Паровые турбины. Газотурбинные установки. Двигатели внутреннего сгорания, страница 50

Действительные циклы отличаются от теоретических следующими факторами.

Открытие и закрытие клапанов в цилиндрах двигателя происходят не в мертвых точках, а с некоторым опережением открытия выпускного клапана и запаздыванием закрытия впускного клапана (по углу поворота коленчатого вала); определяется оно фазами газораспределения.

Процессы впуска и выпуска осуществляются при изменяющихся проходных сечениях клапанов, а не при мгновенном их открытии и закрытии в мертвых точках.

Воспламенение рабочей смеси происходит прежде, чем поршень достигнет ВМТ. Сгорание топлива несовершенно вследствие плохого перемешивания с воздухом, протекает при переменном объеме и давлении и характеризуется конечными скоростями; кроме того, топливо частично догорает на линии расширения.

Рабочий процесс двигателя протекает в условиях теплообмена между газами и стенками камеры сжатия и цилиндра, т. е. с потерями тепла в воду и окружающую среду, поэтому не вся энергия топлива превращается в полезную работу; процессы сжатия и расширения при этом протекают по политропам с переменными показателями.

рис 3,18

Рис. 3.18. Индикаторные диаграммы действительных циклов четырехтактных двигателей.

а – двигатель с зажиганием от искры; б – двигатель с воспламенением от сжатия; ас' – линия сжатия; c'я – линия сгорания; zb' – линия расширения; b'b''к – линия выпуска; ra – линия впуска; p0 – атмосферное давление

Работа газов связана с гидравлическими потерями при впуске и выпуске газов. На рис. 3.19 приведены развернутые индикаторные диаграммы четырехтактных двигателей.

рис 3,19 001

Рис. 3.19. Развернутая индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля.

Различают геометрическую и действительную степень сжатия.

Геометрическая степень сжатия εг – это отношение полного объема рабочего цилиндра Va в момент нахождения поршня в НМТ к объему камеры сжатия Vc, т. е. к объему цилиндра при положении поршня в ВМТ:

                                               .        (3.8)

Действительная степень сжатия ε представляет собой отношение объема рабочего цилиндра в момент закрытия органов газораспределения
Vs + Vс – φVs к объему камеры сжатия Vc:

                                          ,    (3.9)

где φ – доля хода поршня S на ходе сжатия, занятая процессами газообмена. Она соответствует объему цилиндра при закрытии впускного клапана в четырехтактных двигателях и закрытии продувочных или выпускных окон в двухтактных двигателях.

При расчете рабочих  процессов четырехтактных двигателей пользуются геометрической (номинальной) степенью сжатия, так как за время запаздывания закрытия впускных клапанов давление в цилиндре изменяется незначительно.

У поршневых двигателей степень сжатия ε зависит от типа двигателя, его быстроходности, способа смесеобразования, наличия наддува, конструктивных особенностей и других факторов. По опытным данным для различных типов двигателей значения степени сжатия лежат в следующих пределах (в двухтактных двигателях эти пределы соответствуют действительной степени сжатия ε): 11 – 15 – для МОД; 12 – 16 – для СОД и 15 – 18 – для ВОД.

Нижний предел степени сжатия выбирают из условия надежности самовоспламенения топлива, которое впрыскивается в рабочий цилиндр в конце процесса сжатия. Для этого минимальное значение температуры принимают:

Тс > Тв + ∆ Т = 650 + (150 ¸ 250) = 800 ¸ 900 К,                                                                (3.10)

где Тв ≈ 650 К – средняя температура воспламенения жидкого топлива; ∆T = 150 – 250 – дополнительная разность температур, увеличивающая надежность осуществления самовоспламенения.

Степень сжатия выбирают достаточной для обеспечения устойчивого самовоспламенения топлива на пусковых режимах. При пуске двигателя показатель политропы сжатия из-за усиленного теплоотвода в холодные стенки имеет более низкие значения, чем при работе на номинальном режиме, и составляет 1,20 – 1,25. Понижение температуры в конце сжатия компенсируется выбором достаточного значения степени сжатия.

Таким образом, можно сформулировать следующие обобщения.