Толтыру коэффициенті. Жоғарыда айтылғандай беріліс процесінің (толтыру)
сапасы толтыру коэффициентінің шамасымен анықталады.
Толтыру коэффициенті - η
V,
бұл цилиндрге нақты түсетін таза заряд санының
қозғалтқыштың беріліс жүйесіндегі таза заряд қысымы мен температурасында
жұмыстық көлемге сыйуы мүмкін теориялық санына қатынасы, яғни
.
1
Gс
G
V
=
h
(4.8)
мұнда: G
1
- цилиндрге түсетін таза зарядтың нақты саны, кг;
G
0
- қоршаған орта жағдайында жұмыстық көлемге V
h
сыйуы мүмкін таза
зарядтың саны, в кг.
Бензиндік жəне газдық қозғалтқыштарда таза заряд ауа мен отыннан тұрады,
дизельдерде - тек қана ауадан. Бензиндік қозғалтқыштарда ауа бойынша есептелген
толтыру коэффициентінің айырмашылықтары отын ауа қоспасынан тұратын заряд
бойынша есептелген шамасынан аз ғана ерекшеленеді. Сондықтан барлық сұйық отынмен
жұмыс істейтін қозғалтқыштар үшін таза зарядты ауадан тұрады деп есептейміз.
Үрмелеусіз қозғалтқыштардың беріліс процесінде ауа атмосферадан сорылады
жəне оның қысымы мен температурасы Р
0
жəне Т
0
сəйкес.
Үрлемелі төрт жəне екі ырғақты қозғалтқыштарда ауа компрессордан түседі.
Беріліс жүйесіне енуде ауа Р
к
қысымына жəне Т
к
температурасына ие.
121
4.3.3 Толтыру коэффициентінің жалпы теңдеуін шығару
Атмосферадан цилиндрді толтыру шарты үшін жазылған күй теңдеуінен
(үрмелеусіз қозғалтқыштар).
0
0
T
R
V
P
G
O
h
O
×
×
=
a
каб
a
a
r
T
R
V
P
G
G
×
×
=
+
1
немесе
(
)
a
каб
a
a
калд
T
R
V
P
G
×
×
=
+
×
g
1
1
сонда
калд
h
O
O
a
КОС
a
a
O
V
V
P
T
R
T
R
V
P
G
G
g
h
+
×
×
×
×
×
×
=
=
1
1
0
1
R
қос
= R
о
қабылдап жəне келесі теңдеуді есепке алып
1
1
1
1
1
-
=
-
+
=
+
=
+
=
e
e
e
h
c
h
C
h
h
a
V
V
V
V
V
V
V
толтыру коэффициенті үшін аламыз:
- үрмелеусіз төрт ырғақты қозғалтқыштар үшін
)
1
(
1
калд
a
O
O
a
V
T
T
P
P
g
e
e
h
+
×
×
×
-
=
- үрлемелі төрт ырғақты қозғалтқыштар үшін, Т
о
= Т
к
жəне Р
о
= Р
к
болғанда
)
1
(
1
калд
a
к
к
a
V
T
T
P
P
g
e
e
h
+
×
×
×
-
=
- екі ырғақты қозғалтқыштар үшін
)
1
(
1
калд
a
к
к
a
v
v
V
T
T
P
P
g
e
e
h
+
×
×
×
-
=
мұнда: ε
ν
- шынайы сығымдау дəрежесі.
4.3.4 Цилиндрді толтыруға əсер етуші факторлар
Теңдеуден көрінгендей, толтыру коэффициентінің шамасына толтыру процесінің
соңындағы қысым Р
а
жəне температура Т
а
, зарядты қыздыру ΔТ, қалдықты газдар
коэффициенті жəне температурасы Т
r
, сонымен бірге сығымдау дəрежесі ε əсер етеді. Ең
көп əсер етуші
O
a
P
P
немесе
к
a
P
P
шамалары.
Бұл шамалардың мəндері жоғарыда көрсетілгендей, бір қатар факторларға тəуелді.
