Вплив дроселювання на процес впуску в бензинових двз

⇐ Назад

Питання 17

Горячий потік газів проходить крізь лопатки турбіни при перитіканні напрямку 1-2. Газ створює механічну роботу ротора і сам відповідно при цьому розширюється. В процессі витікання газ віддає частину теплоти в стінки корпуса.

Створена механічна робота на роторі і збільшення швидкості обертання колеса турбіни та нагрівання корпуса турбіни відбувається за рахунок зміни теплового вмісту відпрацьованих газів на вході в турбіну.

Питання 18

Збільшення швидкості в такій системі приводить до зменшення температур і навпаки.

Питання 19

Питання 20

Газ витікає в каналі, де знаходиться колесо компресора, де колесо передає механічну роботу потоку, в результаті на виході тиск підвіщується і температура підвіщується. Частина енергії передається на корпус компресора, в результаті рівняння (1) прийме вид

(1)

-повна робота стискання за політропою

Рівняння 1 підведена до потоку газу механічна робота від колеса компресора витрачається на роботу стискання за політропою на збільшення кінетичної енергії (швидкість зростає) і на подолання сил опору.

25. Швидкість звуку. Число Маха. Дозвукове та надзвукове витікання газу.

- в повітрі при 20°С

t, °C
W, м/с

- число або критерій Маха.

В залежності від швидкості газові потоки поділяються на:

1. Дозвукове витікання.

2. Звукове витікання.

3. Надзвукове витікання.

4. Гіперзвукове витікання.

26. Газообмін в 4-тактних ДВЗ без наддуву. Коефіцієнт наповнення η_v

1-r-4-a-2 –пуск

1-r-випередження відкриття впускного клапана 10-30° до ВМТ

а-2 – дозарядка циліндрів 50-70° після НМТ

b’-1-r-4 – випуск

b’ – відкриття випускного клапану 40-80° до НМТ

r-4 – закриття випускного клапану 10-20° після ВМТ

Процес випуску характеризується двома параметрами

η_v – коефіцієнт наповнення.

Це відносна кількість свіжого заряду який фактично поступив до циліндрів двигуна до теоретично можливої кількості свіжого заряду, який би розмістився в циліндрі за тих же умов, що і на впуску

27. Коефіцієнт наповнення η_v. Рівняння η_v , аналіз рівняння для покращення наповнення циліндрів.

η_v – коефіцієнт наповнення.

- ступінь підігріву заряду в процесі впуску від стінок циліндрів або при застосуванні спеціального підігріву

Для дизелів повинно бути мінімальним.

Для бензинових ДВЗ якомога менше але достатня для випаровування палива

Î на 0.01 МПа - Î на 15..18%.

29. .Газообмін в 4-ох тактном ДВЗ з газотурбінним надувом.

Р_к- тиск, якій створює приводний нагнітач

1-r-4-2- нижче Р_кіз-за опору в пускній системі.

Р_{випуску}– опір випускної системи (трубопровід і глушник або нейтралізатор + дизелі сажовий фільтр)

b'-1-r-4 – лінія випуску проходить вище Р_{випуску}

Робота на газообмін додатня

Р_{випуску}більший за аналогічний тиск в ДВЗ без надуву в варіанті А)(додатковий опір створює проточна система і колесо турбіни)

Випуск b'-1-r проходить вище за Р_вип

Тиск нижчий за Р_кіз-за опору впускної системи (може бути і охолодник)

Робота на газообмін додатня

Цей варіант найбільш сприятливий для роботи турбокомпресора, його досягають спеціальними профілями проточних частин турбіни і компресора, а також профілювання лопаток турбіни і компресора.

Варіант (1) можливий і для добре спрофільованого компресора в діапозоні малих і середніх обертах колінчастого вала.

30.Вплив частоти обертання двигуна на коефіцієнт наповнення в дизелях

Нагрів двигуна в результаті більшої циклової подачі спричіняє зменшення коефіцієнта наповнення в режимі х.х.

Зменшення коефіцієнта наповнення по обидві сторони від максимуму А.

Зменшення коефіцієнта наповнення в результатівитікання заряду на прикінці пуску на ділянці (а-2) (дозарядка) у зворотньому напрямку – викиди в пускну систему.

Погіршується сумішоутворення і збільшується втрати в систему охолодження і зростають втрати від проривів газів через поршневі кільця.

