Показатели эффективности и экономичности цикла

Основным показателем эффективности является среднее давление цикла, которое равно отношению работы цикла к рабочему объему цилиндра.

.

Физически среднее давление цикла представляет собой работу, совершаемую в единице рабочего объема. Как показано выше, отношение имеет размерность давления, поэтому оно и названо средним давлением цикла.

Используя теоретические соотношения термодинамики для L_t, после преобразований можно получить расчетную формулу для Р_t:

Для двигателей с наддувом величина Р_t изменяется в пределах Р_t = 1,5 ¸ 4,0 МПа; она зависит от степени наддува (p_к = 1,4 ¸ 2,5), степени охлаждения (w = 0,65 ¸ 1,00) и конфигурации рабочего цикла (e, l, r, d). Величина Р_t характеризует энергетическую интенсивность цикла.

К показателям экономичности относят термический к.п.д. цикла, равный

,

где L_t – работа цикла,

Q₁ – количество подведенной теплоты за цикл.

В результате расшифровки величин L_t и Q₁ с помощью термодинамических зависимостей, получают расчетную формулу для h_t:

.

Величина термического к.п.д. цикла зависит от параметров наддува и охлаждения, а также от формы цикла. Она находится в диапазоне h_t = 0,65 ¸ 0,80.

Важным показателем экономичности цикла является удельный расход топлива, равный:

.

где Hu – теплота сгорания топлива, равная Hu = 44,0 МДж/кг для бензина и Hu = 42,5 МДж/кг для дизельного топлива.

Последняя формула получена с учетом указанной размерности, а величина Hu в нее подставляется в основных единицах СИ.

 

5. Индивидуальные задания, рекомендации по выполнению, оформлению и защите РГЗ.

Каждый студент выполняет расчет термодинамического цикла КДВС в соответствии с индивидуальным заданием по номеру варианта, который присваивает преподаватель. Для расчета и оформления целесообразно использовать схему, указанную в п.4: записывать название величины, расчетную формулу, подстановку цифровых значений, результат расчета, размерность (см. расчет V_d в п.4). Все величины рассчитывают до четвертой значащей цифры. После расчета изображают термодинамический цикл графически в системе координат V – P на отдельном листе в масштабе. Масштабы по осям V и Р выбирают самостоятельно в зависимости от полученных цифровых результа

тов. На осях графика указывают соответствующие шкалы и размерности величин.

РГЗ №1 сначала проверяется, а затем защищается. К защите допускается РГЗ, выполненное в полном объеме и правильно.

В случае значительных ошибок задание возвращается на исправление. Обычно исправленные варианты пишут на оборотной стороне предыдущего листа. Если исправления большие по объему, то оформляют дополнительный вариант расчета под названием: “Исправления к РГЗ №1”. На вторичную проверку представляют первый вариант задания в том виде, каким он был предъявлен на проверку, с замечаниями преподавателя и исправления и дополнения.

При защите РГЗ №1 необходимо показать знания в объеме данной темы:

- КДВС и их назначение,

- схемы КДВС и их анализ,

- отдельные элементы КДВС, назначение и типы,

- термодинамический цикл КДВС, характерные точки, параметры, процессы и их особенности,

- методика расчета термодинамического цикла КДВС, построение графика V - P и определения показателей эффективности и экономичности.

Таблица 1.

Исходные данные для расчета

№ ва-риантов	Исходные данные	Примечание
топливо	pk	s	e	l	r
	Бензин	1,40		8,5	3,0	1,10	Бензиновые КДВС с наддувом без охлаждения воздуха
	1,50		8,4	3,2	1,09
	1,60		8,3	3,4	1,08
	1,70		8,2	3,6	1,07
	1,80		8,1	3,8	1,06
	1,90		8,0	4,0	1,05
	2,00		7,9	4,2	1,04
	2,10		7,8	4,4	1,03

 

 

продолжение табл.1.

№ ва-риантов	Исходные данные	Примечание
топливо	pk	s	e	l	r
	Бензин	1,80	0,50	8,0	4,4	1,03	Бензиновые КДВС с наддувом и охлаждением воздуха
	1,90	0,55	7,9	4,2	1,04
	2,00	0,60	7,8	4,0	1,05
	2,10	0,65	7,7	3,8	1,06
	2,20	0,70	7,6	3,6	1,07
	2,30	0,75	7,8	3,4	1,08
	2,40	0,80	7,7	3,2	1,09
	2,50	0,85	7,6	3,0	1,10
	Дизельное топливо	1,50		21,0	1,80	1,30	Дизельные КДВС с наддувом без охлаждения воздуха
	1,60		20,0	1,70	1,40
	1,70		19,0	1,60	1,50
	1,80		18,0	1,50	1,60
	1,90		17,0	1,40	1,70
	2,00		16,0	1,40	1,70
	1,90		17,0	1,50	1,60
	1,80		18,0	1,60	1,50
	1,70		19,0	1,70	1,40
	1,60		20,0	1,80	1,30
	2,00	0,50	19,0	1,80	1,50	Дизельные КДВС с наддувом и охлаждением воздуха
	2,10	0,55	18,0	1,70	1,55
	2,20	0,60	17,0	1,60	1,60
	2,30	0,65	16,0	1,50	1,65
	2,40	0,70	15,0	1,40	1,70
	2,40	0,75	15,0	1,40	1,70
	2,40	0,75	15,0	1,40	1,70
	2,30	0,70	16,0	1,60	1,75
	2,10	0,60	18,0	2,00	1,80
	2,00	0,55	19,0	2,20	1,80

 

6. Контрольные теоретические вопросы

В этом пункте перечислены теоретические вопросы, которые:

- для студентов дневного отделения могут использоваться при подготовке к экзаменам;

 

- для студентов заочного отделения необходимы при выполнении контрольной работы по дисциплине, которая включает расчет термодинамического цикла КДВС (п.1 - 5 настоящего пособия) и два вопроса теории, которые выбираются по номеру шифра (последний присваивается преподавателем каждому студенту). При ответе на теоретические вопросы целесообразно использовать следующую схему: постановка задачи, общие положения и допущения (или условия), при которых решается задача, исходный закон или уравнение, вывод формулы, физическое толкование результата, диаграммы или графики (последние, если необходимы).

 

Перечень теоретических вопросов:

1. Классификация двигателей по различным признакам.

2. Достоинства и недостатки ДВС и КДВС.

3. Термодинамический цикл и его показатели (Р_t, h_t).

4. Циклы ДВС и их основные параметры (e, l, r, d).

5. Цикл со смешанным подводом теплоты, определение Р_t и h_t.

6. Цикл с подводом теплоты при V = const, определение Р_t и h_t.

7. Цикл с подводом теплоты при Р = const, определение Р_t и h_t.

8. Циклы КДВС.

9. Топливо, виды топлив и их состав.

10. Основные свойства топлив.

11. Теплота сгорания топлива.

12. Перспективные виды топлива.

13. Рабочее тело в ДВС, состав и его изменение в цикле.

14. Теоретически необходимое количество воздуха (l_o, L_o).

15. Количество свежего заряда, коэффициент избытка воздуха.

16. Количество продуктов сгорания, коэффициент молекулярного изменения.

17. Теплота сгорания смеси.

18. Газообмен в ДВС, органы и механизмы газораспределения, показатели качества газообмена (g, h_v).

19. Диаграмма газораспределения для 4^хтактного ДВС, фазы газораспределения.

20. Индикаторные диаграммы газообмена в ДВС с атмосферным всасыванием и в ДВС с наддувом.

21. Газообмен в 2^хтактном ДВС с прямоточной продувкой.

 

22. Газообмен в 2^хтактном ДВС с петлевой продувкой.

23. Газообмен в 2^хтактном ДВС с ПДП.

24. Процессы смесеобразования. Карбюрация, характеристика элементарного карбюратора.

25. Идеальный карбюратор и его характеристика.

26. Дополнительные системы карбюратора, их виды, устройство, действие.

27. Системы впрыска бензина, назначение, виды.

28. Системы подачи топлива в газовых ДВС.

29. Смесеобразования в дизелях, основные трудности, аппаратура.

30. Основные показатели впрыска (цикловая подача, распределение по камере, распыл топлива, дальнобойность факела).

31. Типы камер сгорания в дизельных ДВС, их достоинства и недостатки, области применения.

32. Процессы сгорания, общая характеристика.

33. Воспламенение горючей смеси, период задержки воспламенения.

34. Виды процессов сгорания (ламинарное, турбулентное, объемно-диффузионное), концентрационные пределы сгорания (a_min, a_max).

35. Особенности сгорания в ДВС с внешним смесеобразованием.

36. Детонация, суть явления, причины, последствия, способы устранения или предупреждения.

37. Особенности сгорания в дизелях.

38. Расчет рабочего цикла ДВС (назначение, способы, результаты).

39. Расчет процесса впуска, определение Р_а, Т_а.

40. Коэффициент наполнения h_v, формула, способы повышения h_v.

41. Расчет процесса сжатия, определение V_c, P_c, T_c.

42. Расчет процесса сгорания в ДВС с внешним смесеобразованием

43. Расчет процесса сгорания в дизелях.

44. Расчет процесса расширения, определение Р_b, T_b.

45. Расчет процесса выпуска, определение Р_r, T_r.

46. Индикаторные показатели цикла (L_i, P_i, N_i, h_i, g_i).

 

47. Механические потери, механический к.п.д.

48. Эффективные показатели двигателя (P_e, N_e, h_e, g_e).

49. Основные виды КДВС, их схемы, достоинства и недостатки.

50. Компрессоры, их типы и основные показатели (p_к;L _кад;h_кад; G_к; N_к).

51. Турбины, их типы и основные показатели (p_т; ; h_т.ад; L _т.ад; G_т; N_т).

52. Турбокомпрессоры, основные уравнения, уравнение Рато.

53. Охладители наддувочного воздуха, их типы, элементы расчета.

54. Характеристики ДВС, их виды и назначение.

55. Скоростные и нагрузочные характеристики ДВС.

56. Регулировочные и многопараметровые характеристики ДВС.

57. Тяговые характеристики ДВС, коэффициент приспособляемости.

58. Токсичность выпускных газов, токсичные компоненты и способы снижения их количества.

59. Шумность и вибрации ДВС, основные характеристики, способы их улучшения.

60. Кинематика КШМ. Перемещение поршня, формула и диаграмма.

61. Скорость и ускорение поршня, формулы и графики.

62. Классификация сил, действующих в КШМ.

63. Приведенные массы в КШМ.

64. Силы, действующие на детали КШМ.

65. Силы, действующие на подшипники вала, полярные (векторные) диаграммы сил.

66. Уравновешивание ДВС, общие принципы.

67. Уравновешивание коленчатых валов.

68. Уравновешивание одноцилиндрового двигателя.

69. Уравновешивание двухцилиндрового рядного ДВС.

70. Уравновешивание двухцилиндрового оппозитного ДВС.

71. Уравновешивание четырехцилиндрового рядного ДВС.

72. Уравновешивание шестицилиндрового рядного ДВС.

73. Уравновешивание двухцилиндрового V-образного ДВС.

74. Уравновешивание многоцилиндровых V-образных ДВС (общие принципы).

75. Неравномерность вращения вала, коэффициент неравномерности.

76. Расчет маховика.