Қозғалтқыштардың жаңа түрлерін шығаруға дайындалуда қозғалтқышты толтыруға бұл
факторлардың мүмкіндігінше кері əсерін төмендетуге тырысу керек. Беріліс құбырының
ішкі беттерін жақсылап өңдеу жəне оның кішкене айналым санымен рационалды
122
құрылымы беріліс жүйесінің кедергісін төмендетуді қамтамасыз етеді; беріліс құбырын
қыздыруды реттеу мүмкіншілігі карбюраторлық қозғалтқыштарда таза зарядты артық
қыздырудан аластауға мүмкіндік береді.
4.4 Сығымдау процесі
Төрт ырғақты қозғалтқыштарда енгізу клапандары жабылған кейін немесе екі
ырғақты қозғалтқыштарда газ алмасу процесі аяқталғаннан кейін цилиндрде піспектің
ЖМН. қарай қозғалысында сығымдау процесі жүреді.
Сығымдауда заряд қысымы жəне температурасы жоғарлайды. Олардың соңғы
мəндері сығымдау дəрежесіне тəуелді, оны жоғарлатумен циклдың тиімділігі өседі жəне
жылуды пайдалану жақсарады. Отынның өздігінен тұтануы бар қозғалтқыштарда
температураның соңғы мəндері отынның тұтану жəне оның тиімді жануы жүретін
мəндерге ие болуы қажет. Теориялық циклдарда сығымдау процесін адиабата
көрсеткішімен - к
.
жүретін адиабатты процесс деп қарастырады.
Шынайы циклда сығымдау процесі күрделі сипатты (4.4 - сурет) жəне жұмыстық
денемен цилиндр қабырғалары арасында жылу берудің бағыты өзгеруімен бірге жүреді.
Сығымдаудың бірінші кезеңінде цилиндр қабырғаларының, цилиндр головкасының жəне
піспек түбінің температурасы цилиндрге түскен таза заряд температурасынан жоғары (Т
а.з
< Т
қаб
) жəне жылу ағыны қабырғалардан зарядқа бағытталған жəне политропа көрсеткіші
адиабат көрсеткішінен үлкен n> к. Заряд қызған беттермен жанасу есебінен қызады.
Піспек ЖМН. қарай қозғалуда заряд одан əрі сығымдалады жəне қызады, заряд
температурасы Т
а.з
жəне аталған беттердің орташа температурасының Т
қаб
айырмашылығы
азаяды.
4.4 - сурет. Қозғалтқыштың шынайы циклында сығымдау процесінің жүру сипаты
Қандайда бір сəтте (1 нүкте) заряд жəне осы беттер температуралары бірдей
болады (Т
а.з
= Т
қаб
), адиабатты сығымдау процесі жүреді жəне политропа көрсеткіші
адиабат көрсеткішіне n = к тең болады. Піспек ЖМН. одан əрі қарай қозғалуында заряд
тратурасы қабырға температурасынан жоғары (Т
а.з
> Т
қаб
), жылу ағынының бағыты
өзгереді жəне сығымдалған зарядпен беттің қыздырылуы жүреді жəне политропа
P
a
°
V
a
c
P
o
V
h
P
c
V
c
Т
зар
> Т
каб,
п < к
Т
зар
= Т
каб,
п = к
Т
зар
< Т
каб,
п > к
P
123
көрсеткіші адиабат көрсеткішінен n < k төмен болады. Сонымен сығымдау піспек
жүрісінің барлық уақытында айнымалы политропа көрсеткішімен n
с
процесі политропты
болып табылады. Одан əрі Т
а.з
> Т
қаб
шамаларында цилиндр зарядының жылу ағыны
цилиндр қабырғаларына бағытталған жəне политропа көрсеткіші адиабат көрсеткішінен n
< k төмен болады. Жұмыстық циклдың жеңілдетілген есептелуінде тұрақты шартты
орташа политропа көрсеткіші n
с
= соnst қабылданады
4.4.1 Сығымдау процесін сипаттайтын параметрлер
Орташа политропа көрсеткішімен - n
с
сығымдау процесі политропа процесі
бойынша жүреді деп есептеп температура жəне қысымды политропа теңдеуі бойынша
анықтауға болады
const
V
P
c
n
=
×
Диаграмманың а-с аумағы үшін (4.4 - суретті қараңыз)
c
c
n
c
c
n
a
a
V
P
V
P
×
=
×
жəне
a
n
c
a
c
P
V
V
P
c
×
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
=
бірақ
e
=
c
a
V
V
сонымен
Сығымдау қысымы
с
n
e
×
=
a
c
P
P
(4.9)
Сығымдау температурасы
1
-
×
=
с
n
a
c
Т
Т
e
(4.10)
Екі ырғақты қозғалтқыш үшін геометриялық сығымдау дəрежесінің-
e орынына
шынайы сығымдау дəрежесін -
e
v
қояды.
