Төрт тактылы үрлеусіз дизелді қозғалтқышты жобалау

      Кіргізу барысының параметрлеріне демек  цилиндрді жаңа зарядпен толтыруға  маңызды ыкпалын тигізетін параметрлерге  төмендегілер жатады:

      1) кіргізу және шығару жүйелеріндегі кедергілердің кесірінен қозғалтқыштың кіруіндегі және шығуындағы қысым жоғалуы ∆р_а;

      2) қалдық газдар коэффициенті γ_r – цилиндрді алғашқы циклден қалған жану өнімдерінен тазарту сапасын сипаттайтын параметр;

      3) жаңа зарядтың кіргізу жүйесінің  қабырғаларынан және цилиндр қабырғаларынан жылыну температурасы ∆Т.

 
      

1. Қоршаған  ортанын кысымы p_о және температурасы Т_о

 

      Қозғалтқыштың үрлеусіз жұмыс істеу кезінде, ауа  цилиндрге атмосфералық ортадан  кіреді. Қозғалтқыштың жұмыс циклын есептегенде қоршаған ортаның қысымы р_о=0,1 МПа-ға, ал температурасы Т_о=293 К-ға тең деп алынады.

 
 

      2.1.2 Қалдық газдар кысымы p_r (МПа) және температурасы Т_r (К)

 

      Шығару  жүйесі кедергісінің әсерінен қалдық газдар қысымы p_r (МПа), әрқашан қоршаған ортаның қысымынан жоғары болады

      p_r=p_о+∆p_r,                                                                             (1)

      .

      p_r=(1,05..1,25)p_о.                                                                    (2)

      p_r-дің үлкен мәндері жоғаргы айналымдағы қозғалтқыштар үшін алынады.

                  p_r=0.105-0.125 MПа

      Сонда,     p_r=0.115 МПа деп қабылдаймыз.

      Қалдық  газдардың температурасы Т_r, әдетте тәжірибелі-статикалық (әдебиеттік) мәліметтер бойынша қозғалтқыштың түріне, сығылу дәрежесіне, айналым жиілігіне және ауаның артықтық коэффициентіне байланысты алынады (1-ші кестеге сәйкес).

        Т_r=600-900 К

      Т_r=750 К   деп қабылдаймыз.

3. Жаңа зарядтың жылыну температурасы ∆Т(°К)

 

      Толтыру барысында қозғалтқыштың қыздырылған  тетіктерінің арқасында, жаңа зарядтың температурасы бірнеше көбейеді. Қозғалтқышты жылулық есептеуде ∆t-ны тәжірибелік мәліметтер және жанамалық есептеулердің негізінде алады (1-ші кестеге сәйкес).

      2.1.4 Кіргізу барысының соңындағы қысым p_а

      Кіргізу жүйесінің кедергісіне және цилиндрдегі  зарядың қозғалыс жылдамдығының  өшуіне байланысты болатын қысымның жоғалуын ∆р_а-ны (МПа), кейбір жорамалдау арқылы Бернулли теңдеуінен анықтауға болады:

                                                               (3)

      мұнда β – цилиндрдің қарастырылып жатқан қимасындағы зарядтың қозғалыс жылдамдығының азаю коэффициенті;

      Қозғалтқыштағы  кірер зарядтың тығыздығы:

      үрленбейтін қозғалтқыштар үшін

       , кг/м³;                                                                      (4)

                      

          мұнда =287 Дж/(кг•К) – ауаның меншікті газ тұрақтысы; р_о– атмосфералық ауа мен сығымдағыштан өткен ауаның қысымы, МПа; Т_о– атмосфералық ауа мен сығымдағыштан өткен ауаның температурасы, К.

 

                                                       (5)

        

Сонда                =0.1-0.016854=0.083146 МПа

            2.1.5 Қалдық газдар коэффициенті γ_r

 

      Қалдық  газдар коэффициентінің шамасы, цилиндрдің жану өнімдерінің тазалану сапасын  сипаттайды. Төрт тактылы қозғалтқыштар үшін γ_r -дің шамасы мына формуламен анықталады:

       

,                                                               (6)

      мұндағы ε-сығылу дәрежесі.

 

                   .

6. Кіргізу барысының соңындағы температура Т_а

 

      Температура (К) жеткілікті дәрежеде, негізінен кіргізу сызығындағы r нүктесінен нүктесіне дейінгі аралықта құрастырылған. жылу балансы тендеуінен анықталады (1-ші суретке сәйкес). -ның шамасы негізі кірудегі жұмыс жасайтын дененің температурасына Т_о, қалдық газдар коэффициентіне γ_r, зарядтың қызу температурасына ∆Т және аз дәрежеде қалдық газдардың температурасына тәуелді болады. Осы айтылған факторларды еске алғанда Т_а шамасы мына теңдеумен анықталады:

      

                                                                        (7)

 

           

      2.1.7 Толтыру коэффициенті  η_ν.

