Бақылау сұрақтары мен тапсырмалар

1.Сығылу көлемі цилиндрдің қайсы бөлігінде орналасқан?

2..Қозғалтқыштың сығу дәрежесі дегеніміз.

3..Дизельді және карббраторлы қозғалтқыштардың сығу дәрежесінде қандай өзгешеліктер бар?

4.Сығылу процесінің атқаратын қызметін айтып беріңіз.

5.Сығу дәрежесі қандай шаманы көрсетеді?

6.Сығу дәрежесін дизельді қозғалтқыштарда 7-8-ге дейін азайтуға болады ма?

7.Карбюраторлы қозғалтқыштарда сығу дәрежесін 16-ға дайін көтеруге болады ма?

8.Сығылу процесі термодинамиканың қандай теориялық процесіне жатады?

9.Двигательдегі нақты сығылу процесі қандай термодинамикалық процесс болады және оның теориялық процестен айырмашылығы?

10.Сығылу процесінің соңындағы газ қысымы қандай заңдылықпен анықтайды?

11.Сығылу процесінің соңындағы сығылған газдың температурасын анықтап беріңіз.

12.Цилиндр ішінде сығу кезінде болатын политроптық процестің көрсеткішін қалай есептеп табады?

2 сұрақ.Жану процесі. Қозғалтқыштардың индикаторлық көрсеткіштері.

Қозғалтқыштардың индикаторлық көрсеткіштері.Қозғалтқыштардың индикаторлық көрсеткіштері деп олардың нақты процестерінің сырттағы басқа болатын жағдайларды есепке алмай тұрған кездегі көрсеткіштерін айтады. Мысалы, қозғалтқыштың қозғалатын бөлшектеріндегі үйкеліс құбылысын есепке алмай тұрып, оның қуатын, пайдалы әсер коэффициентін т.с.с. анықталған басқа көрсеткіштері индикаторлық көрсеткіштеріне жатады. Осы индикаторлық көрсеткіштер арқылы көбінесе қозғалтқыштардың термодинамикалық процестерін бағалайды. Сондықтан да сол көрсеткіштерді анықтау қажет болады. Сол индикаторлық көрсеткіштерді анықтау үшін төмендегі мәселелерді қарастырамыз.

Жану процесі- қозғалтқыштың сору мен ұлғаю процестерінің аралығында болатын процесс. Бұл кезде цилиндр ішінде өте күрделі құбылыстар пайда болады және олардың құбылу заңдылықтары да әр түрлі жолмен жүреді. Мысалы, карбюраторлы қозғалтқыштарда поршень ЖШН-ге келген кезде, жаңғыш қоспа лезде жанып бітеді де, жану процесі газдың тұрақты көлемінде болад, яғни изохорлық процесс бойынша өтеді. Ал дизельді қозғалтқыштарда бұл процесс поршень ЖШН-ге жеткенше жанғыш қоспаның бір бөлігі жанады да, содан кейін поршень ЖШН-нен өтіп кеткеннен кейін жанғыш қоспаның қалған бөлігі жанады. Сөйтіп, дизельді қозғалтқыштарда жану процесі алғаш изохорлық процестің, содан кейін изобаралық процестің заңдылығы бойынша жүреді. Олай болса, жану процесі кезіндегі газдың көрсеткіштерін осы құбылыстарды есепке ала отырып анықтау қажет болады.

Жану процесі ауа мен сұйық жанар майдың араласу сапасына байланысты жүреді. Ал олардың араласу сапасы әрқайсысының араласуға қатысатын мөлшерлеріне тікелей тәуелді. Ауа мен жанармай араласып жану кезінде химиялық тотығу реакцияс жүреді, ал сол реакцияға түсетін әрбір химиялық элемент тиісті мөлшермен ғана реакцияға түсе алады. Сондықтан алдымен сұйық бір мөлшері жануы үшін қанша ауа қажет болатындығын анықтау қажет. Оны ауаның қажетті теориялық мәні (L₀ ) деп атайды. Оның мәнін жанармай құрамындағы химиялық элементтердің мөлшеріне қарай анықтауға болады.