Сығымдау дəрежесін қозғалтқыш типімен, оның тез жүрістілігімен, қоспа түзумен,
үрмелеудің болуы немесе болмауымен анықтайды. Сонымен сығымдау процесін
сипаттайтын негізгі параметрлер:
- сығымдау дəрежесі -
e; - сығымдау процесінің соңындағы қысым -Р
с
;
- сығымдау процесінің соңындағы температура - Т
с
; - сығымдау политропа
көрсеткіші - n
с
.
Сығымдау процесінің жеке параметрлерінің жуық мəндері кестеде берілген.
4.1 - кесте. Сығымдау процесінің жеке параметрлерінің жуық мəндері
Қозғалтқыш типі
Дизельдер
Параметрлер
Сыртқы қоспа
түзумен
Газдық
Үрмелеусіз
үрлемелі
Сығымдау дəрежесі
6
¸9(до 11)
5
¸10
15
¸23
12
¸18
Сығымдау
процесінің
соңындағы қысым
0,9
¸1,5
0,7
¸1,4
2,8
¸6
4
¸ 8
124
Сығымдау
процесінің
соңындағы
температура
550
¸750
480
¸650 700 ¸900
800
¸1100
Сығымдаудың
орташа политропа
көрсеткіші
1,3
¸1.37
1,32
¸1,4
4.5 Қоспа түзу процестері
Отынның толық жəне жалдам жануы үшін оның ауамен ерілген үлесте араласуы
жəне булануы қажет. Дизельдерде бұл мақсат үшін ішкі қоспа түзу қолданылад, онда
цилиндрге отын сығымдау ырғағында бүркіледі жəне цилиндр ішінде отын ауа
қоспасының түзілуін қамтамасыз ететін барлық процестер жүреді. Ұшқынмен тұтатушы
қозғалтқыштарда отынды бүрку беріліс құбырларында немесе головканың беріліс
арнасында жүреді. Құрама қоспа түзуі бар қозғалтқыштарда бар, мысалға газодизелдер,
оларда отынның негізгі бөлігі негізінде газ, енгізу жүйесі арқылы беріледі, ал сұйық
отынның кішкене үлесі цилиндрге бүркіледі жəне тұтануды қамтамасыз етеді. Ішкі жəне
сыртқы қоспа түзу заңдылықтарының көрнікті айырмашылығы бар. Сондықтан оларды
жеке жеке қарастырады.
4.5.1 Ұшқынмен тұтатушы қозғалтқыштарда қоспа түзу тəсілдері
Ұшқынмен тұтатушы қозғалтқыштарда соңғы уақыттарда отынның тікелей
бүркілуі қолданылады.
Крабюраторлық қозғалтқыштармен салыстырғанда отын тікелей бүркілетін
қозғалтқыштар келесі артықшылықтарға ие:
1) əр цилиндрге немесе беріліс құбырына отынды нақты үлеспен бүрку нəтижесінде
əртүрлі цилиндрлерде қоспа құрамының бір тектілігінің жоғары болуы;
2) беріліс трактында кедергінің азаюы салдарынан толтыру коэффициентінің үлкен
мəніне əсер етуші үлкен номиналдық қуат (карбюратордың болмауы, беріліс құбырының
үлкен қимасы);
3) бірдей сығымдау дəрежесінде октанды санның бірлікке төмен отындарды,
сонымен бірге ауыр фракциялық құрамды отындарды қолдану мүмкіншілігі;
4) сығымдау процесі барысында тазартуда отын шығындарынсыз отынды бүркуде
екі ырғақты циклды қолдану мүмкіндігі жəне т.б.