      Толтыру коэффициентін мына тендеумен анықтайды:

      

.                                         (8)

  

      2.2 Сығылу барысы

 

      Дизельдер                                                               (9)

мұнда – номиналдық қуаттағы иінді біліктің айналым жиілігі, мин^-1.

 

                    

Сығылу  барысынің соңындағы қысымды  р_с және температураны Т_с тұрақты көрсеткіште n₁-де политроптық процестің тендеуінен, поршеньнің төменгі шекті нүктеден, жоғарғы шекті нүкте аралығында болатын жүрісіндегі сығылу барысын еске ала отырып анықтайды.

      

                                                                                    (10)

 

              

 

      

                                                                                    (11)

 

                  

мұнда ε – қозғалтқыштың сығылу дәрежесі.

     Сығылу  соңындағы жұмысшы қоспаның (жаңа қоспа+қалдық газдар) орта мольдік жылусыйымдылығы мына тендеумен анықталады:

     

.                                             (12)

     Карбюраторлы  және дизельді қозғалтқыштардағы сығылудың  соңындағы жаңа зарядтың (ауаның) орта мольдық жылусыйымдылығы  , ауаның жылусыйымдьшығына тең деп қабылданады және мына температуралар аралығында t_с=0÷1500°С оны төмендегі тендеуден анықтауға болады:

,                                                                 (13)

мұндағы =956-273=683                

        

        Сығылудың соңындағы қалдық газдардың орта мольдық жылу сыйымдылығын интерполяция (қосымша жазу) әдісімен дизельдік жанармай үшін 4-ші кесте бойынша анықтауға болады.

            α=1.5

              

  2.3 Жану барысы

 

      Жану  барысы – қозғалтқыштың жұмыс  циклының негізгі барысы, осы кездегі  уақытта, жанармайдың жану салдарынан бөлініп шыққан жылу, жұмысшы дененің  ішкі энергиясының өсуіне және механикалық жұмыс істеуге жұмсалады.

       Қисық сызық  c΄fc"z_н қозғалтқыштардың цилиндрлерінде жану барысындағы қысымның нақтылы өзгеруін сүлбе түрінде көрсетеді. Нақты қозғалтқыштарда жану барысы, дәл айтқанда жанармайдың әрі қарай жануы z_H нүктесінен кейін, ұлғаю сызығында жалғасады.

      Жану  барысын есептеуді екі кезеңге  бөлуге болады:

      а) -жану барысын термохимиялық есептеу;

      б) -жану барысын термодинамикалық есептеу.

      2.3.1 Жану барысын термохимиялық есептеу

 

      Жану  барысын термохимиялық есептеу  жанармайдың элементарлық құрамын массалық бірлікте (кг) анықтаудан басталады. Сұйық жанармай үшін (бензин және дизельдік жанармай):

      g_С+g_Н+

=1,                                                                           (14)         

      Жанармайдың масса бойынша элементарлық құрамын біле отырып,

      1 кг жанармай толық жануға ауаның  теориялық қажетті мөлшерін  анықтайды:

кг ауа / кг жанармай                                 (15)

немесе

 кмоль ауа / кг жанармай                             (16)  

 

 кмоль ауа / кг жанармай                            

      

      мұнда 0,23 – 1 кг ауадағы оттегінің массалық мөлшері;

      0,208 - 1 кмоль ауадағы оттегінің көлемдік мөлшері;

      g_С, g_Н, – 1 кг жанармайдағы компоненттердің массалық улестері (1-ші кесте);

      1 кг жанармай толық жануға керекті  нақтылы ауаның 
мөлшері , қажетті теориялық мөлшерден өзгеше 
болуы мүмкін және олар ауаның артықтық коэффициенті α-мен 
бағаланады.

      

.                                                                                (17)       

      Бұдан , кг ауа /кг жанармай

      немесе  L=α •L_о,  кмоль ауа/кг жанармай                                         (18)

 

      l=1.5 14.45=21.67 кг ауа /кг жанармай

      L=1.5 0.5=0.75 кмоль ауа/кг жанармай                                       

 

      М₁= α·L_o кмоль жану қосп./кг жан.май.                                           (19)

      М₁=1.55 0.5=0.75   кмоль жану қосп./кг жан.май    

      Қалған  газдардың мөлшері М_r мына тендеуден анықталады

      М_r= γ_r· М₁ , кмоль қал.газ/кг жан.май.                                    (20)

              М_r=0.039 0.75=0.03             

      Жанармай  толық жанғанда, (α≥1) жану өнімдері көмірқышқылы газынан СО₂, су буынан Н₂О, артық оттегінен О₂ және азоттан N₂ тұрады (дизельдерде).

      α³1 болған кезде жанармайдың жану өнімдерінің жеке компоненттерінің мөлшерлері :

     

                   (21)