориялық цикл (Сабатэ-Тринклер циклі).

Бұл циклдерде жылу тұрақты көлем кезінде суық көзіне әкетіледі.

Жылу аралас берілетін цикл 2.1-суретте көрсетілген.

Циклді бағалау параметрлерін есептеу үшін өлшем бірліксіз параметрлер енгіземіз.

12.Екі тактілі ІЖҚ индикаторлық диаграммасы және циклдің негізгі параметрлері Іс жүзіндегі циклдер индикатор деп аталатын аспап көмегімен тәжірибе жүзінде алынатын p-V координаталарында салынатын индикаторлық диаграммада өрнектеледі.

Екінші ырғақ –сығымдау- піспек т.м.н. ‑ден Ж.м.н. дейін қозғалады, яғни цилиндр көлемі азайып, температура мен қысым жоғарлайды. Сығымдау негізінен кіру клапандарының жабылуынан кейін жүреді. Диаграммада екінші ырғаққа а-с сызығы сәйкес келеді. Екі ырғақты қозғалтқышта цилиндрді жану өнімдерінен тазарту және таза ауа зарядымен толтыру (газ алмасу үрдісі) піспектің тек қана т.м.н. жуық қозғалысында жүреді. Мұнда цилиндр өңделген газдардан алдын ала сығымдалған ауамен мәжбүрлеу жолымен тазартылады. Ауа бөлек агрегат болып табылатын жартылай қозғалтқыштың иінді білігінен, жартылай шығатын газдармен жұмыс істейтін газ шығырынан тартым алатын, бөлек агрегат болып табылатын компрессорда сығымдалады

13.Екі тактілі қозғалтқыщтардың құрылымы мен жұмыс принциптері Екі тактілі деп жұмыс циклі поршеньнің екі жүрсінде немесе иінде біліктің бір айналымында жасалатын қозғалтқыштарды айтады. Бұл қозғалтқыштарда бүкіл циклді жасауға төрт тактілілермен салыстырғанда екі есе аз уақыт кетеді. Бұған төрт тактілілердегі шығару және енгізу процестерін ТШН жанында іске асырылатын, негізгі процестердің – ұлғаю мен сығымдаудың азғантай мерзімін алатын шығару және үрлемелеумен ауыстырудың арқасында қол жеткізеді. Екі тактілі қозғалтқыштарда үрлемелеудің жүргізілу тәсіліне байланысты екі сұлбаны қолданады. Олар: контурлық және тіке ағынды үрлемелеу. Контурлық үрлемелеуде цилиндрлерді қайта зарядтау үрлемелеу 1 және шығару 2 терезелері (1.2-сурет) арқылы, ал тіке ағынды үрлемелеуде үрлемелеу терезесі және шығару клапаны (1.3-сурет) арқылы іске асырылады. Жаңа заряды алдын ала арнайы үрлемелеу аппаратының көмегімен жасайды. Кейбір поршеньді қозғалтқыштарда бұл мақсатта картердің ішкі қуысы – айналшақтық камерасы пайдаланылады.

Бірінші такт – ұлғаю. Бұл тактіге поршеньнің ЖШН-ден ТШН-ге қарай жылжуы сәйкес келеді. Бір такт кезінде негізінен жану және ұлғаю процестері, яғни жұмыс жүріс іске асырылады. Ұлғаюдың аяғында поршень шығару терезелерін ашқанда жану өнімдерінің еркін шығуы іске асырылады. Нәтижесінде цилиндрде газ қысымы түседі және ол үрлемелеу ауасының қысымынан аз болады немесе соған теңеседі. Поршень енгізу терезесін ашқанда қалған газдарды итеріп шығарып, цилиндрді толтыратын үрлемелеу ауасы ене бастайды. Сонымен, бірінші тактіде цилиндрде отынның жануы, газдардың ұлғаюы, жану өнімдерінің шығарылуы және цилиндрді үрлеу іске асырылады.