Бензинді бүркудің келесі тəсілдері қолданылады:
1) беріліс процесінің басында, сығымдау процесінің басында немесе оның соңында
қозғалқыш цилиндріне бүрку;
2) Беріліс құбырына (үздіксіз немесе мезгілімен бүрку).
Жеңіл отынды тікелей бүрку қазіргі уақытқа дейін белгілі артықшылықтарына
қарамай шектеулі қолданысқа ие, бұл ауыспалы режимдерде қозғалтқышты реттеудің
қиындығымен түсіндіріледі.
4.5 - суретте қозғалтқышты бензинмен тікелей бүркумен қоректендіру жүйе
сұлбаларының бірі көрсетілген.
125
4.5 - сурет. Қозғалтқышты тікелей бүркумен қоректендіру жүйесінің сұлбасы
Бензин 1 сыйымдылықтан отын сүзгісі арқылы диафрагмалы сорғымен 2 қажетті
бүрку қысымын тудыратын шестеренкалы сорғы 5 орналасқан қалқы камерасына 4 береді.
Бүркудің жұмыстық қысымы берілген қозғалтқыш режиміне сəйкес досселді қалақшадағы
жəне диффузордағы 10 төмен қысым əсерінде болатын автоматты дозатормен 6
орнатылады. Дозатордан 6 бензин жұмыстық қысыммен бөлгішке 7 береді, ал одан 8
құбырлары арқылы енгізу клапаны жанында орналасқан жəне əр цилиндрдің енгізу
түтікшелеріне бензинді үздіксіз бүркитін форсункаға 9 түседі. Бензиннің артығы қалқы
камерасына өткізу құбырларымен қайтарылады.
Берілген жүйеде форсунка арқылы үздіксіз ауамен эмульсияланған отын үздіксіз
бүркіледі. Бүркудің қарқыны беріліс трактындағы төмен қысымға тəуелді. Тəжірибелер
көрсеткіндей, мұндай жүйе режимдердің кең диапазонында қоспаның қажетті құрамын
дайындауды қамтамасыз етеді жəне бүркудің қысымы 0,05-0,15 МПа аралығында өзгереді.
4.5.2 Дизельдерде қоспа түзу тəсілдері
Қоспа түзу процестеріне отынның бүркуі жəне отын жалынының дамуы, қыздыру,
булану, отын буларын қыздыру жəне оларды ауамен араласуы кіреді.
Қоспа түзу отын бүркудің бастапқы сəтінде басталады жəне оның жанып бітуімен
бірге аяқталады. Қоспа түзуді дамыту жəне жетілдіру бүрку мен таралудың
сипаттамаларымен, жану камерасында заряд қозғалыс жылдамдығымен, отын жəне заряд
қасиеттерімен, формасымен, жану камерасы бетінің көлемі жəне температурасымен, жану
камерасы жəне бүріккіштің өзара орналасуымен, сонымен бірге отын ағыны мен зарядтың
өзара бағыттарымен анықталады. Жеке факторлардың əсер ету дəрежесі жану
камерасының түріне тəуелді.
Заманауй қозғалтқыштарда жану камерасының екі типі қолданады:
- Бөлінбеген (бір кеңістікті);
- Бөлінген жану камерасы екі көлемнен тұрады (негізгі жəне көмекші).
126
4.5.3 Бөлінбеген жану камераларында қоспа түзу
Егер жану камерасы көлеміне отын бүркілсе жəне оның тек қана аз бөлігі
қабырғалық қабатқа түссе, онда қоспа түзу көлемді деп аталады.
Көлемді қоспа түзу бір кеңістікті (бөлінбеген) жану камерасында жүзеге асады.
Жану камерасының тереңдігі кішкене жəне өлшемсіз шамамен сипатталатын үлкен
диаметрлі - жану камерасы диаметрінің цилиндр диаметріне қатынасы:
85
,
0
75
,
0
d
жк,
-
=
D
.
Мұндай жану камерасы піспекте орналасады жəне форсунка, жану камерасы жəне
цилиндр өстері сəйкес келеді (4.11 - сурет). Көлемді қоспа түзу отынды қыздыру жəне
буландыру негізінен отын ағынымен жаулап алынған заряд бөлігінің жылу құрамы
есебінен жүреді. Булану жылдамдығы отын буларының серпімділігіне тəуелді
болғандықтан, отын буы отын қасиеттеріне қарамай булану режимінің температурасымен
анықталады, сондықтан отынды сығымдалған ауа көлеміне бөлудің үлкен маңызы бар.
