Постановка задачи

2. Постановка задачи

 

Первым этапом моделирования работы ДВС на основе влияния размеров и формы камер сгорания является постановка задачи, т.е. составить план проведения работы, какие необходимо совершить операции для усовершенствования камер сгорания уже существующих двигателей. Для начала необходимо ознакомиться с уже существующими формами и показателями двигателей и проследить зависимости показателей двигателей, а так же проследить современные новшества в конструировании двигателей. С этой целью рассмотрим один из процессов, протекающих в двигателе, например смесеобразование, т.к. для быстрого, полного и эффективного сгорания топлива необходимо его испарение и смешение в определенных пропорциях с воздухом. Развитие и совершенство смесеобразования определяются характеристиками впрыскивания и распыливания, скоростями движения заряда в камере сгорания, свойствами топлива и заряда, формой, размерами и температурами поверхностей камеры сгорания, взаимным расположением распылителя и камеры сгорания, а также взаимным направлением движения топливных струй и заряда. Степень влияния отдельных факторов зависит от типа камеры сгорания.

Затем, имея конкретные данные о существующих формах камер сгорания определить какие показатели работы двигателя можно изменить, путем увеличения или уменьшения объемов камер сгорания. Анализ этих данных (расход топлива, мощность, КПД) позволяет сделать вывод о том, выгодно ли изменять размер камеры сгорания и не будут ли изменяться в худшую сторону показатели, при улучшении одного из них.

На следующем этапе можно сделать вывод о изложенном выше и подвести итог.

Итак, поставим перед собой следующие задачи:

1.Рассмотреть существующие формы камер сгорания.

2. Проследить влияние формы камеры сгорания на примере смесеобразования.

2. Усовершенствование конструкции камер сгорания ДВС.

3. Основные характеристики ДВС

Каждый двигатель имеет собственные постоянные величины, которые в процессе его работы не изменяются. Основными из них являются:

Расстояние, проходимое поршнем от ВМТ до НМТ, называется ходом поршня S, который равен удвоенному радиусу R кривошипа: S=2R.

Пространство над днищем поршня при нахождении его в ВМТ называется камерой сгорания; ее объем обозначается через Vс; пространство цилиндра между двумя мертвыми точками (НМТ и ВМТ) называется его рабочим объемом и обозначается Vh. Сумма объема камеры сгорания Vс и рабочего объема Vh составляет полный объем цилиндра Vа:

Vа=Vс+Vh.

Рабочий объем цилиндра (его измеряют в кубических сантиметрах или метрах):

где D - диаметр цилиндра.

Отношение полного объема цилиндра Va к объему камеры сгорания Vc называется степенью сжатия:

Степень сжатия является важным параметром двигателей внутреннего сгорания, т.к. сильно влияет на его экономичность и мощность.

Все перечисленные характеристики двигателя прорционально зависят от размера и объема камеры сгорания.

 

4. Показатели, характеризующие работу двигателя

Под средним индикаторным давлением Pi понимают такое условное постоянное давление, которое действуя на поршень в течение одного рабочего хода, совершает работу, равную индикаторной работе газов в цилиндре за рабочий цикл.

Согласно определению, среднее индикаторное давление - отношение индикаторной работы газов за цикл Li к единице рабочего объема цилиндра Vh, т.е.

Pi=Li/Vh.

 

Индикаторной мощностью Ni называют работу, совершаемую газами в цилиндрах двигателя в единицу времени. Индикаторная работа (Дж), совершаемая газами в одном цилиндре за один рабочий цикл Li=Pi·Vh.

Так как число рабочих циклов, совершаемых двигателем в секунду, равно 2n/T, то индикаторная мощность (кВт) одного цилиндра

Ni=(2/T) ·Pi·Vh·n·10^-3,

где n - частота вращения коленчатого вала, 1/с,

T - тактность двигателя - число тактов за цикл,

Эффективной мощностью Ne называют мощность, снимаемую с коленчатого вала двигателя для получения полезной работы.

Эффективная мощность меньше индикаторной Ni на величину мощности механических потерь Nm, т.е. Ne=Ni-Nm.

Механические потери в двигателе оцениваются механическим КПД Nm, которое представляет собой отношение эффективной мощности к индикаторной, т.е.

Nm=Ne/Ni=(Ni-Nm) /Ni=1-Nm/Ni.

Для современных двигателей механический КПД составляет 0.72 - 0.9.

Зная величину механического КПД можно определить эффективную мощность

Ne= Nm·Ni.

Разность между средним индикаторным давлением Pi и средним давлением механических потерь Pm называют средним эффективным давлением Pe, т.е.

Pe=Pi-Pm.

Эффективная мощность двигателя Ne=(2/T)·Pe·Vh·n·i·10^-3, откуда среднее эффективное давление Pe=10³·Ne·T/(2Vh·ni) .

Относительное уменьшение индикаторной мощности Р_i за счёт мощности механических потерь Р_м оценивается механическое КПД, причём:

.

Эффективная топливная экономичность двигателя оценивается эффективным КПД η_е или удельным эффективным расходом топлива g_e.

Эффективным КПД называется отношение количества теплоты Q_е, преобразованной в эффективную работу W_e, ко всей подведённой теплоте Q_o, т.е.

.

После преобразований полученного выражения окончательно:

Выразив эффективную мощность, получим связь между всеми КПД двигателя:

,

где η_t, η_о, η_м – соответственно термодинамический, относительный и механический КПД двигателя.

Для оценки эффективности использования рабочего объёма цилиндра применяют литровую мощность Р_л (в кВт/л), представляющую собой отношение эффективной мощности Р_е к рабочему объёму V_л (в л.).

Это уравнение показывает, что литровая мощность, определяющая степень форсирования двигателя, может быть увеличения при повышении среднего эффективного давления Р_е, частоты вращения коленчатого вала.