Физика камеры сгорания. Часть 1
Хотелось бы раз и навсегда разобраться в вопросе: что же происходит в камере сгорания?
Начну по порядку:
1. Сложившееся определение:
Камера сгорания — объём, образованный совокупностью деталей двигателя или печи (в последнем случае камера сгорания называется топкой) в котором происходит сжигание горючей смеси или твёрдого топлива. Конструкция камеры сгорания определяется условиями работы и назначением механизма/печи в целом; как правило используются жаропрочные материалы.
Камера сгорания — устройство, предназначенное для организации процесса горения ТВС.
2. Сложившаяся геометрия камеры сгорания:
Камера сгорания в ДВС напрямую связана с рабочим объемом и степенью сжатия. Обычно, именно они определяют объем камеры сгорания.
Определение степени сжатия:
e = (Раб.объем + Объем К.С.) / Объем К.С.
Объем К.С. = Раб.объем / (e — 1)
Итого, говоря простым языком, это тот объем, который возможно заполнить газом в цилиндре, когда поршень в ВМТ.
3. Моё представление о геометрии камеры сгорания:
Не хочу осуждать или обвинять тех, кто заложил это понятие, но я вижу для себя понятие камеры сгорания, как динамическую систему, и создавшееся понятие — это только её часть в определенный момент времени — в ВМТ поршня в такте сжатия.
Мне проще понимать понятие «камеры сгорания», как та область, где происходит сгорание топливно-воздушной смеси. А так как процесс сгорания продолжается гораздо дольше положения поршня в ВМТ, то следует пересмотреть стандартное понятие.
Представим движение поршня в вертикальной плоскости двигателя в виде формулы:
S (t) = R [(1-cos wt) + R/4L (1 — cos 2wt)],
где R — радиус кривошипа, L — длина шатуна, w — частота вращения КВ. В данном случае Sмин — это положение поршня в ВМТ, Sмакс — положение поршня в НМТ.
Раб.объем — это произведение квадрата радиуса диаметра поршня на его полный ход. Объем увеличивается при движении поршня вниз, а уменьшается при движении поршня вверх. Поэтому запишем закон изменения объема:
F(t) = Vр x [(1-cos wt) + R/4L (1 — cos 2wt)]/ 2 + Vр / (e — 1)
Эта функция описывает изменение объема камеры сгорания во времени. Уточню, что стандартное понятие К.С. — это значение данной функции при t = 0, т.е. в ВМТ.
4. Временные критерии существования камеры сгорания.
Предположу, что камера сгорания — явление непостоянное, основываясь на том, что камера сгорания превращается в «камеру сжатия», «камеру впуска», «камеру выпуска» и так далее (Возможно, далее мы рассмотрим и эти понятия). Как определить критерии её существования?
Очевидно, что правильнее определить его так — это то время, когда происходит сгорание. Но вот тут-то и начинаешь запинаться. Насколько мне понятны процессы, происходящие в ДВС, сгорание как таковое не заканчивается при окончании рабочего хода. Более того, такие понятия, как детонация и дизилинг вообще смещают точки начала и конца существования камеры сгорания! Но давайте обратимся к теории четырехтактного ДВС и остановимся на идеальной тепловой машине, у которой сгорание начинается с воспламенения от искры и заканчивается открытием выпускного клапана. Т.е. так ДОЛЖНА работать задумка инженеров, но, к сожалению, не всегда это так.
tначала = t зажигания
tконца = t начала открытия вып клапана
Следовательно, если представить время четырех тактов работы ДВС как период, равный T, при этом КВ совершает два оборота, то время существование камеры сгорания будет равно:
tначала = T x (1/2 — УОЗ/360), где УОЗ — угол опережения зажигания в градусах
tконца = T x (3/4 — уф/360), где уф — фаза открытия выпускного клапана в градусах.
Подробнее о фазах распредвалов можно прочесть, к примеру, здесь:stroy-technics.ru/article/fazy-gazoraspredeleniya
Т.е. формула К.С., описанная выше, с учетом временных интервалов имеет следующий вид:
F(t) = Vр x [(1-cos wt) + R/4L (1 — cos 2wt)]/ 2 + Vр / (e — 1) для t = [ T (t) x (1/2 — УОЗ/360); T (t) x (3/4 — уф/36) )
Если мы рассмотрим двигатель, не имеющим корректировки УОЗ и уф, то так оно и есть, но тогда мы как раз столкнёмся с явлениями детонации и неполным сгоранием смеси при разных частотах обращения КВ. На самом деле, даже при корректировках этих значений на конкретном дискретном цикле, выражение записано правильно (не определены лишь сами значения УОЗ и уф). При этом мы учитываем, как писалось выше, идеальную машину, в которой происходит полное сгорание смеси при данных УОЗ и уф. При этом важно помнить, что состав смеси так же влияет на эти процессы, но об этом будем рассуждать позже.
