Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Определение параметров такта сжатия и механического шума двигателя автомобиля

Введение

Теория автомобиля - это наука о его функциональных свойствах, о зависимостях этих свойств от конструктивных параметров автомобиля, о закономерностях движения автомобиля, об эффективных и безопасных режимах движения в заданных условиях.

Автомобиль представляет собой транспортное средство, предназначенное для перемещения людей и грузов по поверхности земли. Движение автомобиля осуществляется благодаря наличию собственного источника энергии (двигателя) и механизмов, обеспечивающих управляемое взаимодействие с опорной поверхностью дороги или грунта.

Эффективность функционирования автомобиля определяется его потенциальными физическими свойствами и степенью полноты их использования в реальных условиях эксплуатации.

Свойство - это категория, выражающая такую сторону предмета, которая обусловливает его различие или общность с другими предметами и обнаруживается в его отношении к ним. Свойства образуют иерархическую систему, включающую качество, крупные групповые свойства (надежность, безопасность и др.), мелкие групповые и единичные свойства.

Качество автомобиля - это совокупность свойств, обусловливающих его пригодность для удовлетворения определенных потребностей в соответствии с его назначением. Качество имеет первостепенное значение для производителя и потребителя продукции, поскольку качество определяет ее потребительскую стоимость.

Различают две группы потенциальных свойств: функциональные свойства и свойства надежности.

Функциональные свойства определяются назначением автомобиля и характеризуют его возможность выполнять предписанные функции. Они проявляются в движении автомобиля и характеризуют его предельные эксплуатационные возможности.

Свойства надежности характеризуют способность автомобиля сохранять работоспособное состояние в установленном интервале времени или пробега. Важное значение для потребителя имеют эргономические, эстетические и многие другие свойства.

Функциональные свойства и свойства надежности определяют степень приспособленности автомобиля к эксплуатации в качестве транспортного средства. Их совокупность называют эксплуатационными свойствами автомобиля.

Определение параметров такта сжатия

автомобиль сжатие двигатель шум

Определить давление в конце такта сжатия pc карбюраторного двигателя, если известно что степень сжатия е = 12, давление окружающего воздуха p0 = 0,1МПа, показатель политропы сжатия ni = 1,35.

Теоретические сведения:

В процессе сжатия повышаются температура и давление смеси. Значения этих параметров в конце процесса зависят главным образом от термодинамических параметров среды в начале сжатия, степени сжатия е и характера теплообмена. Более высоким степени сжатия и термодинамическим параметрам конца процесса сжатия соответствуют большие степени расширения и лучшее теплоиспользование.

Сжатие рабочей смеси создает благоприятные условия для протекания процесса сгорания вследствие повышения к моменту воспламенения смеси ее температуры и давления и сосредоточения смеси в небольшом компактном объеме. В зависимости от типа смесеобразования и способа воспламенения требования к степени сжатия и значениям конечных параметров различны.

В двигателях с искровым зажиганием, работающих на жидком топливе, при сжатии продолжаются испарение топлива и перемешивание его паров с воздухом. Пределы значений температуры и давления конца сжатия лимитируются условиями возникновения детонации. При наличии в камере сгорания чрезмерно перегретых деталей или отложений нагара может возникнуть преждевременное воспламенение смеси.

В дизелях процесс смесеобразования происходит в камере сгорания при положении поршня вблизи в. м. т. и большей частью одновременно с горением топлива. Требования к процессу сжатия в данном случае обусловлены необходимостью получения к моменту впрыска топлива достаточно высокой температуры, обеспечивающей воспламенение части испарившегося топлива без постороннего источника зажигания. Это условие должно выполняться при всех возможных эксплуатационных режимах и в случае использования топлив с различным фракционным составом (многотопливные дизели).

В начальный период процесса сжатия температура смеси (воздуха) ниже температуры поверхностей, ограничивающих внутрицилиндровый объем, поэтому температура заряда повышается как в результате сжатия, так и вследствие подвода теплоты от стенок. В некоторый момент средние температуры заряда и стенок становятся одинаковыми и при дальнейшем движении поршня вплоть до конца процесса сжатия теплота отводится от заряда в стенки.