Екінші такт – сығымдау. Бұл тактіге поршеньнің ТШН-ден ЖШН-ге қарай жүруі сәйкес келеді. Тактінің басында цилиндрді үрлеу жалғаса береді. Алдымен поршень енгізу терезесін жабады, сонан кейін шығару терезесі жабылады. Бұл аралықта жаңа заряд сыртқа шығып кетуі мүмкін. Шығару терезесі жабылғаннан кейін жаңа зарядтың қалдық газдармен қоспасын сығымдау басталады. Сығымдаудың соңында қозғалтқыш типіне қарай отын шашыратылады немесе жұмысшы қоспа тұтандырылады. Сонымен бұл тактіде үрлеу, шығару, жаңа зарядпен толтыру, сығымдау аяқталады және қоспаның жануы басталады.

Тіке ағында үрлеу де осылай іске асырылады. Бұл кезде цилиндр толтырылуын жақсарту үшін шығару клапанын үрлеу терезесінен бұрын немесе сонымен бірдей жабады.

1.3 сурет. Екі тактілі қозғалтқышты

14. Жылу (Р=const) кезде берілетін ІЖҚ термодинамикалық циклі Поршеньді ІЖҚ талдау үшін екі негізгі термодинамикалық циклдерді пайдаланады: Жылудың бір бөлігі тұрақты көлем (V=const), екінші бөлігі тұрақты қысым (P=const) кезінде берілетін аралас цикл – сығымдағышсыз дизельдерге арналған теориялық цикл (Сабатэ-Тринклер циклі).

15ІЖҚ индикаторлық және тиімді көрсеткіштері қалай анықталады Индикаторлық көрсеткіштер деп қозғалтқыш цилиндрінде газдар жасайтын жұмысты сипаттайтын көрсеткіштерді айтады. Бұл көрсеткіштер қозғалтқыштың жұмыс көлемін пайдалану тиімділігін және бөлінген жылудың цилиндр ішінде пайдалы жұмысқа айналу дәрежесін көрсетеді.

Индикаторлық көрсеткіштерге орташа индикаторлық қысым , индикаторлық қуат , индикаторлық п.ә.к. , өзіндік индикаторлық отын шығыны жатады. Есептеулі орташа индикаторлық қысым жылу аралас берілетін цикл бойынша жұмыс істейтін дизельдер үшін:

(3.1)

Іс жүзіндегі циклдің орташа индикаторлық қысымы -ден есептеу диаграммасының c,z,в нүктелеріндегі домалақтауға байланысты азаю шамасына пропорционалды шамаға айырмашылықта болады. Индикаторлық жұмысты ауданымен белгілеп индикаторлық диаграмманың көмегімен орташа индикаторлық қысымды табуға болады:

p_i = F_i/m_p ,

мұнда, -ордината осі бойынша диаграмма масштабы;

l- Абцисса осі бойынша диаграмманың ұзындығы.

Индикаторлық қуат - бұл, газдар цилиндр ішінде жасайтын қуат.

Қозғалтқыш цилиндрі ішінде газдар 1 мин істейтін жұмыс:

(3.3)

мұнда, n - и.б. айналу жиілігі; - тактілер саны; і – цилиндрлер саны.

Сонда газдар 1 с жасайтын жұмыс, яғни индикаторлық қуат мынаған тең:

. (3.4)

Индикаторлық п.ә.к. - бұл, индикаторлық жұмысқа айналған жылудың шығындалған отыннан жалпы бөлінген жылуға қатынасына тең:

,. (3.5)

мұнда, G_тц – циклдік отын беру мөлшері; Н_и – отынның төменгі жану жылуы.

Индикаторлық п.ә.к. іс жүзіндегі циклдің үнемділігін сипаттайды. Ол іс жүзіндегі циклдерде анықтау кезінде болатын қосымша шығындарды ескермейтін термодинамикалықтардікінен аз. Ондай шығындарға цилиндр қабырғасына жылу беру, отын жануының өз уақытында болмауы мен толық еместігі, жану өнімдерінің диссоциациясы (ыдырауы) жатады. Іс жүзіндегі циклдің үнемділігін сипаттайтын басқа көрсеткіш – отынның өзіндік шығыны:

, (3.7)

мұнда, G_T – отынның сағаттық шығыны.

Өзіндік отын шығыны мен индикаторлық пайдалы әсер коэффициенті мына қатынаспен байланысады:

.

Индикаторлықтардан пайдалы жұмыс жасау үшін әртүрлі механикалық кедергілерді (айналшақты-бұлғақты механизмдегі үйкелісті, көмекші механизмдер мен айдағыштарды іске қосу және т.б.) және енгізу мен шығару процестерін жетілдіруді ескеретін, индикаторлықтан басқа жұмысты сипаттайтын параметрлерді тиімділік көрсеткіштері деп атайды.