31. Вплив частоти обертання двигуна на коефіцієнт наповнення в бензинових двигунах.

Дроселювання, прикриття повітряної заслінки призводить до різкого падіння коефіцієнта наповнення з ростом частоти обертання. Максимум наповнення А на часткових характеристиках зміується ліворуч.

Зменшення коефіцієнта наповнення по обидві сторони від максимуму А.

Погіршується сумішоутворення і збільшується втрати в систему охолодження і зростають втрати від проривів газів через поршневі кільця

Вплив дроселювання на процес впуску в бензинових двз.

Використання для регулювання потужності бензинових двигунів дросельної заслінки приводить до збільшення гідравлічного опору у впускному тракті і падіння швидкості свіжого заряду. В результаті при неповному навантаженні частка насосних втрат становить до 5 %, а на малих навантаженнях — до 15-20 %. Це погіршує процес згоряння робочої суміші і, як наслідок, економічність двигуна в середньому на 5...15 % .
Для того, щоб позбутися негативного впливу дросельної заслінки на робочий процес при роботі двигуна в режимах холостого ходу і часткових навантажень її функції перекладають на клапани газорозподільного механізму (ГРМ).
При витіканні газу через клапан внаслідок різкого розширення потоку і порушення впорядкованого струменевого руху газу з'являється турбулентність в циліндрі при впуску. Наявність інтенсивної турбулентності біля верхньої мертвої точки (ВМТ) — важлива особливість поршневого двигуна, яка забезпечує інтенсифікацію турбулентності в фазі згоряння. Результат — покращення паливної економічності двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ) .

33. Способи підняття потужності (форсування) двз.

Основні способи підвищення потужності двигуна:

1 Збільшення робочого об'єму двигуна.
2 Збільшення ступеня стиснення.
3 Зменшення механічних втрат.
4 Оптимізація процесів горіння суміші.
5 Збільшення наповнення циліндрів.

34.Класифікація систем наддуву.

Системи наддуву бувають:

-резонансний-при якому використовується кінетична енергія об'єму повітря у впускних колекторах (нагнітач в цьому випадку не потрібний)

-механічний - в цьому варіанті компресор приводиться в обертання ременем від двигуна

-газотурбінний (або турбонаддув) - турбіна приводиться в рух потоком відпрацьованих газів.

У кожного способу свої переваги і недоліки, що визначають область застосування.

35.Компресори для наддуву з механічним приводом.

-відцентровий;

-червячний;

-поршневий

36. Ідеальний цикл ДВЗ з турбіною при постійному тиску на вході.

Відпрацьовані гази надходять у випускний трубопровід збільшеного об’єму й подаються з нього в газову турбіну приблизно при сталому тиску. Кінетична енергія газів у турбіні не використовується.

Циклі з турбіною сталого тиску.

s-а - адіабатний стиск у компресорі; а-с – адіабатний стиск у циліндрі ДВЗ; с-z` -z - змішане підведення теплоти; z-b – адіабатне розширення в циліндрі ДВЗ; b-а - відведення теплоти при V=соnst із циліндра; а-е - підведення теплоти, відведеної з циліндра, у газову турбіну при р=соnst; е-f - адіабатне розширення в турбіні; f-s - відведення теплоти при р=соnst.

37. Ідеальний цикл ДВЗ з імпульсною турбіною.

Імпульсну газову турбіну використовують при циклі з підведення теплоти в турбіну при постійному об’ємі. У імпульсну газову турбіну відпрацьовані гази з циліндрів ДВЗ спрямовуються безпосередньо. Тиск газів у міру їх розширення поступово зменшується, у турбіні використовується кінетична-енергія газів.

Циклі ДВЗ з імпульсною турбіною.

s-a - адіабатний стиск у компресорі; а-с – адіабатний стиск у циліндрі ДВЗ; с-z` -z - змішане підведення теплоти; z-b - адіабатне розширення газів у циліндрі ДВЗ; b - f - продовження розширення газів у випускному трубопроводі й газовій турбіні; f-s – відведення теплоти при р=соnst. Підведення теплоти в газову турбіну здійснюється на ділянці b-а при сталому об’ємі.

38. Імпульсний газотурбінний надув. Переваги і недоліки.