Примерный характер протекания процесса сжатия показан на рисунке 1, а, б. В момент закрытия впускных органов давление и температура заряда равны ра` и Та`. При адиабатном сжатии (k=1,41=const) давление и температура конца сжатия были бы рck и Тck. Среднее значение температуры теплопередающих поверхностей Тст. ср показано на графике штриховой линией. Вследствие разности Тст.ср - Т в начальный период сжатия процесс протекает по политропе с переменным показателем n'>k. От точки r (где Т=Тст. ср) сжатие происходит с переменным показателем n''1<k. На теплообмен во втором периоде влияет увеличивающаяся при сжатии разность Т - Тст. ср и одновременно уменьшение площади теплопередающей поверхности. В результате температура Тс и давление рс в конце сжатия будут отличаться от значений, соответствующих адиабатному процессу сжатия.

На рисунке 1, а приведена кривая (штриховая) изменения давления с показателем политропы n=1,33, при котором давление и температура конца процесса примерно такие же, как и для случая с переменным показателем.

Характеристика процесса сжатия (при Та=320 К; р=0,1 МПа; n`1=1,5; n``1=1,28; n1=1,33; Тст.ср=460 К)

Рисунок 1. - Характеристика процесса сжатия (при Та=320 К; р=0,1 МПа; n`1=1,5; n``1=1,28; n1=1,33; Тст.ср=460 К)

Рассмотренные условия протекания процесса сжатия характерны для поршневых двигателей всех типов. В двигателе с искровым зажиганием в начальной стадии процесса часть полученной зарядом от стенок теплоты затрачивается на испарение бензина. Теплоемкость смеси выше, чем в дизеле, из-за наличия в ней паров бензина и несколько большего количества остаточных газов. В результате осредненное значение показателя адиабаты для такой смеси в том же интервале температур получается ниже, чем для дизелей.

Из-за меньшей степени сжатия в двигателе с искровым зажиганием температура и давление в конце процесса сжатия ниже, чем в дизеле, что влияет на характер теплообмена во второй стадии процесса, когда n"<k.

В дизеле с момента начала впрыска топлива (точка 1) вследствие затраты теплоты на его испарение в период задержки воспламенения при одновременном сжатии заряда давление и температура повышаются в меньшей степени, чем при сжатии без впрыска топлива. На рисунке 1, в показан характер изменения параметров конца сжатия при отсутствии (штриховые линии) и наличии (сплошные) впрыска и начала сгорания топлива в дизеле.

Независимо от типа двигателя процесс сгорания, при котором начинается резкое увеличение температуры и давления, происходит за несколько градусов до в. м. т., что учитывается при построении индикаторной диаграммы соответствующим округленней этого участка на основании экспериментальных данных по аналогичным двигателям.

Аналитически определить параметры в конце сжатия с учетом переменного показателя политропы затруднительно. Принято температуру и давление в конце сжатия подсчитывать по среднему, постоянному для всего процесса, значению показателя политропы. Принимая, что начало сжатия совпадает с н. м. т., получаем:

(1)

(2)

На рисунке 2 приведены значения рс и Тс подсчитанные по формулам (1) и (2) для трех значений n1 при ра=0,09 МПа и Та=323 К.

Зависимость давления рс и температуры Тс от е при различных значениях n1

Рисунок 2. - Зависимость давления рс и температуры Тс от е при различных значениях n1

Как видно, при изменении показателя n1 в указанных пределах существенно меняются значения рс и Тс. Вследствие этого значения n1 следует выбирать, основываясь на имеющихся экспериментальных данных по двигателям, сходным с рассчитываемым по размерам цилиндров, быстроходности и конструктивным параметрам.

Указанный характер теплообмена и его кратковременность приводят к тому, что суммарная величина теплообмена в быстроходных двигателях (особенно с искровым зажиганием) незначительна, она составляет примерно 1,0-1,5% теплоты, вносимой с топливом. Поэтому при отсутствии точных данных о величине n1, ее можно определять по среднему показателю адиабаты по формулам:

(3)

(4)

где - средняя мольная теплоемкость смеси, участвующей в процессе сжатия, кДж/(кмольЧ°С); Тс - температура в конце адиабатного сжатия, К.

Это допустимо, так как в большинстве случаев

Условия теплообмена в процессе сжатия определяются:

1. Разностью между температурами смеси и теплопередающими поверхностями.

2. Относительной площадью теплопередающей поверхности, т. е. отношением площади теплопередающей поверхности Fпов рабочему объему цилиндра Vh.

3. Количеством смеси, находящейся в цилиндре в процессе сжатия.

4. Временем, в течение которого происходит теплообмен.

5. Коэффициентом теплоотдачи от газов к поверхностям, зависящим от скорости движения смеси.

6. Количеством бензина, испаряющегося в процессе сжатия (в бензиновых двигателях).

Конечные параметры конца сжатия зависят также от начальных значений ра и Та и от утечек смеси через неплотности в поршневых кольцах.