Қазіргі автомобиль қозғалтқыштарында пайдаланылып жүрген сұйық жанармайдың екі түрі бар: бензин және дизельдік жанармай. Олардың құрамында негізінен үш түрлі химиялық элементтер болады. Олар көміртегі ( С ), сутегі (Н) және оттегі ( О ). Химиялық тотығу реакциясы бойынша көміртегінің 1 кг массасына 8/3 кг оттегі, ал сутегінің 1 кг мөлшеріне 8 кг оттегі қажет болады екен. Ал сұйық жанармай құрамындағы оттегі сырттағы келген ауамен қосылып көміртегі мен сутегін тотықтандыруға қатысады. Сонымен сұйық жанармай жануы үшін ауаның құрамынан тек оттегі ғана пайдаланылады екен, ал ауадағы оның мөлшері шамамен 23% ғана. Қалғаны азот пен көмір қышқыл газынан құралады және олар тотығу реакциясына қатыспайды.

Енді осы айтылған тотығу реакциясы бойынша қажетті ауа мөлшерін анықтасақ, ол ауаның қажетті теориялық мәні (L₀) болады. Олай болса,

L₀=(1/23)[(8/3)g_c+8g_H-g₀]

мұндағы: g_c,g_H,g_o- сұйық жанармай құрамындағы, осыларға сәйкес, көміртегінің, сутегінің, оттегінің массалық үлестері. Қазіргі қолданылып жүрген сұйық жанармайлар үшін олардың шамалары мына төмендегідей болады: бензин үшін – g_c=0,85 кг; g_H=0,15 кг; g_H =0 кг, ал дизельдік жанармай үшін -g_c=0,86 кг; g_H=0,13 кг; g_H=0,01 кг.

Осылайша ауаның қажетті теориялық мәнін есептесек бензин үшін L₀=15,0 кг, ал дизельді жанармай үшін L₀=14,4 кг болады. Ал ауаның теориялық қажетті мәнін салмақпен емес мольдік мөлшермен анықтау үшін табылған салмақтық мөлшерді ауаның молекулярлық массасына бөлсек болғаны, яғни бензин үшін L₀=15/29,дизельдік жанармай үшін L₀=14,4/29 кмоль болады. Қозғалтқыштың нақты жұмысы кезінде ауаның теориялық қажетті мәні үнемі өзгеріп отырады. Себебі қозғалтқыштың эксплуатациялық көрсеткіштерінің шамасын өзгертіп реттеп отыру үшін дизельді қозғалтқыштарда сапалық, ал карбюраторлық қзғалтқыштарда сандық реттеулер қолданылады. Олардың мағыналары мынандай: дизельді қозғалтқыштарда цилиндр ішіне белгілі бір мөлшердегі ауа сорылып келеді. Оның мөлшері реттелмейді. Сондықтан да оның мөлшерін тұрақты деп есептеуге болады. Ал ауаның сол белгілі тұрақты мөлшеріне әр түрлі мөлшерде сұйық жанармай беріледі. Мұны сапалық реттеу деп атайды. Өйткені ауаның тұрақты мөлшеріне әр түрлі жанармай қосылғандықтан жанғыш қоспаның сапасы әр түрлі болады. Карбюраторлы қозғалтқыштарда сандық реттеулер қолданылады, яғни карбюраторда жасалынған дайын жанғыш қоспаның тиісті бір мөлшерін ғана цилиндр ішіне жібереміз де, оның қозғалтқыштың эксплуатациялық көрсеткіштерін өзгертеміз. Бірақ бұл кезде де жанғыш қоспаның сапасын, карбюратодағы әр түрлі қосалқы қондырғылардың көмегімен сұйық жанармай мөлшерін реттеп отырады. Сонда: ɑ=L_Փ/L₀,