Что ещё мы упустили при описании камеры сгорания? В нашей формуле частота постоянна — и это огромное упущение! Ведь именно в момент существования камеры сгорания происходит ускорение частоты вращения коленчатого вала и его замедление, если мы меняем количество топливо-воздушной смеси (ТВС). Исключение составляет лишь движение с постоянной скоростью или работа ДВС на холостом ходу, хотя даже в этом случае, как мне кажется, небольшое увеличение частоты происходить должно для компенсации потерь в остальных режимах, хотя эти флуктуации и гасятся маховиком, выполняя функцию «конденсатора» инерции.
Т.е. ещё одним параметром, зависящим от времени, является частота вращения КВ. Кроме того, период вращения КВ — есть обратная функция частоты, поэтому перепишем выражение:
F(t) = Vр x [(1-cos w(t) t) + R/4L (1 — cos 2w(t) t)]/ 2 + Vр / (e — 1) для t = [ T (t) x (1/2 — УОЗ/360); T (t) x (3/4 — уф/36) )
5. Частота вращения коленчатого вала.
Частота вращения коленчатого, равно как и период, являются основополагающими для работы ДВС. Они зависят от состава, количества и времени впуска топливо-воздушной смеси, от УОЗ, от начала и окончания фаз выпуска, от разряжения или давления в выпускной системе, от момента перекрытия клапанов, от массы и балансировки маховика, от длины шатуна, диаметра поршня, от их масс и состава материалов и, конечно же, нагрузки на двигатель. Возможно, далее я отчаюсь на попытку осознания полного выражения для частоты, но в данный момент меня интересует физика камеры сгорания, поэтому запомним выражение для камеры сгорания, а далее рассмотрим только процессы для К.С., т.е. мы будем иметь начальную частоту и понимать, как она меняется во время существования К.С.
Расчет объема камеры сгорания
Во второй половине XIX века произошли события, приведшие впоследствии к появлению наиболее массового средства передвижения – автомобиля. В 1860г. французский механик Этьен Ленуар создал первый двигатель внутреннего сгорания. Однако этот двигатель во многом уступал паровым машинам того времени. Существенно повысить его эффективность удалось механику из Кельна Августу Отто, построившему в 1862г. четырехтактный двигатель внутреннего сгорания со сжатием горючей смеси.
Отто понадобилось 15 лет, чтобы сконструировать работоспособный двигатель. Однако этот двигатель работал на газе, был тихоходным и тяжелым, из-за чего получил применение лишь в стационарных условиях. Только перевод двигателя внутреннего сгорания на жидкое топливо открыл ему широкую дорогу на транспорте. Такой двигатель был создан в 1881г. техническим директором завода Отто в г. Дойце Готтлибом Даймлером.
Претерпев значительные конструктивные изменения, постоянно совершенствуясь, двигатели Отто с принудительным искровым воспламенением и до настоящего времени остались наиболее массовой силовой установкой автомобиля.
В данной контрольной работе необходимо рассмотреть тепловой расчет автомобильного двигателя, определить основные параметры рабочего процесса двигателя. Также необходимо определить индикаторные и эффективные показатели работы двигателя и построить индикаторную диаграмму.
Исходные данные для выполнения контрольной работы приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Исходные данные
| Тип двигателя | дизельный |
| Степень сжатия, ε | 14,5 |
| Максимальное давление, P z, МПа | 6,7 |
| Частота вращения коленчатого вала двигателя, n, об/мин | 3800 |
| Число цилиндров двигателя, i | 6 |
| Диаметр цилиндра, dц, м | 0,095 |
| Ход поршня, S, м | 0,102 |
| Длина шатуна, l ш, м | 0,26 |
Расчет объема камеры сгорания
Объем камеры сгорания определяется по формуле:
, (1.1)
где Vc – объем камеры сгорания двигателя, м 3 ;
Vh – рабочий объем цилиндра, м 3 ;
e – степень сжатия; e = 14,5.
Рабочий объем цилиндра определяется по формуле:
, (1.2)
где Fп – площадь поршня, м 2 ;
S – ход поршня, S = 0,102 м.