Сығымдалған ауа тұтану жəне жану жағдайларына да əсер етеді.
Қабырғалық қоспа түзу. Жану камераларының кейбір қатарында отын қабырға
аумағына бағытталғанда қабырғалық қоспа түзу жүреді. Мұндай қоспа түзуде жану
камерасы цилиндрмен бір өсте орналасады, ал форсунка жану камерасының шетіне
ығыстырылған, бір немесе екі отын ағыны үшкір бұрышпен жану камерасының сфера
формалы (4.11, г суретті қараңыз) қабырғаларына немесе жану камерасы жанына жəне
қабырға бойына (4.11, д суретті қараңыз) бағытталады. Екі жағдайда да заряд жану
камерасының қабырғалар бойына отын тамшыларын үлестіруге ықпал ететін қарқынды
айналым қозғалысына (зарядтың тангенциалды қозғалыс жылдамдығы 50-60 м/с жетеді)
түсіріледі. Мұндай тəсілде қабырғалық қабатқа отынды бағыттауда жарылысты жануға
дайындалған отын ауа қоспасының мөлшері азаяды, жану цилиндрде қысымның кішкене
жылдамдықтармен өсуімен бірге жүреді, дизель «жұмсақ» жəне төмен шумен жұмыс
істейді. Одан басқа оның əртүрлі фракциалы отындармен жұмыс істеуге үлкен қабілеті
бар болады.
Көлемге отынды бүркуде отынды буландыруға жылу шығындалу себебінен заряд
температурасы (ағын өсі бойына 150- 200°С дейін) көрнікті төмендейді. Бұл жалын алды
реакциялар жылдамдығының төмендеу салдарынан отынның тұтануын қиындатады.
Жоғары температуралық тұтануы жəне жиі жоғары бу түзу жылуына ие жеңіл отындарды
қолдану жағдайларында жалын көлемінің температурасын төмендету тұтанудың
қиындауына, тұтануды кідірту периодын -τ
ί
үлкейтуге алып келу мүмкін, нəтижесінде τ
ί
отын бүрку ұзақтығынан үлкен болады жəне отынның барлық үлесі жарылысты жануға
қатысады. Сонымен бірге цилиндрдегі қысымның максималды шамасы жəне өсу
жылдамдығы қажетсіз үлкен. Тұтану ретсіз немесе мүлдем тоқтап қалу жағдайлары да
болуы мүмкін. Жылдам жəне сенімді тұтануға қол жеткізу үшін сығымдау дəрежесін
жоғарлату зарядтың үлкен тығыздығы болу себебінен отын ағынының жеткіліксіз өту
қауіпін тудырады, үлкен
D
жк
d
мəніндегі жану камерасы жағдайында.
Қабырғалық қабатқа бүркуде ыстық заряд көлеміне барлығы 5-10% отын түседі деп
есептеледі. Мұндай отын мөлшерін қыздыру жəне буландыру заряд температурасын
керекті шамаға дейін төмендетуге əкелмейді. Отынның негізгі бөлігі қабырғада зарядтың
аз көлемі жиналуына байланысты «инертті». Алғашқыда заряд көлеміне түсетін отын
бөлігі тұтанады деп есептеледі. Ары қарай булану жəне ауамен араласу шамасына қарай
қабырға қабаттарына бағытталған жану отынның негізгі бөлігіне таралады. Бірақ қабырға
бөлігіне жəне тікелей қабырғаға бүрку қызбаған дизель қабырғаларының төмен
температурасына байланысты іске қосуды қиындатады. Төмен цетанда отындардың
тұтану қабілетін көрнікті жақсарту сығымдау дəрежесін үлкейтумен қамтамасыз етеді.
Көп отынды арнайы дизельдерде сығымдау дəрежесін жоғарлату қажет болады.
127
Қабырғалық қоспа түзуші жану камералары үшін отын ағынының жеткіліксіз өту
қауіптілігі біршама төмен. Сондықтан сығымдау дəрежесін жоғарлату қоспа түзудің
нашарлауына əсер етпейді.