мұндағы L_Փ мен L₀ – жануға қатысқан нақты ауа мөлшнрі мен жануға қажетті ауаның теориялық мәні. Осы анықталған ауа қатынасының коэфиценті (α) арқылы жанғыш қоспаның сапасын үш түрге бөледі. Олар: α=1,0 кезіндегі - қалыпты жанғыш қоспа; α<1,0 болса- байытылған жанғыш қоспа; α>1,0 болса- байытылмаған жанғыш қоспа. Қозғалтқыштар тиімді жұмыс істеуі үшін көбінесе аздап байытылмаған қоспаны пайдаланады, ал қозғалтқыштың уақытша қуатын арттыру қажет болған жағдайларда ғана аз уақытқа жанғыш қоспаның қалыпты немесе байытылған сапасын пайдаланады. Сонымен бұл коэффиценттің (α) жану процесіне тигізетін әсері үлкен. Цилиндр ішінде жанғыш қоспа жанып болғаннан кейін химиялық реакция әсерінен түзілген газдың құрамы да, мольдік мөлшері де өзгереді, яғни түзілген газ (M ₂) бен қалдық газдың (M_r) мольдік мөлшері цилиндр ішіне алғаш толтырылған жанғыш қоспа мен (M ₁) қалдық газдың (M_r) мольдік мөлшерінен артылып кетеді екен. Жану процесі кезіндегі бұл құбылысты газдың молекулярлық өзгеріс кэффициенті (β) арқылы есептейді, яғни бұл коэфициент жанғанға дейін газ мөлшерінің жанғаннан кейін неше есе өзгергендігін көрсетеді. Ендеше оның мәні мына формуламен анықталады: β=(M₂+M_r)/(M₁+M_r).

Осы құрылған формуладағы бөлшектің алымын да, бөлімін де M₁ мүшесіне бөліп, γ=M_r/M₁ екенін есепке ала отырып, әрі қарай ықшамдасақ, онда β=( β₀+ γ_r)/(1+ γ_r) болады.

мұндағы β₀=M₂/M₁ – цилиндр ішінен шыққан газбен алғаш кірген газдың мольдік мөлшерлерінің қатынасын көрсетеді. Жанғаннан кейін газдың температурасы көтерілгендіктен және молекулярлық мөлшері артқаннан кейін ондаы қысым да көбейеді. Оны қысымның көтерілу дәрежесі коэффицентімен (λ) бағалайды. Оның мәні: λ=P₂/P_c қатынасымен табылады. Мұндағы P₂ жанғыш газдың қысымы, оның мәні төменде анықталады. Осыған қосымша, жоғарыда айтылғандай, дизельді қозғалтқыштарда жану процесі алдымен изохорлық, артынан изобаралық процестер арқылы жүретіндіктен, жанғыш газдың көлемін де алдын ала ұлғайтады. Бұл құбылысты газдың алдын ала ұлғаю коэффициенті (S) арқылы есепке алады. Сонда: S=V₂/V_c,

мұндағы V₂ пен V_c- газдың жанғаннан кейінгі және жанар алдындағы алып тұрған көлемдері. Осылыйша жану процесінен мағлұмат алғаннан кейін, енді оның негізгі көрсеткіштерін анықтау керек. Ол үшін термодинамиканың бірінші заңдылығын пайдалануға болады. Сол заң бойынша цилиндр ішінде жанған газдың жылуы оның жану процесі кезіндегі ішкі энергиясының көбею мөлшеріне тең болады. Бұл теңдеуді жану процесінің теңдеуі деп атайды. Сол теңдеу бойынша: H_И=mc_v/(M₂+M_r)T_z/-mc_v(M₁+M_r)T_c+A(P_zV_z-P_zV_z/),

мұндағы : H_И – жанудың төменгі мөлшердегі жылуы;

mc_v/ - жанып біткен газдың орташа мольдік жылу сыйымдылығы;

mc_v – жанар алдындағы жанғыш қоспаның орташа мольдік жылу сыйымдылығы;

А-жұмыстың жылулық эквиваленті.

Бұл жану процесінің теңдеуіндегі бірінші мүше жану процесінің соңғы кезіндегі газдың ішкі энергиясын, екінші мүше- жану процесінің алдындағы газдың ішкі энергиясын, яғни изохорлық процесс кезіндегі газдың ішкі энергиясының өзгерісін, ал соңғы мүшесі газдың изобаралық ұлғаю процесі кезіндегі газдың ішкі энергиясының өзгерісін көрсетеді. Енді осы теңдеуді біраз өрнектей отырып, жану процесінің соңғы кезіндегі дизельді қозғалтқыш үшін газдың температурасын табуға болады. Сонда:T_z/=1/β_mc^/_p

Ал карбюраторлы қозғалтқыш үшін жану процесінің соңындағы температураны табу үшін, сол процестің дизель үшін қаралған изобаралық процесс болмайтындығын есепке алу қажет. Сонда:T_z/=1/β_mc^/_p

Жану процесінің негізгі қажетті көрсеткіштерінің бірі- ол жану процесінің соңғы кезеңіндегі газ қысымы (Р_z) болып табылады. Оны анықтау үшін жану процесінің басталған кезі мен аяқталған кезіндегі газ күйінің теңдеуін бірге шешеміз, яғни:

P_zV_z/=R(M₂+M_r)T_z/; P_cV_c=R(M₁+M_r)T_c.