Fп = π D 2 / 4, (1.3)
где D – диаметр поршня, D = 0,095 м.
Площадь поршня согласно формуле (1.3) составит:
Fп = 3,14 · 0,095 2 / 4 = 0,708 · 10 – 2 м 2 .
Рабочий объем цилиндра согласно формуле (1.2) равен:
Vh = 0,708 · 10 – 2 × 0,102 = 0,723 · 10 – 3 м 3 .
Объем камеры сгорания равен:
Vc = 0,723 · 10 – 3 / (14,5 – 1) = 0,054 · 10 – 3 м 3 .
Объем цилиндра в точках » а » и » b » индикаторной диаграммы для четырехтактного двигателя:
, (1.4)
где Vа, Vв – объем цилиндра в точках » а » и » b » индикаторной диаграммы
Vа = Vв = 0,054 · 10 – 3 + 0,723 · 10 – 3 = 0,777 · 10 – 3 м 3 .
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Об этом полезно знать:
Понятие, состав и структура персонала предприятия Трудовые ресурсы и производительность труда. Основные понятия.
Расчет страхового возмещения Величина, условия и метод страхового возмещения зависят от системы страховой ответственности.
Общие и частные технологии социальной работы Технология – совокупность некоторых действий по обработке некоторого исходного материала с целью получения желаемого.
Устройство, принцип работы и регулировки зерновой сеялки СЗ-3,6А Для сева колосовых на зерно используют в большей степени зерновые сеялки СЗ-3,6А, СЗ-5,4, СЗ-10,8 и их модификации.
Социология как наука Социология – это наука изучающая общество как целостную систему.
Сейчас читают про:
В этом мире есть только две силы – меч и дух. В конечном счете дух всегда одержит победу над мечом. © Наполеон ==> читать все изречения.
Расчет объема камеры сгорания
Во второй половине XIX века произошли события, приведшие впоследствии к появлению наиболее массового средства передвижения – автомобиля. В 1860г. французский механик Этьен Ленуар создал первый двигатель внутреннего сгорания. Однако этот двигатель во многом уступал паровым машинам того времени. Существенно повысить его эффективность удалось механику из Кельна Августу Отто, построившему в 1862г. четырехтактный двигатель внутреннего сгорания со сжатием горючей смеси.
Отто понадобилось 15 лет, чтобы сконструировать работоспособный двигатель. Однако этот двигатель работал на газе, был тихоходным и тяжелым, из-за чего получил применение лишь в стационарных условиях. Только перевод двигателя внутреннего сгорания на жидкое топливо открыл ему широкую дорогу на транспорте. Такой двигатель был создан в 1881г. техническим директором завода Отто в г. Дойце Готтлибом Даймлером.
Претерпев значительные конструктивные изменения, постоянно совершенствуясь, двигатели Отто с принудительным искровым воспламенением и до настоящего времени остались наиболее массовой силовой установкой автомобиля.
В данной контрольной работе необходимо рассмотреть тепловой расчет автомобильного двигателя, определить основные параметры рабочего процесса двигателя. Также необходимо определить индикаторные и эффективные показатели работы двигателя и построить индикаторную диаграмму.
Исходные данные для выполнения контрольной работы приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Исходные данные
| Тип двигателя | дизельный |
| Степень сжатия, ε | 14,5 |
| Максимальное давление, P z, МПа | 6,7 |
| Частота вращения коленчатого вала двигателя, n, об/мин | 3800 |
| Число цилиндров двигателя, i | 6 |
| Диаметр цилиндра, dц, м | 0,095 |
| Ход поршня, S, м | 0,102 |
| Длина шатуна, l ш, м | 0,26 |
Расчет объема камеры сгорания
Объем камеры сгорания определяется по формуле:
, (1.1)
где Vc – объем камеры сгорания двигателя, м 3 ;
Vh – рабочий объем цилиндра, м 3 ;
e – степень сжатия; e = 14,5.
Рабочий объем цилиндра определяется по формуле:
, (1.2)
где Fп – площадь поршня, м 2 ;
S – ход поршня, S = 0,102 м.
Fп = π D 2 / 4, (1.3)
где D – диаметр поршня, D = 0,095 м.
Площадь поршня согласно формуле (1.3) составит:
Fп = 3,14 · 0,095 2 / 4 = 0,708 · 10 – 2 м 2 .
