Вплив дроселювання на процес впуску в бензинових двз

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

- 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.

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

- 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_к із-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_к із-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.

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

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.