Конспект лекции «Газообмен в двухтактном дизеле»


Автор: Малышев Юрий НиколаевичСсылка на страницу с работой: https://infourok.ru/konspekt-gazoobmen-v-dvuhtaktnom-dizele-626314.htmlГазообмен в двухтактном дизеле.
Особенности осуществления процессов очистки и наполнения цилиндров двухтактных двигателей сводятся к следующему:
процессы газообмена происходят лишь в конце рабочего хода поршня и в начале хода сжатия, занимая всего 140—150° п. к. в. (рис. 10.7, а);
210185975995невозможность использования в двухтактном дизеле всасывающего и выталкивающего действия поршня требует для осуществления газообмена предварительного сжатия воздуха в наддувочном агрегате до давления, по крайней мере превышающего сопротивление выпуску.
В двухтактном двигателе процесс газообмена условно принимают состоящим из трех периодов (рис. 10.7, б): свободного выпуска bd; принудительного выпуска, продувки и наполнения da'd' потери или дозарядки d’ а.
При построении диаграммы по оси ординат откладывают сечения f открытия окон или щели под клапаном, а по оси абсцисс — время открытия или φ° п. к. в. Поэтому площади под кривыми (рис. 10.8) представляют собой время X сечение открытия органов газообмена в соответствующие периоды, определяющие их пропускную способность (I — свободного выпуска; II — принудительного выпуска; III — продувки; IV — потери заряда).201930635
Представленная диаграмма построена применительно к прямоточно-клапанной схеме газообмена двигателей типа МС. Здесь продувочные окна расположены в нижней части цилиндра, фазы и закон их открытия и закрытия определяются поршнем. Фазы открытия и закрытия выпускного клапана, высота его опускания задаются профилем кулака распределительного вала.
Согласно диаграмме (см. рис. 10.7, б) первым в точке b с опережением в 70° открывается выпускной клапан и начинается процесс свободного выпуска. В цилиндре к этому моменту заканчивается расширение продуктов сгорания, давление составляет ~ 1,0 МПа, а давление в выпускном коллекторе pт≃0,29МПа (см. рис. 10.7,6, 10.8). Поэтому продукты сгорания с большой скоростью устремляются в выпускную систему, давление в цилиндре рц резко падает и к моменту, когда поршень, двигаясь вниз, открывает продувочные окна, оно выравнивается с давлением ps в ресивере продувочного воздуха. Условие достижения в точке d равенства рц = ps или рц <ps обязательно, так как только тогда будет возможным поступление воздуха из ресивера в цилиндр, определяющее начало продувки. В противном случае, если в первый период открытия продувочных окон рц>ps, может произойти заброс горячих газов из цилиндра в ресивер и вызвать в нем пожар, обусловленный сгоранием накопившихся в ресивере паров масла. Поэтому важно, чтобы участок I (bd) обеспечивал пропуск за этот период такого количества продуктов сгорания, при котором в точке d достигается рц = рs. Более позднее начало открытия клапана, уменьшение щели под ним приведут к отрицательному результату. Продувочные окна открываются за 40° до НМТ, по мере опускания поршня в цилиндре время и сечение их открытия увеличиваются и достигают максимума в НМТ.
Давление рц, достигнув значения рs, продолжает падать и, несмотря на начавшееся поступление в цилиндр воздуха, уменьшается даже ниже давления в выпускном коллекторе рт. Отмечаемый на участке 1—2 провал давления объясняется эжектирующим действием движущегося с большой скоростью потока газов в патрубке за выпускным клапаном. Однако продолжающееся заполнение цилиндра воздухом из ресивера приводит к повышению давления в нем, давление рц приближается к ps. В этот период на участке da’ через открытый клапан продолжается выпуск из цилиндра продуктов сгорания под действием вытесняющего их воздуха. На участке 2—3 происходит продувка цилиндра в сочетании с принудительным выпуском.
Реализация перечисленных процессов возможна при сохранении следующего соотношения давлений рs>рц>рт. В точке d' через 40° после НМТ продувочные окна закрываются, наполнение цилиндра воздухом прекращается, и давление в нем начинает падать, снова сказывается эжектирующее (отсасывающее) действие потока газов и воздуха, движущихся по выпускному каналу. На участке 3—4 снова рц <рт, но постепенно, по мере закрытия выпускного клапана, сечение щели под ним уменьшается, клапан начинает дросселировать вытесняемый из цилиндра поршнем поток газов. В итоге давление в цилиндре начинает расти и к моменту закрытия клапана — окончания газообмена (точка а) — давление рц на 0,01—0,015 МПа оказывается выше рs. Последняя фаза процесса газообмена (участок d'a) представляет собой потерю заряда.
Как видно из рис. 10.8, давление в выпускном коллекторе рт, как и давление в ресивере рs, сохраняется на одном уровне. Небольшие колебания обусловлены волновыми явлениями, вызываемыми циклическим поступлением газов в выпускной коллектор из цилиндров. Постоянство давления газов, в коллекторе определяет и постоянство давления газов перед турбинами турбонаддувочного агрегата, поэтому реализуемый в двигателях этого типа наддув является наддувом при рт = const.