Енді жоғарғы теңдеуді төменгі теңдеуге бөліп, газдың молекулярлық өзгеру коэффициентін (β) еске ала отырып, әрі қарай өрнектесек мына теңдеуді аламыз:

(P_zV_z/)/(P_cV_c)=β(T_z//T_c).

Олай болса, іздеп отырған жану процесінің соңғы кезіндегі дизельді қозғалтқыштар үшін газ қысымын осылай анықтау онша қиын болмайды, яғни:

Р_z=P_c

Карбюраторлы қозғалтқыштар үшін жану прцесінің соңғы кезіндегі газ қысымын сондағы жүретін жану процесінің ерекшілігін ескере отырып анықтаймыз, яғни бұл кезде, жоғарыда айтылғандай, алдын ала ұлғаятын изобаралық процесс болмайды, ал жанғыш газдың температурасы жану процесінің соңындағы газ күйінің температурасымен анықталады. Олай болса, дизельді қозғалтқыштар үшін табылған газ қысымының өрнегіндегі

T_z/- температураны крбюраторлы қозғалтқыштың T_z-температурасына алмастырамыз және алдын ала ұлғаю коэфициентін p=1,0 деп қабылдаймыз. Сонда: P_z=P_cβ

Осы жоғарыдағы көрсетілген теориялық жолмен анықталған жану процесінің көрсеткіштері қозғалтқыштағы нақты жүретін жану процесінің көрсеткіштерінен аздап алшақтау болуы мүмкін. Оның негізгі себебі, жоғарыда басқа процестерді қарастырғанда айтылғандай, қозғалтқышта жүретін таза изохорлық, изобаралық немесе адиабаттық процестер болмайды. Оның жұмыс істеген кезінде онда аралас процесс, яғни политроптық процесс жүреді. Соның салдарынан жоғарыда көрсетілген айырмашылықтар болуы ешбір қателікке жатпайды. Ал төменде сол алшақтауларды азайтудың кейбір мүмкіндіктері айтылады.

Қозғалтқыштардың жұмысы кезіндегі жүретін нақты процесс ауа қатынасының коэффициентіне α тікелей байланысты болады. Егер бұл коэффициент α<1,0 болса, онда сұйық жанармай толық жанбайды да, бөлінуге тиісті жылу мөлшері бөлінбейді. Олай болса, жану процесінің барлық көрсеткіштері өзгеше болып шығады. Сондықтан жылуды пайдалану коэффициентін (ξ) есепке алуымыз керек. Сонда жанған кездегі бөлінетін жылу жанудың төменгі мөлшердегі жылуы (Н_И) мен осы коэффициенттің көбейтіндісіне тең болады. Ендеше дизельді қозғалтқыштағы жану процесінің соңындағы температураны анықтайтын формулаға осы айтылған өзгерісті енгізу керек. Ал карбюраторлы қозғалтқышта барлық бөлінетін жылуды Н= ξ(Н_и- Н_и) жану процесінің соңғы кезіндегі температураның формуласындағы төменгі мөлшердегі жылудың (Н_и) орнына қою керек. Мұндағы жылудың шығынын жуықтап мына формуламен анықтайды: Н_и=119·10³(1-α)L_0.

Қозғалтқыштағы нақты процеске қатысатын жанғыш қоспаның да мольдік массасы ауаның қатынас коэффициентіне (α) байланысты анықталуға тиіс. Себебі ауаның мөлшеріне қарай қоспаныңда сапасы өзгергендігін жоғарыда айтқанбыз. Олай болса, M₁=L₀α+1/m, мұндағы m_t=110-120 сұйық жанармайдың молекулярлық массасы.

Осылайша қарастырып отырған қозғалтқыштардағы процестерге әрбір тиісті жағдайға байланысты өзгертулер енгізіп отыруға болады.