Імпульсний наддув більш повно використовує енергію відпрацьованих газів, що дає можливість отримати більшу потужність за однакової витрати газу ніж в турбіни з постійним тиском. Ця перевага особливо важлива для забезпечення необхідного постачання повітря для режиму максимального крутного моменту. За швидкого збільшення навантаження імпульсна система дозволяє різко збільшити тиск наддуву, а значить і кількість повітря, що потрапить до циліндрів. Це пояснюється тим, що пульсації тиску відпрацьованих газів різко збільшуються зі збільшенням подачі палива. Тиск наддува при знижені частоти обертання колінчастого вала з імпульсною системою наддуву зменшується значно повільніше ніж з постійним тиском.

Переваги:

1) При однакових витратах газу з двигуна більша потужність турбіни за рахунок використання кінетичної енергії відпрацьованих газів;

2) Більш високий тиск наддуву (по тій же причині);

3) Менша тривалість перехідних процесів із-за мінімальних розмірів і об’ємів випускних колекторів.

Недоліки:

1) Гірше очищення циліндрів від ВГ;

2) Складна будова системи випуску;

3) При високому ступеню підвищенні тиску(πк) зростають втрати в газоповітряних трубопроводах і в проточній частині турбіни і як наслідок ККД ТКР нижчий.

39. Особливості конструкції турбокомпресора.

Схема турбокомпрессора.

1)вхідний отвір компресора; 2)алюмінієвий корпус компресора типу «равлик»; 3)дифузор; 4)алюмінієве колесо компресора з лопатками; 5)збірник повітря з фланцем для кріплення впускних трубопроводів; 6)середня частина ТК з підшипниковим вузлом; 7)ротор (вал); 8)вхідний отвір з фланцем для ВГ; 9)сопло; 10)корпус турбіни з чавуну типу «равлик»; 11)колесо турбіни з лопатками; 12)вихідний отвір турбіни з фланцем для під’єднання до випускної системи.

40. Загальна компоновка турбокомпресорів. Особливості взаємного розташування газової турбіни та колеса компресора.

В залежності від конструкції розміщення коліс турбіни і компресора по відношенню до опор ротора розрізняють такі види ТКР

1) Консольна конструкція

Набула переважного пошир із-за своєї компактності, мають високі оберти ротора до 250000 хв -1

2) З опорами на кінцях

Застосовується на суднових і тепловозних. Переваги : легкий доступ до підшипникового вузла кочень. Мають порівняно великі габарити. n=60000 хв-1

3) Монороторний

Недолік: перегрів компресора

Переваги: малі габаритні розміри

Використовується на автомобілях.

41. Особливості конструкції компресорів для автомобільних систем газотурбінного наддуву.

1) Відцентровий

Переваги:

1. Відносна проста конструкція

2. Високий ККД (0.55…0.78)

3. Малі габарити

Недолік: Різке падіння тиску при зменшенні частоти обертання.

2) Осьові

Застосовуються в газотурбінних двигунах і в реактивних

Переваги:

- Висока потужність

- Високий ККД

- Відносна компактність

Недоліки:

- Складність конструкції

3) Об’ємні

а) поршневий зустрічається відносно рідко, якщо застосовується то як друга ступінь після компресора.

Переваги:

- Високий ККД

- Високий коефіцієнт подачі

Недоліки:

- Великі габарити і маса

- Складність конструкції

б) роторно-зубчасті

Ротори 1-2 можуть мати по два зубці або лопаті

В повітря зубцям з порожнини А переноситься в порожнину В і стискається на виході в порожнині С.

Переваги:

- Добра приємність

- Простота і компактність конструкції

Недоліки:

- Шумність роботи із-за зовнішнього стискання повітря

- Невисокий ККД

42. Особливості конструкції газових турбін для автомобільних систем турбонаддуву.

Турбіна складається з двох основних частин. Ротор з лопатками - рухома частина турбіни. Статор з вирівнюючим апаратом - нерухома частина.

По напрямку руху потоку робочого тіла розрізняють аксіальні парові турбіни, у яких потік робочого тіла рухається уздовж осі турбіни, і радіальні, напрямок потоку робочого тіла в яких перпендикулярно осі валу турбіни. Відцентрові турбіни (турбокомпресори) також виділяють як окремий тип турбін.