4.11 - сурет. Бөлінбеген жану камерасының типтері
а - ВТЗ дизельдерінің жарты сфералық типі; б - ЯМЗ жəне АМЗ төрт ырғақты
дизельдерінің типі; в - ЦНИДИ типі; г - МАН дизельдерінің типі; д - «Дойтц» типі; в -
«Гессельман типі, ж - «Даймлер-Бенц» дизельдерінің типі; δ
нз
- піспек үсті саңылауы.
Соңғы жалдары дизельдегі қоспа түзу жəне карбюраторлық қозғалтқыштағы тұтану
əдістері біріктірілген қозғалтқыштар құрылымы жасалуда. Соның ішінде қабырғалық
қоспа түзуші камераларда ұшқынмен тұтатуды қолдану ұсынылған. Осымен сығымдау
дəрежесін төмендету, төменгі жылдамдықтарда жəне жану қысымының жоғары
мəндерінде жоғары октанды бензиндер мен спирттерді пайдалану мүмкіндігіне қол
жеткізіледі.
Қабырғалық қоспа түзу тəсілінде отынды жұқалап бүрку талап етіледі. Бүркудің
максимальды қысымы 40-45 МПа аспайды. Үлкен диаметрлі 1-2 саптама тесіктері
δ
н.з
а)
б)
в)
г)
д)
е)
ж)
128
пайдаланылады.
ЦНИДИ жану камерасында (4.11, в сурет) , құрама көлемді -қабырғалық қоспа түзу
жүреді. Қабырғаға түсуге дейінгі ағынның салыстырмалы аз жолы жəне қабырғаларға
ағынды үшкір бұрышпен беру қабырғалық қоспа түзу жүретін камераларды ЦНИДИ
камерасымен жақындастырады. Аз көлемді дизельдер жағдайында бүркілетін отынның
бірінші үлесі қабырғалық қабатқа ұшып жетеді, ол тұтанудың кідіру преиодында жылдам
жануға дайындалған отын ауа қоспасының санын азайтады. Бұл қысымның төмен
жылдамдықпен өсуінде дизельдің «жұмсақ» жұмыс істеуіне ықпал етеді.
Бұрын қарастырылған жану камераларымен (4.11, а, б, г- ж суретті қара)
салыстырғанда ЦНИДИ камерасын іске қосуда зарядтың айнала қозғалысы болмайды.
Заряд піспекпен оны горловина диаметрі ~0,35 D болатын жану камерасына ығыстыруда
қозғалысқа түседі. Мұнда жану камерасында өсі сызба жазықтығы өсіне перпендикуляр
жазықтықта орналасқан құйын туындайды. Зарядтың қозғалыс жылдамдығы 40- 45 м/с
жетеді. ЦНИДИ камерасында қоспа түзудің қабырғалық қоспа түзуден маңызды
ерекшілігі - піспек үсті кеңістіктен ығыстырылған отын жəне заряд ағындарының қарама
қарсы қозғалысы жану камерасы көлемінде ұшып жүрген отын мөлшерін көбейтуге ықпал
етеді жəне көлемді қоспа түзу прцесімен жақындастырады. ЦНИДИ камерасын
пайдалануда 3-5 саптамлық тесіктер қолданады. Бүркілетін отын параметрлері жану
камерасының параметрлеріне жуық (4.11, а, б сурет).
ЦНИДИ камерасының кемшілігі де қабырғалық қоспа түзуші жану
камераларындағыдай, жану камерасының біршама тереңдігі себебінен піспек
головкасының биіктігі үлкен, цилиндр головкасының, піспектің жəне жану камерасының
жоғары жылу кернеулігі, сонымен бірге үлкен артық ауа қолдануды талап ететін
c
V
жк
V
мəні. ЦНИДИ камерасында биіктікпен форсунканың орналасуы қабырғаға жəне көлемге
түскен отын үлестері арасындағы қатынастарға, дизельдің экономикалық тиімділігіне əсер
етеді. Сондықтан пайдалану процесінде дизельдерді жинақтауда форсункалар орналасуын
биіктікпен өзгертуге рұқсат етілмейді.
Достарыңызбен бөлісу: |