Качество газообмена определяют с помощью коэффициентов, значение которых поясняет анализ изменения содержания в цилиндре двигателя за период газообмена продуктов сгорания Gцг (см. рис. 10.6), массы поступающего через впускные органы воздуха Gцs и массы остающегося в цилиндре воздуха Gцв. Разница между Gцs и Gцв дает возможность в любой момент определить массу воздуха, затрачиваемую на продувку и представляющую собой ту часть воздуха, которая в период газообмена проходит через цилиндр в выпускной тракт. Из рассмотрения кривых следует, что масса находящихся в цилиндре продуктов сгорания Gцг с момента открытия выпускных органов и до момента их закрытия неуклонно снижается. Поступление в цилиндр свежего воздуха начинается с запаздыванием примерно на 30° по отношению к моменту открытия впускного клапана (точка 3), так как давление рц до точки 3 оставалось выше ps. ,
Поступающий воздух Gцs частично заполняет цилиндр — Gцв, часть воздуха, равная Gцs — Gцв выходит с выпускными газами — тратится на продувку. В точке r’ выпускной клапан закрывается, и продувка прекращается, масса воздуха, равная Gцs — Gцв, в дальнейшем остается неизменной. Наполнение цилиндра продолжается, кривая Gцв идет вверх. К моменту окончания газообмена (точка а) цилиндр оказывается заполненным воздухом массой GB и оставшимися в нем продуктами сгорания GГ. Масса израсходованного воздуха на наполнение и продувку равна GS. Эти данные могут быть использованы для оценки качества газообмена, однако в теории ДВС обычно прибегают к их относительным значениям, представляющим собой коэффициенты продувки, остаточных газов и наполнения цилиндра.
Коэффициент продувки
φa=GsGВгде GS — масса воздуха, поданного в цилиндр за цикл (прошедшего через продувочные окна); GB — масса заряда воздуха, оставшегося в цилиндре к моменту окончания газообмена — началу сжатия, характеризует затрату воздуха на продувку и наполнение цилиндра. Чем он выше, тем, следовательно, больше расход воздуха на газообмен и затрата энергии на привод наддувочного агрегата.
В двухтактном двигателе без наддува φa=1.15÷1.25. В двигателе с наддувом увеличение давления воздуха рS приводит к росту потерь на продувку φa=1.6÷1.65. В определенной степени это благоприятно сказывается на снижении теплонапряженности ЦПГ, так как чем больше воздуха продувается через цилиндр, тем больше он отбирает от нагретых поверхностей теплоты. В четырехтактном двигателе φa=1÷1.2.
Непосредственно о затратах воздуха на продувку и наполнение цилиндров двигателя можно судить по удельному расходу воздуха gs=GsNeгде GS — расход воздуха на весь двигатель, кг/(кВт-ч).
Для двухтактного МОД gs = 8,8 - 10,8 кг/(кВт-ч), для четырехтактного СОД gs = 6,8 - 8,2 кг/(кВт-ч).
Критерием количественной оценки совершенства процессов очистки цилиндра от отработавших газов и наполнения его зарядом служат коэффициенты остаточных газов и наполнения цилиндра.
Коэффициент остаточных газов
γг=GгGВгде Gг — количество оставшихся в цилиндре к концу газообмена газов, м3; GB — заряд свежего воздуха, м3.
Чем меньше γг тем меньше остается газов в цилиндре и тем качественнее очищается цилиндр от продуктов сгорания и тем больший его объем освобождается для заполнения воздухом.
Согласно опытным данным, γг имеет следующие значения для двигателей.
γгЧетырехтактные:
без наддува0,06—0,04
с наддувом0,04—0,02
Двухтактные с продувкой:
прямоточной0,04—0,08
петлевой фирмы МАН0,08—0,09
То же фирмы «Зульцер»0,09—0,12
Двухтактные с поперечной продувкой0,12—0,14
Загрязнение выпускного тракта и связанное с ним увеличение противодавления выпуску рт, закоксовывание продувочных и выпускных окон, падение давления продувочного воздуха вызывают увеличение коэффициента γг.
Коэффициент наполнения
ηн=GвGVBгде GB — действительное количество воздуха, заполнившего цилиндр в процессе наполнения; GVB — количество воздуха, которое могло бы поместиться в его рабочем объеме Vs при параметрах, характеризующих состояние воздуха на впуске (р0, Т0 для двигателей без наддува, рs, Т$ для двигателей с наддувом).
Коэффициент ηн характеризуется степенью использования объема цилиндра в процессе наполнения. Чем выше ηн, тем эффективнее используется рабочий объем, тем больший заряд свежего воздуха GВ в нем размещается к концу газообмена. Знание массы воздуха Gs, поступившего в цилиндр за цикл, дает также возможность определить суммарный коэффициент избытка воздуха:
αсум=GsgцG0
В малооборотных двухтактных двигателях
αсум=2,8÷4.
Предпосылкой высокого качества процесса газообмена является наличие достаточных проходных сечений продувочных и выпускных окон или клапанов, обеспечивающих минимальные сопротивления воздуху и газам. Расположение, конфигурация и размеры окон должны создать такие направления и скорости потоков внутри цилиндра, при которых будут происходить вытеснение воздухом газов и минимальное их перемешивание. Непродутые и застойные зоны, образующиеся над поршнем, у стенок цилиндра, под клапанами, должны быть незначительными. Существенное влияние на качество газообмена оказывают также параметры состояния воздуха и газов в ресивере, цилиндре, выпускной системе, перед турбиной и другие факторы.
Литература
Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. 2010 г.и. Стр. 20-30
Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. 2008 г.и. Стр. 27-38
Возницкий И. В. Судовые дизели и их эксплуатация - 1990 г.и. Стр. 204-209

Приложенные файлы

  • docx file129
    Размер файла: 185 kB Загрузок: 3