За кількістю контурів турбіни поділяють на одноконтурні, двоконтурні і трьохконтурні. Дуже рідко турбіни можуть мати чотири або п'ять контурів. Багатоконтурна турбіна дозволяє використовувати великі теплові перепади ентальпії, розмістивши велике число ступенів різного тиску.

За кількістю валів розрізняють одновальні, двухвальні, рідше трехвальние, пов'язаних спільністю теплового процесу або загальної зубчастої передачею (редуктором). Розміщення валів може бути як коаксіальним так і паралельним з незалежним розташуванням осей валів.

У місцях проходу вала крізь стінки корпусу встановлені кінцеві ущільнення для попередження витоків робочого тіла назовні і засмоктування повітря в корпус.

На передньому кінці вала встановлюється граничний регулятор (регулятор безпеки), автоматично зупиняє (уповільнюючий) турбіну при збільшенні частоти обертання на 10-12% понад номінальну.

47. Переваги і недоліки газотурбінного наддуву

Переваги

простота конструкції і менші, як правило габаритні розміри

газотурбінний наддув є найбільш економічним з усіх видів наддуву. При його застосуванні, крім істотного зростання ефективної потужності двигуна, зростає також і ефективний К.П.Д. двигуна, в зв'язку з чим економічність силової установки з ГТН помітно поліпшується (приблизно на 4-6%).

можливість використання готових ТК при досконалому стані розвитку комбінованих двигунів.

Недоліки:

гірші в порівнянні з двигунами з механічною зв'язком прийомистість і пускові якості внаслідок головним чином більш уповільненого збільшення числа оборотів («млявою розкрутки») турбокомпресора при пуску і збільшенні потужності двигуна в експлуатації, що пояснюється малим градієнтом тиску наддуву при пуску і збільшенні навантаження двигуна, визначеним інерцією роторів турбокомпресорів.

менша можливість збільшення потужності двигуна шляхом підвищення наддуву, ніж при механічній зв'язку, внаслідок того, що тиск наддуву безпосередньо залежить від тиску і температури газів на випуску.

недостатність при малих навантаженнях енергії випускних газів для приведення в рух турбокомпресора; величина потужності турбіни мала для подачі в циліндр необхідної кількості повітря, в результаті чого утруднюється пуск двигуна і робота його при неповній навантаженні.

Застосування турбокомпресора на двигуні дало можливість значно підвищити потужність двигуна без збільшення об’єму і числа циліндрів. Застосування газотурбінного наддуву передбачає два протилежні варіанти використання

енергії, що міститься у відпрацьованих газах для приводу турбіни: імпульсний газотурбінний наддув та газотурбінний наддув з підводом відпрацьованих газів за постійного тиску. За імпульсного газотурбінного наддуву використовується кінетична енергія випускних газів, що виходять з циліндрів. Імпульсний наддув більш повно використовує енергію відпрацьованих газів, що дає можливість отримати більшу потужність за однакової витрати газу ніж в турбіни з постійним тиском.

Ця перевага особливо важлива для забезпечення необхідного постачання повітря для режиму максимального крутного моменту. За швидкого збільшення навантаження імпульсна система дозволяє різко збільшити тиск наддуву, а значить і кількість повітря, що потрапить до циліндрів. Це пояснюється тим, що пульсації тиску відпрацьованих газів різко збільшуються зі збільшенням подачі палива. Недоліком є те, що тиск наддуву при знижені частоти обертання колінчастого вала з імпульсною системою наддуву зменшується значно повільніше ніж з постійним тиском.

48. Назвіть причини переважного застосування на автомобільних ДВЗ ГТН.

1. Застосування газотурбінного наддуву передбачає можливість значно підвищити потужність двигуна без збільшення об’єму і числа циліндрів. ГТН дозволяє підвищити його потужність до 50-70%, а взагалі потужність двигуна з ГТН в порівнянні з потужністю двигуна без наддуву може бути подвоїти і потроїти.

2. Системи газотурбінного наддуву використовують (утилізують) частину енергії

відпрацьованих газів, тобто в двигунах з цими системами здійснюється цикл

з продовженим розширенням, що створює умови для збільшення

термодинамічного ККД tη циклу в результаті підвищення потужності і

економічності двигуна

и что-то ещё

49. Опишіть будову турбокомпресора. Як підбирається турбокомпресор до ДВЗ

Турбокомпресором називають агрегат, який складається із компресора

і газової турбіни, робочі колеса яких сидять на одному валу. Енергія, яка

необхідна для стиску свіжого заряду компресором, поступає від газової

турбіни. Турбокомпресори, що вживаються на автомобільних двигунах, частіше

виконуються за двохконсольною схемою з опорами, які розміщуються між

дисками компресора і турбіни, що забезпечує мінімальні габаритні

розміри і масу агрегату.

Рисунок

Основні параметри турбокомпресорів для автотракторних двигунів

стандартизовані й дозволяють вибрати його типорозміри для конкретного

двигуна за заданим значенням π

к і колової швидкості колеса компресора. За

коловою швидкістю диска турбіни й діаметра робочого колеса визначається

частота обертання вала, яка лімітується припустимими значеннями колової

швидкості диска турбіни. За умови міцності для дисків із нікелевих сплавів

вона не повинна перевищувати 250...350 м/с при температурі газів перед

турбіною не вище 1000 К.

50. Як працює ХОТ. Переваги і недоліки

Основні переваги цієї системи, що має також назву «Компрекс»,

пов’язані з принциповою можливістю забезпечити більшу пристосованість

двигуна, необхідну зміну крутного моменту, поліпшення роботи на несталих

і перехідних режимах, а також зменшити токсичність відпрацьованих газів. Реалізувати ці переваги, важливі для автомобільних ДВЗ, непросто, чим і

пояснюється порівняно обмежене застосування цих систем. Конструктивно він

складається з корпусу в якому обертається ротор з повздовжними

каналами. Ротор приводиться в дію (наприклад, пасовою передачею) від

колінчастого вала двигуна. До одного з торців ротора через відповідні вікна підводиться івідводиться повітря, а до другого - відпрацьовані гази ДВЗ. Перерізи вікон,до яких підводяться відпрацьовані гази, вибираються такими, щоб тиск на

вході в канал ротора складав 0,18...0,2 МПа при роботі двигуна на

номінальному режимі.

Принцип дії ХОТ ґрунтується на газодинамічному ефекті взаємодії

відпрацьованих газів з повітрям у каналах ротора, що обертаються. Під час

безпосереднього контакту відпрацьованих газів з повітрям вирівнювання

тиску відбувається значно швидше, ніж їх переміщування.

Роботу ХОТ в цілому розглянемо на прикладі роботи одного з його

каналів 3. Коли канал ротора знаходиться вгорі, він заповнений повітрям,

зачинений з обох боків. При обертанні ротора правий торець канала

спілкується спочатку з вікном підведення відпрацьованих газів 4. В цей

момент створюється хвиля тиску, яка розповсюджується по каналу із

надзвуковою швидкістю і стискує повітря, що знаходиться в ньому. Довжину

каналу, частоту обертання ротора вибирають такими, щоб у момент

відкривання вихідного вікна 7, через яке відводиться повітря, хвиля тиску

досягала лівого торця каналу. Одночасно в канал з меншою швидкістю, ніж

рухається хвиля тиску, надходять відпрацьовані гази, які, наче поршень,

витискують з нього стиснуте повітря у випускний трубопровід. Раптове

перекриття руху відпрацьованих газів у правий торець каналу створює хвилю

розрідження, яка знижує тиск газів у каналі. Витікання повітря через

вихідний канал продовжується завдяки інерції потоку. В той момент, коли

лівий торець каналу проходить кромку, яка перекриває вікно виходу повітря,

відпрацьовані гази заповнюють приблизно дві третини каналу і відділяються

від повітря зоною перемішування.

Після того, як обидва торці каналу закриваються, тиск газів в ньому

зменшується, зостаючись більшим, ніж атмосферний. Тому відпрацьовані

гази витікають з каналу, як тільки ротор повертається в положення, при

якому відкривається трубопровід 5. При цьому створюється хвиля

розрідження, яка досягає лівого торця каналу, коли він повертається на

рівень вікна впуску повітря 6. Канал заповнюється свіжим повітрям, відпра-

цьовані гази за інерцією витікають у трубопровід 5. Далі цикл повторюється.

Аналогічно працюють і інші канали, яких в роторі буває до 70...80.

Розроблені ХОТ дозволяють одержати π к >2,0 при ККД агрегату до

60 %.

До недоліків ХОТ слід віднести складну технологію виготовлення

ротора, більшу вартість і габаритні розміри порівняно з турбокомпресором.

⇐ Назад