Тиімді көрсеткіштер қозғалтқыштың иінді білігінен «алынып», пайдалы жұмсалатын жұмысты сипаттайды. Оларға тиімді қуат пен айналдыру моменті, тиімді орташа қысым, тиімді өзіндік отын шығыны, тиімді п.ә.к. жатады.

Тиімді орташа қысым және тиімді қуат. Механикалық шығын нәтижесінде индикаторлық жұмыс азаяды және иінді біліктен тиімді деп аталатын жұмыс «алынады»:

L_e = L_i – L_м, (3.13)

Мұнда, L_м механикалық шығын жұмысы.

p_e = p_i – p_м , (3.14)

Мұнда, p_e – тиімді орташа қысым, яғни бір цикл ішінде цилиндрдің жұмысшы көлем бірлігінен алынатын пайдалы жұмысты істейтін қысым.

тиімді қуатты аламыз:

немесе . (3.15)

Айналдырушы моментті немесе бұлғақтың бойымен айналшақ радиусы иығында иінді білікке әсер ететін күш моменті былай анықталады:

. (3 қозғалтқыштың тиімді п.ә.к. отынмен берілген бүкіл жылудың қандай бөлігі пайдалы жұмысқа айналғанын көрсетеді:

, (3.20)

немесе сәйкес түрлендіруден кейін:

, қозғалтқыш үнемділігін бағалағанда тиімді п.ә.к.-мен қатар қуат бірлігін жасауға кеткен отын шығынын көрсететін тиімді өзіндік отын шығынын пайдаланады:

. (3.23)

(3.7) қатынасына ұқсас тиімді өзіндік отын шығыны былай өрнектеледі:

.

16.ІЖҚ-ң жіктелулері, сипаттамалары Іштен жану қозғалтқыштары төмендегі негізгі белгілері бойынша мынадай топтарға жіктеледі:

· – қолданатын отын түрі бойынша: сұйық отында, газ, газ-сұйық отындарында жұмыс істейтін қозғалтқыштар;

· – қоспа жасау әдісі бойынша: сырттан қоспа жасайтын (карбюраторлы) және іштен қоспа жасайтын (дизельді);

· – жұмыс циклін іске асыру тәсілі бойынша: төрт тактілі және екі тактілі;

· – жанғыш қоспаны тұтандыру тәсілі бойынша: Сығымдаудан тұтанатын және еріксіз электр ұшқынымен тұтанатындар;

· – цилиндрдің жұмыс көлемін толтыру тәсілі бойынша: үрленетін және үрленбейтін;

Бұдан басқа қозғалтқыш құрылымдық ерекшеліктері бойынша да сипатталады:

· – иінді-бұлғақты механизмінің (ИБМ) құрылымы бойынша: тронкалық (орта және жоғары айналымдылар) және крейцкопфтық (төменгі айналымдылар);

· – цилиндрлердің орналасуы және саны бойынша: цилиндрлері қатарлық, V-тәрізді, қарама-қарсы орналасқан 1-,2-,4-,6- және т.б. цилиндрлі.

· – шапшаңдығы бойынша: баяу жүрісті (поршеньнің орташа жылдамдығы 10 м/с дейін) және шапшаң жүрісті поршеньнің орташа жылдамдығы 10 м/с жоғары).

Атқаратын қызметіне қарай:

- жылжымайтын өндірістік;

- көліктік: жер бетінде жүретін көліктердікі, қайықтық, авиациялық.

Қозғалтқыштарды сыныптау басқа ерекшеліктері басқаша да жүргізіледі.

17.ІЖҚ жұмыс процесінің негізгі параметрлері Газ алмасу периодының ұзақтық схемасында қосымша шығару жүргізіледі. Цилиндрге жеткізілген ауаның(немесе қоспаның) шамасының М_к газ алмасу біткеннен кейін цилиндрде қалатын жаңа зарядтың шамасына қатынасын үрмелеу коэффициенті деп атайды. Бұл коэффициент неғұрлым көп болса, соғұрлым жаңа заряд шығыны көп.

(2.1)

1. Жаңа зарядпен цилиндрді толтыру сапасының бағасы болып іс жүзінде цилиндрге енген жаңа заряд массасының М₁ қоршаған ортаның осындай температурасы мен қысымы кезінде жұмысшы көлемді толтыруға мүмкіншілігі бар жаңа заряд массасына М_т қатынасы боып келетін толтыру коэффициенті қызмет етеді:

(2.2)

Жаңа зарядпен цилиндрді толтыруды жақсарту үшін шығару соңындағы қысымды төмендетуге, енгізу соңында қысымды жоғарлатуға, жаңа зарядтың қызуын төмендетуге тырысады, жанғыш қоспаның немесе ауаның қозғаып келе жатқан ағынының инерциясын пайдалану үшін енгізу клапанының жабылуының кешігуінің фазасын реттейді.

Толтыру коэффициентінің шамасы карбюраторлы қозғалтқыштарда 0,7 0,85, дизельдерде 0,75 0,9 араығында болады.

3. Қалдық газдар коэффициенті цилиндрдегі қалдық газдар мөлшерінің енгізу процессі біткеннен кейін цилиндрде болатын жаңа заряд мөлшеріне қатынасына тең болып табылады.

(2.3)

Қалдық газдар коэффициентін цилиндрдің жану өнімдерінен тазалану дәрежесін бағалау үшін пайдаланады. Ол олардың жұмысшы денедегі салыстырмалы шамасын анықтайды. Неғұрлым аз болса, соғұрлым жаңа зарядтың көбірек мөлшерін цилиндрге сыйғызуға болады, демек, сондай жұмысшы көлем мен қозғалтқыштың үлкенірек қуатын алуға болады. Сондықтан шамасын төмендетуге тырысады.

4. Енгізу соңындағы цилиндрдегі қысым және температура:

, МПа (2.4)

Мұнда, – енгізу арнасындағы қысым;

– енгізу жүйесіндегі гидравликалық кедергі болуы себебінен цилиндрде қысымның төмендеуі.

Азғана жуықтаулармен (МПа) Бернулли теңдеуінен анықтауға болады:

(2.5)

Мұнда, – цилиндрде зарядтың кедергі коэффициенті;

– енгізу жүйесінің кедергі коэффициенті;

– клапанның көлденең қимасының өткендегі жаңа орташа жылдамдығы, м/с;

– енгізудегі жаңа зарядтың тығыздығы, кг/м³;

Пайдаланып жүрген қозғалтқыш құрылымында =2,5 4,0, =50 100 м/с, =(0,1 0,22) .

Бұлардың жоғарғы шегіне корбюраторлы қозғалтқыштар, төменіне – дизельдер жақын.

5. Енгізу соңындағы температура . Бұл температура енгізу сызығында нүктесінен нүктесіне дейінгі араықта (2.3-срет) жеткілікті дәлдікпен анықталады.

(2.6)

Мұнда, – қозғалтқыштың енгізу арнасындағы жаңа зарядтың температурасы, ;

– жаңа зарядтың қозғалтқыш бөлшектермен жанасқанда қызуы;

– қалдық газдар температурасы,

шамасы негізінен жұмысшы дене температурасына, қалдық газдар коэффициентіне, зарядтың қызу дәрежесіне және төменгі дәрежеде қалдық газдар температурасына тәуелді. Қазіргі кездегі төрт тактілі қозғалтқыштарда мына шекарада жатады:

- бензинді қозғалтқыштарда – 320 370 ;

- дизельдерде – 310 350 ;

- үрленетін қозғалтқыштарда – 320 400 ;

- Жұмысшы дененің сығымдау соңындағы параметрлерін анықтау үшін политропа теңдеуін пайдаланамыз. Сонда сығымдау соңындағы қысым (МПа) мен температура (К) былай анықталады:

- , МПа

- , МПа (2.7)

- Қазіргі кездегі қозғалтқыштар үшін сығымдау соңындағы қысым мен температура мына аралықта жатады:

- -электронды шашыратулы қозғалтқыштарда 1,0 2,5МПа, 600 900К

- - карбюраторлы қозғалтқыштарда 0,9 2,0МПа, 600 800К

- - үрленбейтін шапшаң дизельдерде 3,55,5МПа, 700 900 К

- Жану процесінің параметрлері

- 2.1-кесте

Параметрлер, өлшем бірліктері	Карбюраторлы қозжғалтқыштар	Үрленбейтін дизельдер
	3,6 4,0	1,2 2,1
		1,2 1,7
, МПа	3,0 5,5	6 9
, К	2500 2900	1800 2300

Ұлғаю соңындағы қысым мен температура политроптық процестер формулаларымен есептеледі. Бензинмен жүретін қозғалтқыштар үшін:

(2.11)

Дизельдер үшін:

Қазіргі кездегі автомбиль және тракторлардың үрленбейтін қозғалтқыштары үшін ұлғаю соңындағы қысым мен температураның жуықтап алынған шамалары мына аралықтарда болады.

- бензинмен жүретін қозғалтқыштар үшін –

- дизельдер үшін –

18 Қозғалтқыштың жылулық теңгерулері. Есептеу негіздері Қозғалтқыштың циклін талдап, тиімді жұмыс істеуге отын жанғанда пайда болатын жылудың бір бөлігі ғана шығындалатынына көз жетізуге болады. Жылуды пайдалан сиапаттамасын және оны жақсарту жолдарын анықтау үшін, сондай-ақ суыту жүйесін есептеуге мәліметтер алу үшін қозғалтқышқа берілген жылу қалай шығындалатынын білу керек. Осы мақсатта қозғалтқышты зерттеген кезде пайдалану жғдайын сипаттайтын әртүрлі параметрлерге тәуеді жылуық теңдестіктің жекелеген құраушыларын анықтайды.

Жылулық баланс теңдеуі (жылу шамасы уақыт бірлігіне қатысты):

(2.13)

Мұнда, – берілген режимде отынмен қозғатқышқа енгізілген жалпы жылу;

– қозғалтқыштың тиімді жұмысына эквивалентті жылу;

– жұмыс істеп шыққан газдармен кететін жылу;

– суытушы ортаға берілетін жылу;

– отынның толық жанбауы есебінен шығындалатын жылу;

– майға берілген жылу;

– жылуық теңдестігін құраушылар ескермейтін шығынды анықтайтын қалдық мүше.

19.ІЖҚ-ң механикалық шығындар, оларды азайту тәсілдері Қозғалтқыштың алдын-ала есептеулерін жүргізгенде орташа қысыммен сипатталатын механикалық шығынды төмендегі келтірілген теңдеу бойынша, поршеньнің орташа жылдамдығына сызықтық тəуелділіктен анықтауға болады:

pм = а + вuпср

(3.12)

а мен в шамалары цилиндрлер санына,типіне, өлшемдеріне жəне

қозғалтқыштың	жылулық	күйіне	. тəуелдіҮрленбейтін	автотрактор
қозғалтқыштары үшін а мен в	шамалары 3.2-кестеде берілген.
	а жəне в коэффициентерінің шамалары	3.2-кесте
Қозғалтқыштар		а, МПа		в, МПа с/м
Біртұтас жану камаралы дизельдер	0,105		0,012
Бөлінген жану камералы дизельдер	0,105		0,0138
Ұшқыннан тұтанатын қозғалтқыштар: S/D > 1	0,05		0,0155
		S/D < 1	0,04		0,0135
	Тиімді	орташақысымжəнетиімді . қуатМеханикалық	шығын
	нəтижесінде	индикаторлық жұмыс азаяды жəне иінді біліктен	тиімді деп
	аталатын жұмыс «алынады»:
		Le = Li – Lм,	(3.13)

Мұнда, L_м механикалық шығын жұмысы.

20. ІЖҚ-ң цилиндр-поршень тобының құрылымы. Цилиндрлер мен поршень тобының бөлшектері иінді білік айналғанда шашыратылып майланалады. Артық май цилиндр қабырғасынан май қырнағыш сақиналармен қырып алынып,поршеньдегі тесіктер арқылы картерге құйылады. Саусақтарды майлайтын майлар да поршень бобышкасы жанындағы тесік арқылы картерге құйылады. «Ылғалды» картерлі қозғалтқыштың (КДМ, СМД, ГАЗ, ЗИЛ жəне т.б.) жоғарыда жазылған жүйеден майлау жүйесіндегі айналымның ерекшелегі, май картер түбінде жиналады, ал май сорғысы тек айдаушы секциядан тұрады.

Қысыммен	майлау	жүйесі	ең	жетілдірілген,сенімді, үнемді, бірақ
күрделенген болып табылады.