Рабочий объем цилиндра согласно формуле (1.2) равен:
Vh = 0,708 · 10 – 2 × 0,102 = 0,723 · 10 – 3 м 3 .
Объем камеры сгорания равен:
Vc = 0,723 · 10 – 3 / (14,5 – 1) = 0,054 · 10 – 3 м 3 .
Объем цилиндра в точках » а » и » b » индикаторной диаграммы для четырехтактного двигателя:
, (1.4)
где Vа, Vв – объем цилиндра в точках » а » и » b » индикаторной диаграммы
Vа = Vв = 0,054 · 10 – 3 + 0,723 · 10 – 3 = 0,777 · 10 – 3 м 3 .
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Расчет рабочего объёма двигателя
Определить объем двигателя можно обычным калькулятором, зная параметры цилиндра и поршня. Но посчитать рабочий объем в см³ нашим калькулятором, в режиме онлайн, будет намного проще и быстрее, тем более, если вам расчеты нужны, дабы узнать мощность двигателя, поскольку эти показатели напрямую зависят друг от друга.
Формула расчета цилиндра известна еще со школьной программы – объем равен произведению площади основания на высоту. И для того чтобы вычислить объем двигателя автомобиля либо мотоцикла также нужно воспользоваться этими множителями. Рабочий объём любого цилиндра двигателя рассчитывается так:
V=πr²h где,
h — длина хода поршня мм в цилиндре от ВМТ до НМТ (Верхняя и Нижняя мёртвая точки)
r — радиус поршня мм
п — 3,14 не изменное число.
Как узнать объем двигателя.
Для расчета рабочего объема двигателя вам будет нужно посчитать объем одного цилиндра и затем умножить на их количество у ДВС. И того получается:
Vдвиг = число Пи умножено на квадрат радиуса (диаметр поршня) умноженное на высоту хода и умноженное на кол-во цилиндров.
Поскольку, как правило, параметры поршня везде указываются в миллиметрах, а объем двигателя измеряется в см. куб., то для перевода единиц измерения, результат придется разделить еще на 1000.
Заметьте, что полный объем и рабочий, отличаются, так как поршень имеет выпуклости и выточки под клапана и в него также входить объем камеры сгорания. Поэтому не стоит путать эти два понятия. И чтобы рассчитать реальный (полный) объем цилиндра, нужно суммировать объем камеры и рабочий объем.
Объем двигателя внутреннего сгорания очень часто также могут называть литражом, поскольку измеряется как в кубических сантиметрах (более точное значение), так и литрах (округленное), 1000 см³ равняется 1 л
Расчет объема ДВС калькулятором
Чтобы посчитать объем интересующего вас двигателя нужно внести 3 цифры в соответствующие поля, — результат появится автоматически. Все три значения можно посмотреть в паспортных данных автомобиля или тех. характеристиках конкретной детали либо же определить, какой объем поршневой поможет штангенциркуль.
Таким образом, если к примеру у вас получилось что объем равен 1598 см³, то в литрах он будет обозначен как 1,6 л, а если вышло число 2429 см³, то 2,4 литра.
Также замете, что при одинаковом количестве цилиндров и рабочем объеме двигатели могут иметь разный диаметр цилиндров, ход поршней и мощность таких моторов так же будет разной. Движок с короткоходными поршнями очень прожорлив и имеет малый КПД, но достигает большой мощности на высоких оборотах. А длинноходные стоят там, где нужна тяга и экономичность.
Следовательно, на вопрос «как узнать объем двигателя по лошадиным силам» можно дать твердый ответ – никак. Ведь лошадиные силы хоть и имеют связь с объемом двигателя, но вычислить его по ним не получится, поскольку формула их взаимоотношения еще включает много разных показателей. Так что определить кубические сантиметры двигателя можно исключительно по параметрам поршневой.
Зачем нужно проверять объем двигателя
Чаще всего узнают объем двигателя когда хотят увеличить степень сжатия, то есть если хотят расточить цилиндры с целью тюнинга. Поскольку чем больше степень сжатия, тем больше будет давление на поршень при сгорании смеси, а следовательно, двигатель будет более мощным. Технология изменения объема в большую сторону, дабы нарастить степень сжатия, очень выгодна — ведь порция топливной смеси такая же, а полезной работы больше. Но всему есть свой предел и чрезмерное её увеличение грозит самовоспламенением, вследствие чего происходит детонация, которая не только уменьшает мощность, но и грозит разрушением мотора.
Адрес:
ул. Бабушкина, 2А, Орехово-Зуево, Московская обл., 142601