При низкой температуре теплопередающих поверхностей (например, при пуске двигателя после длительной стоянки в холодном помещении или на улице в зимнее время) теплота от заряда отводится в охлаждающую среду особенно интенсивно. При пуске холодного двигателя, когда частота вращения коленчатого вала мала и кольца недостаточно плотно прилегают к зеркалу цилиндра, а время, в течение которого происходит сжатие, сравнительно велико, возникают заметные утечки заряда через неплотности в кольцах. В этом случае средний показатель политропы n1 будет низкий, что приводит к понижению рс и Тс.

На показатель n1 влияет система охлаждения. При воздушном охлаждении температура теплопередающей поверхности гильзы и головки блока цилиндров во время работы двигателя выше, вследствие чего теплоты от заряда отводится меньше и n1 имеет более высокие значения. В случае жидкостного охлаждения интенсивность теплообмена в основном зависит от температуры охлаждающей жидкости. При низкой температуре охлаждающей жидкости и соответственно теплопередающих поверхностей теплота от заряда отводится интенсивнее и n1 будет ниже.

Применение алюминиевых поршней и головок блока цилиндра увеличивает отвод теплоты и n1 имеет более низкие значения из-за повышенной теплопроводности алюминия по сравнению с чугуном. Для уменьшения отвода теплоты и получения более высоких значений n1 необходимо, чтобы отношение Fпов/Vh было по возможности меньше. Его значение зависит от рабочего объема Vh (при большом Vh отношение Fпов/Vh=const/D уменьшается), отношения S/D, формы и типа камеры сгорания (наименьшая относительная теплопередающая поверхность будет у сферической камеры, наибольшая - у разделенной камеры сгорания). С увеличением степени сжатия е относительная площадь теплопередающей поверхности уменьшается, а температура сжимаемой смеси повышается. В результате суммарного влияния всех факторов на процесс теплообмена показатель политропы не зависит от е или незначительно увеличивается с ее ростом.

Большое влияние на теплообмен оказывает количество поступившего в цилиндр заряда G3. При большом отношении G3/Fпов относительные тепловые потери уменьшаются и показатель политропы увеличивается. В двигателях с искровым зажиганием и количественным регулированием наименьшее отношение G3/Fпов наблюдается при работе на холостом ходу. По мере возрастания нагрузки (большее открытие дроссельной заслонки) отношение G3/Fпов увеличивается, в результате относительные тепловые потери снижаются и n1 повышается. Этому способствует также рост температуры теплопередающих поверхностей.

В дизелях, где применяется качественное регулирование, с увеличением нагрузки отношение G3/Fпов несколько уменьшается из-за некоторого снижения количества поступающего заряда. Одновременно при возрастании нагрузки повышается температура некоторых (неохлаждаемых или малоохлаждаемых) теплопередающих поверхностей (днище поршня, головка выпускного клапана). В результате этого характер теплообмена в дизеле с увеличением нагрузки почти не изменяется и n1 практически остается постоянным или незначительно повышается.

Существенное влияние на теплообмен в процессе сжатия оказывает наддув. При увеличении давления наддува рк отношение G3/Fпов растет и соответственно снижаются относительные тепловые потери. В результате этого с увеличением наддува n1 возрастает.

На показатель политропы и параметры конца сжатия в значительной степени влияет изменение скоростного режима двигателя. При увеличении частоты вращения сокращается время теплообмена смеси с теплопередающими поверхностями. Одновременно в связи с повышением температур поверхностей интенсивность теплообмена при Т> Тст. ср уменьшается. В результате этого с ростом частоты вращения показатель политропы сжатия в большинстве случаев повышается.

На рисунке 3 приведены зависимости среднего показателя политропы сжатия от частоты вращения. У карбюраторного двигателя зависимость n1=f(n) выявляется лить при работе на частичных нагрузках. При полном открытии дроссельной заслонки показатель n1 не меняется, что свидетельствует о сложном характере теплообмена у двигателя данного типа при уменьшении n. Данные по исследованию дизелей показывают, что n1 увеличивается с ростом частоты вращения.

Зависимость среднего показателя политропы сжатия nот частоты вращения

Рисунок 3. - Зависимость среднего показателя политропы сжатия n1 от частоты вращения: 1 - быстроходный короткоходный дизель; 2 - дизель ЯМЗ-238; 3 - карбюраторный двигатель при различных открытиях дроссельной заслонки; 4 - ЗИЛ-310

Решение:

1. Давление в конце такта сжатия pc карбюраторного двигателя равно:

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее