Процесс впуска в двигателях – Процесс впуска

Процесс впуска

Категория:

   Автомобили и трактора

Публикация:

   Процесс впуска

Читать далее:

Процесс впуска

Процесс впуска в двигателях предназначен для наполнения цилиндра горючей смесью в двигателях с внешним смесеобразованием или одним воздухом — в двигателях с внутренним смесеобразованием.

Основой этого процесса является создание условий, при которых в цилиндр двигателя будет введено наибольшее возможное количество горючей смеси или воздуха. В этом случае при хорошо про -текающем процессе сгорания можно увеличить мощность двигателя и улучшить его экономичность.

Количество горючей смеси или воздуха, поступающее в цилиндр за время его наполнения, зависит от ряда факторов, основными из которых являются: гидравлическое сопротивление трубопроводов при впуске и выпуске; подогрев горючей смеси или воздуха от соприкосновения с горячими деталями двигателя; наличие в цилиндре к началу наполнения горючей смесью или воздухом остаточных (отработавших) газов от предыдущего цикла.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Перед началом процесса впуска в цилиндре остается некоторое количество отработавших газов. Эти газы в четырехтактном двигателе находятся в объеме камеры сжатия с давлением выше атмосферного и имеют температуру значительно выше температуры поступающей горючей смеси или воздуха. При движении поршня от ВМТ до НМТ остаточные газы расширяются до того момента, пока их давление не сравняется с атмосферным, после чего начинается поступление горючей смеси или воздуха в цилиндр при давлении ниже атмосферного вследствие наличия гидравлических сопротивлений во впускном трубопроводе двигателя.

В двухтактных двигателях процесс впуска производится за счет принудительной (под давлением) подачи горючей смеси или воздуха во время процесса продувки.

Из индикаторной диаграммы (рис. 264, а) видно, что при отсутствии наддува линия впуска га лежит всегда ниже атмосферной и наибольшее разрежение получается около середины хода поршня, т. е. при максимальном значении скорости поршня. К концу впуска давление в цилиндре несколько повышается благодаря динамическому напору, создаваемому силами инерции поступающего заряда.

Влияние отработавших газов на наполнение двигателя характеризуется коэффициентом остаточных газов. Коэффициент остаточных газов уТ есть отношение количества оставшихся в цилиндре от предыдущего цикла газов к количеству поступившего свежего заряда горючей смеси или воздуха. ут = МТ1М,А. Этот коэффициент определяет степень загрязненности горючей смеси (заполняющей цилиндр в конце впуска) остаточными газами. В четырехтактных карбюраторных двигателях, где применяются сравнительно низкие степени сжатия, объем камеры сгорания при положении поршня в ВМТ больший, чем у дизельных двигателей. Поэтому у этих двигателей при полностью открытой дроссельной заслонке уг = 0,06 — 0,16, а в дизельных двигателях ут = 0,03 — 0,06. В двухтактных двигателях степень очистки цилиндра зависит от применяемой схемы продувки. При кривошипно-камерной продувке уг доходит до 0,5. В таких Двигателях не удается достигнуть высоких мощностных показателей из-за малого наполнения цилиндра.

Рис. 264. Индикаторные диаграммы:
а — впуска; б — сжатия; в — сгорания и расширения; г — выпуска

Температура рабочей смеси в конце наполнения Та представляет собой температуру горючей смеси или воздуха, подогретого от горячих стенок цилиндра, и температуру остаточных газов Тт от предыдущего цикла.

Из опытных данных известно, что коэффициент наполнения практически не зависит от степени сжатия. Хотя при изменении степени сжатия и меняются условия протекания наполнения цилиндра двигателя, но при этом влияние отдельных факторов на взаимло компенсируется.

Для увеличения коэффициента наполнения необходимо увеличить диаметр цилиндра, что дает возможность разместить клапаны большего диаметра, которые позволят уменьшить скорость заряда при впуске, а следовательно, и гидравлические потери. Повышение т)у может быть достигнуто за счет применения клапанов с верхним расположением и правильным выбором фаз газораспределения. Величина цу при частоте вращения коленчатого вала, соответствующей максимальной мощности двигателя, колеблется в пределах: для карбюраторных двигателей 0,7—0,85, для дизельных 0,75—0,90.

Рекламные предложения:

Читать далее: Процесс сжатия

Категория: — Автомобили и трактора

Главная → Справочник → Статьи → Форум

stroy-technics.ru

Процесс впуска в двигателях | Авто Брянск

Процесс впуска в двигателях предназначен для наполнения цилиндра горючей смесью в двигателях с внешним смесеобразованием или одним воздухом — в двигателях с внутренним смесеобразованием.

Основой этого процесса является создание условий, при которых в цилиндр двигателя будет введено наибольшее возможное количество горючей смеси или воздуха. В этом случае при хорошо про -текающем процессе сгорания можно увеличить мощность двигателя и улучшить его экономичность.

Количество горючей смеси или воздуха, поступающее в цилиндр за время его наполнения, зависит от ряда факторов, основными из которых являются: гидравлическое сопротивление трубопроводов при впуске и выпуске; подогрев горючей смеси или воздуха от соприкосновения с горячими деталями двигателя; наличие в цилиндре к началу наполнения горючей смесью или воздухом остаточных (отработавших) газов от предыдущего цикла.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Перед началом процесса впуска в цилиндре остается некоторое количество отработавших газов. Эти газы в четырехтактном двигателе находятся в объеме камеры сжатия с давлением выше атмосферного и имеют температуру значительно выше температуры поступающей горючей смеси или воздуха. При движении поршня от ВМТ до НМТ остаточные газы расширяются до того момента, пока их давление не сравняется с атмосферным, после чего начинается поступление горючей смеси или воздуха в цилиндр при давлении ниже атмосферного вследствие наличия гидравлических сопротивлений во впускном трубопроводе двигателя.

В двухтактных двигателях процесс впуска производится за счет принудительной (под давлением) подачи горючей смеси или воздуха во время процесса продувки.

Из индикаторной диаграммы (рис. 264, а) видно, что при отсутствии наддува линия впуска га лежит всегда ниже атмосферной и наибольшее разрежение получается около середины хода поршня, т. е. при максимальном значении скорости поршня. К концу впуска давление в цилиндре несколько повышается благодаря динамическому напору, создаваемому силами инерции поступающего заряда.

Влияние отработавших газов на наполнение двигателя характеризуется коэффициентом остаточных газов. Коэффициент остаточных газов уТ есть отношение количества оставшихся в цилиндре от предыдущего цикла газов к количеству поступившего свежего заряда горючей смеси или воздуха. ут = МТ1М,А. Этот коэффициент определяет степень загрязненности горючей смеси (заполняющей цилиндр в конце впуска) остаточными газами. В четырехтактных карбюраторных двигателях, где применяются сравнительно низкие степени сжатия, объем камеры сгорания при положении поршня в ВМТ больший, чем у дизельных двигателей. Поэтому у этих двигателей при полностью открытой дроссельной заслонке уг = 0,06 — 0,16, а в дизельных двигателях ут = 0,03 — 0,06. В двухтактных двигателях степень очистки цилиндра зависит от применяемой схемы продувки. При кривошипно-камерной продувке уг доходит до 0,5. В таких Двигателях не удается достигнуть высоких мощностных показателей из-за малого наполнения цилиндра.

Рис. 264. Индикаторные диаграммы:
а — впуска; б — сжатия; в — сгорания и расширения; г — выпуска

Температура рабочей смеси в конце наполнения Та представляет собой температуру горючей смеси или воздуха, подогретого от горячих стенок цилиндра, и температуру остаточных газов Тт от предыдущего цикла.

Из опытных данных известно, что коэффициент наполнения практически не зависит от степени сжатия. Хотя при изменении степени сжатия и меняются условия протекания наполнения цилиндра двигателя, но при этом влияние отдельных факторов на взаимло компенсируется.

Для увеличения коэффициента наполнения необходимо увеличить диаметр цилиндра, что дает возможность разместить клапаны большего диаметра, которые позволят уменьшить скорость заряда при впуске, а следовательно, и гидравлические потери. Повышение т)у может быть достигнуто за счет применения клапанов с верхним расположением и правильным выбором фаз газораспределения. Величина цу при частоте вращения коленчатого вала, соответствующей максимальной мощности двигателя, колеблется в пределах: для карбюраторных двигателей 0,7—0,85, для дизельных 0,75—0,90.

Назначение процесса впуска

Назначение процесса впуска состоит в заполнении рабочего объема цилиндра двигателя

топливовоздушной смесью, содержащей химическую энергию, необходимую для получения работы. При этом весьма важно заполнять цилиндр максимально возможным количеством смеси, так как это способствует получению наибольшей работы, а следовательно, и мощности при данном объеме цилиндров и частоте вращения коленвала. В большинстве современных авиационных двигателей увеличение заряда смеси (воздуха) в цилиндре достигается при помощи нагнетателя. Питание двигателя топливовоздушной смесью, давление которой предварительно увеличено в нагнетателе до давления, превышающего атмосферное, называется наддувом. Двигатели, не имеющие нагнетателя, принято называть двигателями с впуском из атмосферы. В двигателях с карбюратором смесеобразование начинается в карбюраторе, продолжается во всасывающих трубопроводах и заканчивается в цилиндре двигателя. Для регулирования количества смеси, поступающей в двигатель, служит дроссельная заслонка, устанавливаемая между карбюратором и цилиндрами. Регулировка качества топливовоздушной смеси, т. е. коэффициента избытка, осуществляется посредством специальных устройств, являющихся принадлежностью карбюратора. Начало впуска топливовоздушной смеси обусловливается началом открытия клапана впуска (рис. 1-15). Последний в современных поршневых двигателях открывается с опережением (точка 1), т. е. в конце такта выпуска, до прихода поршня в ВМТ. Это объясняется, во-первых, стремлением увеличить заряд свежей смеси за счет большего открытия впускного клапана к началу такта впуска и, во-вторых, тем, что у двигателей с наддувом свежая смесь, имеющая большее давление, чем давление выпускных газов в цилиндре, начнет поступать в этом случае в конце такта выпуска и вытеснять из цилиндра продукты сгорания. Последнее называется продувкой камеры сгорания. В результате этой продувки очистка цилиндра от остаточных газов улучшается и заряд свежей смеси увеличивается.

Рис.1-15. Процесс впуска:

1— момент открытия впускного клапана; 2— момент закрытия впускного клапана

Угол, на который поворачивается коленчатый вал за время от момента открытия впускного клапана до момента прихода поршня в ВМТ, называется углом опережения открытия впускного клапана. Этот угол подбирается опытным путем для каждого типа двигателя и обычно лежит в пределах 15 ÷ 50°. Для двигателя АШ-62ИР угол опережения открытия клапана впуска равен 15÷25°. Свежая топливовоздушная смесь поступает в цилиндр под влиянием понижения давления в цилиндре, создающегося вследствие движения поршня от ВМТ к НМТ.

Понижение давления в цилиндре объясняется всасывающим действием поршня и сопротивлениямикоторые встречает ТВС на своем пути при движении к цилиндру (рис. 1-16).

Сопротивление при движении воздуха возникает в результате трения частиц воздуха друг о друга, о стенки впускного трубопровода, о впускной клапан, а также от удара частиц воздуха о стенки впускного трубопровода в местах его изгиба, о дроссельную заслонку и впускной клапан. Эти сопротивления называются гидравлическими.

Так как скорость движения воздуха во впускных трубопроводах и впускных клапанах цилиндров достаточно велика (40 ÷ 60 м/сек), то гидравлические сопротивления получаются значительными. Если дроссельная заслонка прикрывается, проходное сечение для воздуха уменьшается, гидравлические сопротивления увеличиваются, и давление в цилиндре в конце такта впуска понижается до 0,3÷ 0,5 от давления на впуске.

Рис. 1-16. Сопротивление движения ТВС на пути в цилиндр

Следует отметить, что смесь в двигателе с нагнетателем начинает поступать в цилиндр сразу же после открытия клапана впуска, так как давление смеси больше давления продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре к концу выпуска (остаточных газов).

Давление остаточных газов при выпуске в атмосферу составляет обычно (1,05÷1,10) р_о.

Температура свежей смеси в процессе впуска также изменяется. За счет испарения топлива температура смеси понижается. Вместе с тем, поступая в цилиндр, смесь нагревается в результате соприкосновения с нагретыми деталями двигателя (стенками головки и цилиндра, днищем поршня, клапанами) и смешения воздуха с остаточными газами, температура которых перед началом впуска достигает 1000 ÷ 1100 К. Вследствие указанных причин температура смеси в конце впуска составляет у двигателей с наполнением из атмосферы 340 ÷ 360 К., а у двигателей с нагнетателем 380 ÷ 400 К. Более высокие температуры, наблюдающиеся во втором случае, объясняются подогревом воздуха (смеси) при сжатии его в нагнетателе.

Окончание наполнения цилиндра смесью определяется моментом закрытия впускного клапана. Впускной клапан закрывается с запаздыванием (см. точку 2 на рис. 1-15), т. е. после прихода поршня в НМТ, в начале такта сжатия. Запаздывание закрытия впускного клапана увеличивает количество свежей смеси, поступающей в цилиндр. Это объясняется тем, что в течение процесса впуска смесь приобретает большую скорость и по инерции продолжает поступать в цилиндр, несмотря на изменение направления движения поршня. Кроме того, в начале такта сжатия в цилиндре еще имеется пониженное давление, что также способствует поступлению смеси. Угол, на который поворачивается коленчатый вал, считая от момента прихода поршня в НМТ до момента закрытия впускного клапана, называется углом запаздывания закрытия впускного клапана. Этот угол для каждого типа двигателя подбирается опытным путем и составляет 40 ÷ 65°. Для двигателя АШ-62ИР угол запаздывания равен 44°.

Продолжительность процесса впуска, выраженная в градусах поворота коленчатого вала, значительно больше 180° и составляет, например, для двигателя АШ-62ИР 239 ÷ 249°. Продолжительность открытия клапана, выраженная в градусах поворота коленчатого вала, называется периодом или фазой открытия впускного клапана. Опережение открытия впускного клапана и запаздывание его закрытия увеличивают продолжительность впуска смеси в цилиндр двигателя и способствуют повышению количества поступающей в него смеет.

Весовой заряд и коэффициент наполнения

Как мы уже отметили выше, мощность, развиваемая двигателем, в первую очередь зависит от количества топливовоздушной смеси, поступившей в цилиндр в такте впуска. Чем больше топливовоздушной смеси поступит в цилиндр двигателя, тем большую мощность разовьет двигатель.

Весовым зарядом цилиндра называют весовое количество топливовоздушной смеси, поступившей в цилиндр за время такта впуска и оставшееся в цилиндре к моменту закрытия клапанов впуска. Различают теоретический весовой заряд и действительный весовой заряд смеси. Под теоретическим весовым зарядом смеси q_т понимают заряд, который может поместиться в рабочем объеме цилиндра при давлении и температуре, равных давлению и температуре на впуске в цилиндр двигателя.

где γ_к — удельный вес ТВС на впуске в цилиндр двигателя.

Под действительным весовым зарядом q_д понимают заряд, который в действительности поступил в цилиндр и остался в нем.

В двигателях с впуском из атмосферы действительный весовой заряд получается всегда на 10—15% меньше теоретического. Это происходит за счет гидравлических потерь во впускных трубопроводах, влияния остаточных газов и нагрева смеси от стенок в процессе впуска.

В двигателях с нагнетателем теоретический и действительный весовые заряды возрастают за счет увеличения плотности смеси на впуске. В этом случае действительный весовой заряд может быть я больше теоретического весового заряда. Объясняется это тем, что давление остаточных газов в камере сгорания меньше давления наддува и, следовательно, после открытия впускного клапана некоторое количество смеси может поступить в нее за счет сжатия остаточных газов до давления, существующего на впуске.

Отношение действительного весового заряда смеси к теоретическому называется коэффициентом наполнения и обозначается η_v.

Отсюда действительный весовой заряд равен

Величина коэффициента наполнения характеризует степень заполнения цилиндров двигателя топливовоздушной смесью.

Для двигателей с впуском из атмосферы коэффициент наполнения составляет ηv = 0,85÷0,90.

Для двигателя с нагнетателем коэффициент наполнения может быть больше единицы и достигает величин η_v = 1,10÷1,12.

Увеличить действительный весовой заряд цилиндра можно, как это видно из уравнения, путем увеличения плотности ТВС на впуске и увеличения коэффициента наполнения.

Так как удельный вес прямо пропорционален давлению и обратно пропорционален температуре, если мы будем снижать температуру ТВС и увеличивать наддув, то этим самым будем увеличивать его удельный вес, а следовательно, и весовой заряд цилиндра. У некоторых двигателей с нагнетателями для охлаждения воздуха на выходе из нагнетателя устанавливают радиаторы, которые позволяют при том же давлении наддува получить более значительный удельный вес воздуха.

Коэффициент наполнения можно увеличить правильным выбором фаз газораспределения (моментов открытия и закрытия впускного клапана), уменьшением гидравлических потерь путем увеличения проходных сечений трубопроводов и придания им плавных переходов, а также увеличением проходного сечения во впускном клапане.

Графическое изображение процесса впуска

Схематическое изображение процесса впуска для двигателя без нагнетателя и двигателя с нагнетателем в координатах р—V показано на рис. 1-17, а и б.

Точка 1 характеризует момент открытия, а точка 2 — момент закрытия впускного клапана. Линия «l-r-a-2» показывает изменение давления ТВС в цилиндре в процессе впуска.

Для двигателя без нагнетателя линия впуска расположена ниже линии атмосферного давления р_о, а для двигателя с нагнетателем — выше нее, вследствие наддува, создаваемого нагнетателем.

Рассмотрим работу, совершаемую поршнем за период такта впуска.

У двигателя без нагнетателя поршень при движении от ВМТ к НМТ должен преодолеть

противодействующую силу, направленную по оси цилиндра к ВМТ и возникающую вследствие создавшейся разности давлений (р_о — р_а). атмосферного давления р_о(в картере) и пониженного давления в цилиндре р_а.

Эта противодействующая сила равна произведению разности давлений р_о — р_ана площадь поршня F т. е.

Работа, совершаемая поршнем при движении от ВМТ к НМТ, будет равна

Этой работе соответствует заштрихованная площадь на рисунке 1-17,а с высотой р_о — р_аи длиной V_h.

Рис. 1-17. Графическое изображение процесса впуска:

а— двигатель без нагнетателя; б— двигатель с нагнетателем

В двигателе с нагнетателем (рис. 1-17,б) давление в цилиндре во время впуска больше, чем давление в картере. Поэтому при движении поршня от ВМТ к НМТ на него будет действовать сила, направленная к НМТ и равная

Эта сила будет способствовать вращению коленчатого вала и, таким образом, совершать положительную работу. Этой работе соответствует на рис. 1-17,б заштрихованная площадь, равная

Таким образом, в двигателе с впуском из атмосферы от коленчатого вала отнимается работа на

осуществление процесса впуска, тогда как в двигателе с нагнетателем коленчатому валу сообщается дополнительная работа за счет избыточного давления, создаваемого нагнетателем.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Сдача сессии и защита диплома — страшная бессонница, которая потом кажется страшным сном. 8699 —

| 7121 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Процесс впуска свежего заряда в двигатель является первым тактом рабочего цикла. В начале данного такта поршень находится в положении, близком к ВМТ. Камера сгорания заполнена продуктами сгорания от предыдущего процесса, давление которых несколько больше атмосферного. Впуск начинается с момента открытия впускного отверстия, за 10°. 30° до ВМТ. В начальный момент впуска впускной клапан только начинает открываться и впускное отверстие представляет собой круглую узкую щель высотой в несколько десятых долей миллиметра. Поэтому в этот момент впуска горючая смесь (или воздух) в цилиндр почти не проходит. Однако опережение открытия впускного отверстия необходимо для того, чтобы к моменту начала опускания поршня после прохода им ВМТ оно было бы открыто возможно больше и не затрудняло бы поступления воздуха или смеси в цилиндр. При вращении коленчатого вала (в направлении стрелки) шатун перемещает поршень к НМТ, а распределительный механизм полностью открывает впускной клапан и соединяет надпоршневое пространство цилиндра двигателя с впускным трубопроводом. При этом вследствие сопротивления впускной системы и впускных клапанов давление в цилиндре становится на 0,01. 0,03 МПа меньше давления во впускном трубопроводе.

Такт впуска состоит из впуска газов, происходящего при ускорении движения опускающегося поршня, и впуска при замедлении его движения.

Впуск при ускорении движения поршня начинается в момент начала опускания поршня и заканчивается в момент достижения поршнем максимальной скорости (приблизительно при 80° поворота вала после ВМТ). В начале опускания поршня вследствие малого открытия впускного отверстия в цилиндр проходит мало воздуха или смеси, а поэтому остаточные газы, оставшиеся в камере сгорания от предшествующего цикла, расширяются и давление в цилиндре падает. При опускании поршня горючая смесь или воздух, находившаяся в покое во впускном трубопроводе или двигавшаяся в нем с небольшой скоростью, начинает проходить в цилиндр с постепенно увеличивающейся скоростью, заполняя объем, освобождаемый поршнем. По мере опускания поршня его скорость постепенно увеличивается и достигает максимума при повороте коленчатого вала примерно на 80°. При этом впускное отверстие открывается все больше и больше и горючая смесь (или воздух) в цилиндр проходит в больших количествах.

Впуск при замедленном движении поршня начинается с момента достижения поршнем наибольшей скорости и оканчивается в НМТ, когда скорость его равна нулю. По мере уменьшения скорости поршня скорость смеси (или воздуха), проходящей в цилиндр, несколько уменьшается, однако в НМТ она не равна нулю. При замедленном движении поршня горючая смесь (или воздух) поступает в цилиндр за счет увеличения объема цилиндра, освобождаемого поршнем, а также за счет своей силы инерции. При этом давление в цилиндре постепенно повышается и в НМТ может даже превышать давление во впускном трубопроводе.

Давление во впускном трубопроводе может быть близким к атмосферному в двигателях без наддува или выше него в зависимости от степени наддува (0.13-0.45 МПа в двигателях с наддувом).

Впуск окончится в момент закрытия впускного отверстия (40. 60°) после НМТ. Задержка закрытия впускного клапана происходит при постепенно поднимающемся поршне, т.е. уменьшающемся объеме газов в цилиндре. Следовательно, смесь (или воздух) поступает в цилиндр за счет ранее созданного разрежения или инерции потока газа, накопленной в процессе течения струи в цилиндр.

При малых числах оборотов вала, например при пуске двигателя, сила инерции газов во впускном трубопроводе почти полностью отсутствует, поэтому во время задержки впуска будет идти обратный выброс смеси (или воздуха), поступившей в цилиндр ранее во время основного впуска.

При средних числах оборотов инерция газов больше, поэтому в самом начале подъема поршня происходит дозарядка. Однако по мере подъема поршня давление газов в цилиндре увеличится и начавшаяся дозарядка может перейти в обратный выброс.

При больших числах оборотов сила инерции газов во впускном трубопроводе близка к максимуму, поэтому происходит интенсивная дозарядка цилиндра, а обратный выброс не наступает.

В процессе впуска свежего заряда в двигатель имеют место следующие особенности: впуск двигатель поршень

1. Наличие теплообмена поступающего свежего заряда с отдельными деталями двигателя, в результате которого температура заряда повышается.

2. Возникновение гидравлических сопротивлений на всасывании вследствие больших скоростей свежего заряда, приводящим к ухудшению заполнения им рабочего объема цилиндров.

3. Наличие смешивания поступающего заряда с остаточными газами, занимающие объем камеры сгорания.

Эти особенности не позволяют осуществить полного заполнения свежим зарядом рабочего объема цилиндров двигателя. Следовательно, заполнение цилиндров будет всегда неполным.

autobryansk.info

29 — процесс впуска

Процесс впуска

Процессом впуска обычно называют процесс наполнения цилиндра двигателя свежим зарядом. Этот процесс несколько отличается для двигателей без наддува и с наддувом.

На рис.4.1а в pV-координатах представлен процесс изменения давления при впуске в четырехтактном двигателе без наддува. Ломаная кривая r`da`aa« показывает действительное изменение давления в процессе впуска. Точка r` соответствует моменту открытия впускного клапана, которое обычно происходит за 10-30⁰ по углу поворота коленчатого валадо прихода поршня в ВМТ, а точка a« — закрытия этого клапана. Момент закрытия соответствует положению кривошипа через 40-80⁰ после прохождения НМТ.

Давление p_r соответствует расчетному значению давления остаточных газов. При проведении расчетов предполагается, что давление остаточных газов в ВМТ резко падает до значения p_a и в дальнейшем в процессе впуска при движении поршня до НМТ это давление сохраняется постоянным.

Для двигателей с наддувом (см. рис.4.1б) среднее расчетное давление в процессе впуска p_aобычно превышает давление остаточных газов, и, естественно, меньше давления p_к, создаваемого нагнетателем (компрессором).

Предварительное открытие впускного клапана обеспечивает достижение достаточной площади его проходного сечения при достижении ВМТ, а также для продувки двигателей с наддувом. В двигателях с наддувом это позволяет облегчить очистку цилиндра от остаточных газов.

Р ис.4.1

Влияние продувки количественно оценивают с помощью коэффициента очистки _оч. Его величина зависит от наддува, скоростного режима двигателя и продолжительности перекрытия клапанов. Этот коэффициент учитывается только при расчете двигателей с наддувом. Для двигателей без наддува принимают _оч = 1.0. Закрытие впускного клапана после прохождения поршнем НМТ благодаря инерционности воздуха во впускной системе дает возможность улучшить наполнение цилиндров (дозарядка) на номинальном режиме на 10-15%, т.е. полагать, что _доз = 1.1 –1.15. В то же время необходимо учитывать, что при малой частоте вращения дозарядка ухудшается и даже может происходить обратный выброс части заряда (до 5%) из цилиндров двигателя (_доз = 0.95). Коэффициент дозарядки на номинальном режиме обычно принимается равным единице.

Давление и температура окружающей среды (воздуха) в расчетах принимаются равными p₀ = 0.1МПа и T₀ = 273K для двигателей без наддува. В двигатели с наддувом воздух поступает из компрессора, поэтому давление воздуха p_к и температура T_к принимаются равными давлению и температуре воздуха за компрессором или охладителем воздуха (если таковой установлен).

В соответствии со степенью наддува принимаются следующие значения давления наддувочного воздуха:

при низком наддуве………………1.5p₀;

при среднем наддуве……………(1.5…2.2)p₀;

при высоком наддуве……………(2.2…2.5)p₀.

Температура воздуха за компрессором вычисляется по уравнению политропы

где n — показатель политропы сжатия.

Численное значение n принимают для поршневых нагнетателей 1.4…1.6; для объемных — 1.55…1.75; для осевых и центробежных — 1.4…2.0.

В цилиндрах двигателей после выпуска всегда остается определенная часть остаточных газов. Относительный объем этих газов определяется типом и характеристиками клапанной системы, гидравлических сопротивлений системы выпуска, фаз газораспределения, системы наддува, скорости вращения и ряда других факторов. Давление остаточных газов p_r в автотракторных двигателях без наддува принимают равным (1.05…1.25)p₀. Если для наддува используется газовая турбина на выходе, то полагают, что

Для различных скоростных режимов двигателей проводят коррекцию значения p_r с учетом частоты вращения коленчатого вала n в соответствии с выражением

где n_N — номинальная частота вращения, 1/мин.

Температура остаточных газов определяется степенью сжатия, частотой вращения и коэффициентом избытка воздуха. Ее численное значение обычно принимают для карбюраторных двигателей 900 — 1100К, для дизелей 600 — 900К, газовых двигателей 750 — 1000К.

Давление в конце впуска определяет массу заряда, поступающего в цилиндры двигателя, и вычисляется в соответствии (см. рис.4.1) с выражениями

Численные значения p_a на номинальных режимах рекомендуются в следующих пределах:

карбюраторные двигатели — (0.05…0.20)p₀;

дизели без наддува — (0.03…0.18)p₀;

дизели с наддувом — (0.03…0.1)p_к.

С уменьшением частоты вращения величина p_aснижается. Для расчетов режимов работы двигателей, отличающихся от номинального, используется зависимость, учитывающая скорость вращения двигателя

где  — коэффициент затухания скорости движения заряда;

w_вп — скорость движения воздуха в системе впуска.

В современных двигателях скорость воздуха в системе впуска на номинальном режиме составляет 50-130 м/с; ² +  = 2.5…4.0.

Температура подогрева свежего заряда учитывает его нагрев от деталей двигателя. Величина подогрева T зависит от конструктивных особенностей двигателя и впускной системы. В зависимости от типа двигателя рекомендуются для расчетов на номинальном режиме следующие ее значения:

T = 0…20⁰С — для карбюраторных двигателей;

T = 10…40⁰С — для дизелей без наддува;

T = — 5…+ 10⁰С — для дизелей с наддувом.

Изменение величины подогрева свежего заряда в зависимости от скорости вращения учитывается следующей зависимостью:

где

Коэффициент остаточных газов _r характеризует качество очистки цилиндров от продуктов сгорания. С его увеличением уменьшается масса свежего заряда, поступающего в двигатель. Для четырехтактных двигателей его численное значение определяется по выражению

Для бензиновых и газовых двигателей без наддува эта величина обычно составляет 0.04…0.1, а для дизелей без наддува — 0.02…0.05.

Температура в конце впуска зависит от вышеперечисленных факторов (температуры рабочего тела, коэффициента остаточных газов, степени подогрева заряда, температуры остаточных газов). Она определяется выражением

Для современных четырехтактных двигателей ее численное значение обычно составляет:

карбюраторные двигатели — 320…370К;

дизели — 310…350К;

двигатели с наддувом — 320…400К.

Коэффициент наполнения представляет собой отношение действительной массы свежего заряда к тому количеству, которое могло быть в цилиндре при давлении и температуре среды, из которой поступает этот заряд.

.

Для четырехтактного двигателя

Если _доз = _оч = 1, то

Для современных автотракторных двигателей коэффициент наполнения _V лежит в следующих пределах:

карбюраторные двигатели — 0.7…0.9;

дизели без наддува — 0.8…0.94;

дизели с наддувом — 0.8…0.97.

studfile.net

Процесс впуска в четырехтактном двигателе

Процесс впуска состоит в поступлении в цилиндр за первый такт свежего заряда. При этом может быть использована только часть всего полезного объема цилиндра V_h (фиг. 78).

Объясняется это тем, что такту впуска предшествует такт выпуска. В пространстве сжатия V_с остается часть отработавших газов — так называемые оста­точные газы. Эти газы вследствие сопротивления в выпускном клапане и в выпускном трубопроводе имеют давление р_r > р₀, где р₀ — давление атмосферного воздуха. При обратном движении поршня от в.м.т. давление остаточных газов понижается до атмосферного; затем падение давления про­должается до р_а, при котором свежий за­ряд, преодолев сопротивление всасывающей системы, начинает поступать в цилиндр. Для оценки степени наполнения цилиндра свежим зарядом пользуются коэффициентом наполнения ?_H.

Коэффициент наполнения есть отноше­ние действительного количества поступаю­щего в цилиндр заряда к теоретическому. Этот коэффициент может быть выражен в виде объемного, весового или мольного отношений при параме­трах р₀ и Т₀ заряда перед впускными органами двигателя:

Здесь V_g, G_g,   М_g — действительное количество свежего заряда, поступившего в цилиндр, выраженное соответственно по объему, весу и в молях;

V_h, G₀, М₀ — теоретическое количество свежего заряда, выра­женное соответственно по объему, весу и в молях.

Для выявления факторов, влияющих на величину ?_н, рассмотрим процесс теплообмена, происходящий в цилиндре двигателя в период впуска.

Свежий заряд, поступая в цилиндр с параметрами р₀ и Т₀, прежде всего несколько повышает свою температуру от соприкосновения с внутренней поверхностью цилиндра (клапаны, днище поршня, стенки цилиндра). Поэтому температура заряда, поступающего в цилиндр, будет

Т’о = Т₀ + ?T,                                 (II,55)

где ?T — величина подогрева заряда о горячие стенки рабочего цилиндра.

При определении ?_H для двигателей с наддувом параметры р₀ и Т₀ следует заменить на давление р_к и температуру Т_к наддувоч­ного заряда.

Из выражения (II, 57) можно установить, что ?_H возрастает с уменьшением температуры подогрева заряда о стенки ?T, с увели­чением давления р_а и с уменьшением давления остаточных газов р_r.

Значение ?T зависит главным образом от числа оборотов п дви­гателя (с увеличением п, ?T уменьшается), от нагрузки (с увеличе­нием нагрузки ?T возрастает), от условия охлаждения двигателя (чем интенсивнее охлаждение, тем меньше ?T) и от размеров цилиндра (у двигателей с большим рабочим объемом цилиндра ?T оказывается меньше, чем у двигателей с малым объемом). Обычно ?T = 10 ? 20°.

Значение давления р_а зависит главным образом от сопротивлений впускной системы и принимается равным 0,85—0,9 кГ/см². Для четырехтактных двигателей с наддувом р_а = (0,92 ? 0,96) р_к, где р_к — дав­ление наддувочного воздуха в кГ/см².

Значение р_r главным образом зависит от сопротивления выпуск­ной системы двигателя. Величина р_r в работающих двигателях без наддува равна 1,08—1,2 аm.

Значения практически достигнутого ?_H для четырехтактных двигателей:

тихоходных …………………………………………….. ?_H = 0,8 ? 0,9;

быстроходных …………………………… ?_H = 0,7 ? 0,9.

При тепловом расчете двигателя, помимо коэффициента наполне­ния, пользуются также коэффициентом остаточных газов ?.

Коэффициент остаточных, газов есть отношение числа молей остаточных газов М_r к числу молей поступающего в цилиндр свежего заряда M_g:

Коэффициент остаточных газов характеризует качество очистки цилиндра и оказывает значительное влияние на наполнение цилиндра.

Из формулы (II, 59) видно, что у тем меньше, чем больше степень сжатия ? и температура остаточных газов Т_r и чем меньше давление остаточных газов р_r. С увеличением ?, т. е. с уменьшением простран­ства сжатия V_с, коэффициент остаточных газов уменьшается.

С повышением р_r увеличивается плотность остаточных газов, а следовательно, их количество, в связи с чем ? возрастает. При повышении температуры Т_r уменьшается плотность остаточных газов и их количество; поэтому ? уменьшается.

По практическим данным у четырехтактных двигателей:

без наддува……………………………….. ? ? 0,03 ? 0,06;

с наддувом………………………………… ? ? 0,01 ? 0,03;

Для определения температуры Т_а в конце наполнения или в начале сжатия воспользуемся уравнением (II, 56):

Температурой Т_r задаются; ее можно принять равной 600—900° К; ошибка в оценке Т_r мало влияет на Т_а, так как Т_r должно быть умножено на малую величину ?. Расчетное значение температуры Т_а для нормального режима работы двигателя:

четырехтактных ………………………….  Т_а ? 300 ? 340° К;

двухтактных………………………………. Т_а? 310 ? 380° К.

При наддуве Т_а зависит в основном от давления наддува и степени охлаждения воздуха.

vdvizhke.ru

Дисциплина Силовые агрегаты Лекция 2 Рабочие процессы действительного цикла двигателя внутреннего сгорания. Процессы газообмена и сжатия

Учебные вопросы:

1. Процессы газообмена

2. Процесс сжатия.

1. Процессы газообмена

1.1 Условия протекания процессов газообмена в 4-тактных двигателях

Смену рабочего тела при осуществлении процессов выпуска и впуска называют газообменом. От количества свежего заряда, оставшегося в цилиндре после завершения газообмена, в реша­ющей степени зависят получаемая в цикле работа и, следователь­но, мощность двигателя.

Газообмен формально состоит из последовательных этапов выпуска и впуска, т.е. из этапов открытия выпускного и впускного клапанов. Однако, существует промежуточный этап, когда открыты оба клапана одновременно. О необходимости этого этапа будет сказано чуть позже. Следовательно, обычно говорят о газообмене. Состоящем из трех процессов (этапов):

1. Процесс выпуска.

2. Газообмен в период перекрытия клапанов.

3. Процесс впуска.

Рассмотрим эти процессы.

Процесс выпуска

В конце такта расширения с опереже­нием 40…70 °С до прихода поршня в НМТ начинается выпуск отработавших газов. В результате быстрого уменьше­ния количества газов в цилиндре и их расширения давление заметно понижается и скорость истечения газов становится ниже критической. Первый период процесса выпуска называют периодом свободного выпуска. Он заканчивается вблизи НМТ. За относительно малое время свободного выпуска из цилиндра удаляется до 50…70% отработавших газов.

Во время второго периода, называемого принудительным выпуском, т. е. при движении поршня к ВМТ, выпуск происходит под его вытесняющим действием.

Момент начала выпуска выбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить хорошую очистку цилиндра, с другой стороны, уменьшить затраты энергии на этот процесс. Если, например, клапан начнет открываться слишком рано, то увеличится потеря полезной работы газов в период предварения выпуска. Если же клапан открывать по­здно, то возрастет отрицательная работа во время принудитель­ного выпуска.

Газообмен в период перекрытия клапанов.

Опыт показывает, что для лучшего газообмена впускной клапан необходимо начать открывать примерно за 10…30° до прихода поршня в ВМТ, а выпускной клапан закры­вать спустя 10…50° после ВМТ. Период, когда одновременно открыты оба клапана, называют перекрытием клапанов. В оптимальном случае через впускной клапан в цилиндр поступает свежий заряд, а через выпускной удаляются отработавшие газы. Такой газообмен называют про­дувкой цилиндра. В действительности свежий заряд смешивается в цилиндре с отработанными газами. В период перекрытия клапанов часть свежего заряда может через выпускной клапан поки­нуть цилиндр. Наиболее типичный случай обратного течения газов имеет место, например, в двигателях с искровым зажигани­ем на режимах холостого хода, когда дроссельная заслонка сильно прикрыта. На этих режимах в период перекрытия клапанов отработанные газы через выпускной клапан поступают из системы выпуска обратно в цилиндр, а через впускной клапан происходит истечение газов из цилиндра в систему впуска.

Процесс впуска

После начала открытия впускного клапана начи­нается впуск. Количество свежего заряда, поступающего в цилиндр в течение процес­са впуска, зависит от об­щего гидравлического со­противления впускной си­стемы, т. е. от разности между давлением окружа­ющей среды р₀ и давлени­ем в цилиндре р, которая изменяется по мере перемещения поршня от ВМТ к НМТ. Естественно, что чем меньше потеря давления во впускной системе к приходу поршня в НМТ

тем больше количество свежего заряда, заполня­ющего цилиндр к этому моменту.

При увеличении частоты вращения коленчатого вала поток воздуха движется с возрастающей скоростью и под действием сил инерции в системе впуска давление р_х также возрастает. Поэтому если в начале хода сжатия р_х>р, то впуск продолжается. Этот процесс называют дозарядкой. Для осуществления дозарядки впуск­ной клапан закрывают спустя 35…85° после НМТ. При малой частоте вращения, когда инерция свежего заряда невелика, во время запаздывания закрытия впускного клапана поршень вытес­няет часть заряда из цилиндра обратно во впускную систему, т. е. происходит обратный выброс. Таким образом в общем случае количество свежего заряда, заполняющего цилиндр после окон­чания впуска, меньше общего количества заряда, поступившего в цилиндр в течение газообмена. Поверхности впускного трубо­провода, канала в головке и внугрицилиндровые поверхности имеют температуру более высокую, чем свежий заряд, поэтому последний вследствие теплообмена в процессе впуска нагревает­ся. Нагревание свежего заряда происходит и вследствие его сме­шения с горячими остаточными газами.

В газообмене выделяют фазы газораспределения. Периоды, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала, в течение которых клапаны открыты, называют фазами газораспределения. Круго­вая диаграмма фаз газораспределения дана на рисунке 1.

Рисунок 1 Диаграмма фаз газораспределения четырехтактного двигателя

При правильном выборе фаз газораспределения не только улучшают­ся очистка цилиндров от продуктов сгорания и заполнение его свежим зарядом, но может несколько сократиться затраты энер­гии на газообмен, которые пропорциональны разности давлений в цилиндре в течение процессов выпуска и впуска. Выбор фаз газораспределения и основных геометрических размеров впуск­ного тракта согласовывают при экспериментальной доводке но­вой модели двигателя.

Фазы газораспределения для каждой частоты вращения име­ют свою оптимальную величину, а реальные фазы газорасп­ределения выбирают так, чтобы обеспечить оптимум η, для наиболее важного диапазона скоростных режимов работы двига­теля.

В большинстве случаев высокооборотные двигатели имеют более широкие фазы газораспределения, чем двигатели малообо­ротные. Если необходимо увеличить наполнение цилиндров све­жим зарядом в каком-то определенном диапазоне частоты вра­щения, то следует подобрать сочетание фаз газораспределения и геометрических размеров впускного тракта (главным образом его длины), которое обеспечит большую дозарядку. Такое явле­ние называют динамическим наддувом.

Для эффективного газообмена важно обеспечить большие проходные сечения в клапанах. Эти сечения при газообмене изме­няются, поэтому пропускную способность клапанов характеризу­ют параметром, называемым время-сечение.

studfile.net

2.2.2. Процесс впуска

Давление и температура остаточных газов в начале впуска зависит главным образом от проходного сечения и коэффициента сопротивления выпускной системы, а также от числа оборотов двигателя. С увеличением числа оборотов давление остаточных газов возрастает. Это объясняется тем, что с увеличением оборотов продолжительность процесса выпуска сокращается, а скорость газов в выпускной системе увеличивается. С увеличением сопротивления выпускной системы давление остаточных газов возрастает, наполнение цилиндров ухудшается и мощность двигателя понижается.

Давление остаточных газов в начале впуска для двигателя без глушителя составляет по опытным данным:

,

где Р₀— давление окружающей среды.

Меньшие значения здесь относятся к малым и средним оборотам, большие – к оборотам двигателя, соответствующим максимальной мощности.

При установке глушителя давление остаточных газов возрастает.

Температура остаточных газов в начале впуска зависит главным образом от состава смеси и числа оборотов двигателя. С увеличением числа оборотов температура остаточных газов возрастает. Происходит это в основном вследствие ухудшения охлаждения продуктов сгорания из-за сокращения продолжительности цикла. По опытным данным, температура остаточных газов T_rв начале впуска при оборотах двигателя, соответствующих максимальной мощности, находится в следующих пределах: у карбюраторных двигателей 900–1200 К, у дизельных двигателей 600–800 К.

Действительное количество свежего заряда, поступившего в цилиндр двигателя за период впуска, значительно меньше теоретически возможного количества, которое могло бы заполнить рабочий объем цилиндра.

Качество газообмена оценивается не абсолютным, а относительным количеством свежего заряда, поступившего в цилиндр при впуске.

Отношение количества свежего заряда, поступившего в цилиндр за один цикл, к количеству, который имел бы заряд, заполняющий рабочий объем цилиндра при давлении и температуре на входе в систему впуска (Р_о, Т_о), называетсякоэффициентом наполнения.

.

У карбюраторных двигателей количество топлива, содержащегося в заряде, по сравнению с количеством воздуха сравнительно невелико. Поэтому коэффициент наполнения часто определяют по отношению количеств воздуха. Ошибка при этом не превышает 1–2%.

У карбюраторных и дизельных двигателей, работающих без наддува, параметры свежего заряда при поступлении его в систему впуска совпадают с параметрами окружающей среды (при расчетах двигателей без наддува принимаютР_о= 0.101 МПа;Т₀=273 +15 = 288 К).

Количество газов, заполняющих цилиндр двигателя в конце впуска, составляет:

.

Характеристические уравнения для M_a, M₀, M_rимеют следующий вид:

; ; ,

где: Р_a , Т_a –давление и температура газов в конце впуска;

R_a, R₀, R_r– соответствующие газовые постоянные.

После подстановки характеристических уравнений в уравнение для M_aполучим

.

Если допустить равенство газовых постоянных R_a, R₀, R_rи разделить обе части полученного выражения наV_c, можно написать

.

Учитывая, что

,

после соответствующих преобразований получим:

.

Коэффициент наполнения зависит главным образом от давления и температуры газов в конце впуска, числа оборотов и нагрузки двигателя (рис. 2.4).

С понижением давления и повышением температуры заряда коэффициент наполнения резко уменьшается. С увеличением числа оборотов двигателя коэффициент наполнения из-за сокращения продолжительности впуска понижается.

Коэффициент наполнения дизельных двигателей выше, чем карбюраторных, т. к. впускная система у первых конструктивно более проста, а подогрев свежего заряда менее интенсивен.

Коэффициент наполнения карбюраторных двигателей при работе с полной нагрузкой находится в зависимости от числа оборотов в пределах 0.65–0.85, дизельных двигателей 0.7–0.9.

При работе двигателя с наддувом коэффициент наполнения значительно повышается.

Рис. 2.4. Зависимость коэффициента наполнения от числа оборотов

Степень загрязненности свежего заряда остаточными газами горючей смеси характеризует коэффициентом остаточных газов, который равен:

.

Произведя соответствующие преобразования, получим:

.

Из данного выражения следует, что коэффициент остаточных газов уменьшается при повышении степени сжатия, повышении коэффициента наполнения, увеличении температуры и понижении давления остаточных газов.

На коэффициент остаточных газов оказывают влияние число оборотов и нагрузка двигателя. С увеличением числа оборотов и уменьшением нагрузки коэффициент остаточных газов возрастает.

Коэффициент остаточных газов при полной нагрузке двигателя колеблется в пределах: для карбюраторных двигателей от 0.06 до 0.18, для дизельных – от 0.02 до 0.06.

Температура свежего заряда на входе в цилиндр зависит от температуры окружающей среды Т₀и приращения температурыΔвследствие подогрева заряда от соприкосновения с горячими стенками впускного тракта (впускной коллектор и клапанные каналы).

Температура свежего заряда различных двигателей неодинакова. Для улучшения испаряемости топлива у карбюраторных двигателей применяется подогрев горючей смеси. Приращение температуры заряда Δхарактеризуется следующими данными:

• карбюраторные двигатели, работающие на бензине 10–45 °С;

• дизельные двигатели 10–25 °С.

Давление и температура газов в конце впуска Тa, когда цилиндр двигателя заполнен газами, представляющими смесь свежезасосанного заряда и остаточных газов, могут быть определены при решении уравнения теплового баланса:

.

Поставив в уравнение теплового баланса выражения для его составляющих, получим:

.

Поделим каждое слагаемое на M₁и, считая, что, получаем:

.

С изменением условий окружающей среды, интенсивности подогрева, сопротивления впускного и выпускного трактов температура газов в конце впуска заметно изменяется. Значительно изменяется она также в зависимости от нагрузки и числа оборотов двигателя.

При изменении числа оборотов температура в конце впуска находится в следующих пределах: в карбюраторных двигателях 340–400 К, в дизельных 310–360 К.

Давление газов в конце впуска P_aопределяется опытным путем и составляет.

.

Большие из значений давления газов в конце впуска следует принимать для дизелей, а меньшие — для карбюраторных двигателей.

Кроме того, давление газов в конце впуска P_aможно определить при известном коэффициенте наполненияη_υ по формуле:

.

studfile.net

Определение параметров, характеризующих процесс впуска

Давление. Из приведенных выше индикаторных диаграмм  и схемы движения заряда во впускной системе  видно, что в процессе впуска имеются гидравлические потери, в результате чего давление в цилиндре с определенного момента становится ниже атмосферного р0 (двигатель без наддува) или ниже рк (двигатель с наддувом) на величину Ара. Величина этих потерь зависит от качества обработки поверхностей впускной системы,наличия поворотов,положения дроссельной заслонки, величины открытия клапана и др. Опыты показали, что потери давления Ара прямо пропорциональны квадрату скорости движения заряда.

Пользуясь уравнением Бернулли для несжимаемой жидкости, можно определить величину потерь давления по выражению bPa=P«-Pa=(l+to)-fiP*, где £0 — коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенныйкпроходномусечениювклапане;величина (1 + У = Ф = 7 -*■ 10; ювп — средняяскоростьдвижения воздухав проходномсечении клапана; wen= 45 — s — 70 м/сек. 

При работе двигателя без наддува рк = р0 и рк = р0.

Если предположить, что процесс впуска заканчивается в н. м. т., то давление в цилиндре двигателя

Ра = Рп-ЬРа-(179)

По опытным данным, у четырехтактных автомобильных двигателей без наддува ра да (0,8 -*- 0,9) р0; с наддувом ра да (0,9 -s-+ 0,96) Рк.

В двухтактных быстроходных двигателях с прямоточной про-дувкой Рада (0,85 ■*- 0,98) Рк.

В период впуска давление в цилиндре ниже, чем на входе во впускную систему, поэтому массовое количество поступившего заряда будет меньше, так как плотность его понизится.

Подогрев заряда. Другой причиной, снижающей массовое количество поступающего заряда, является его подогрев при соприкосновении с горячими поверхностями внутрицилиндрового пространства, а также впускной системы.

При работе двигателя на полной нагрузке средняя температура теплопередающих поверхностей равна 150—200° С, в то время как температура поступающего из атмосферы воздуха значительно ниже. В результате наличия разности температур при впуске воздух подогревается на А Т°, а плотность его уменьшается.

Температура заряда в конце наполнения с учетом его подогрева

То = Т0 + АТ.(182)

Величина подогрева заряда зависит от нагрузки двигателя и продолжительности процесса впуска.

Для увеличения наполнения цилиндра двигателя свежим зарядом следует стремиться уменьшить его подогрев в период впуска. Однако у карбюраторных двигателей специально подогревают впускной трубопровод, так как для эффективного протекания в них процесса сгорания необходимо, чтобы в процессе впуска происходило интенсивное испарение топлива.

Подогрев заряда связан с затратой теплоты. Излишний подогрев приводит к ухудшению наполнения цилиндра свежим зарядом, поэтому следует подводить такое количество теплоты, которое необходимо только для испарения топлива.

Опытным путем установлено, что у карбюраторных двигателей с учетом использования теплоты, вносимой с воздухом для испарения топлива,AT= 0 -*- 20°, у дизелей AT= 20 •*- 40°.*

Остаточные газы. Прежде чем начать впуск в цилиндр двигателя свежего заряда, необходимо удалить из него отработавшие газы. Однако даже при самой совершенной очистке цилиндра от отработавших газов в двигателях без наддува их невозможно удалить полностью. Часть отработавших газов, называемых остаточными, остается в цилиндре.

Влияние отработавших газов на наполнение двигателя характеризуется коэффициентом остаточных газов уост, представляющим собой отношение в кмолях количества остаточных газов МТ к количеству свежего заряда Мг, поступившему в цилиндр двигателя за период впуска, т. е.

Yocm = 7£.(185)

Поскольку молекулярная масса продуктов сгорания незначительно отличается от молекулярной массы воздуха, можно принять

Yocm^|,(186)

где Gr— количество остаточных газов в кг; G1— количество свежего заряда в кг.

Величина коэффициента остаточных газов зависит от качества очистки цилиндра, определяемого типом двигателя.

У четырехтактных двигателей с искровым зажиганием, где применяются сравнительно низкие степени сжатия, объем камеры сгорания больше, чем у дизеля. Поэтому в этих двигателях при полностью открытой дроссельной заслонке уосш — 0,06 -т — 0,10, в дизелях без наддува уост = 0,03 — г — 0,06.

В двухтактных двигателях качество очистки цилиндра зависит от схемы газообмена. При кривошипно-камерной схеме газообмена (нет приводного компрессора) предварительное сжатие воздуха или горючей смеси происходит в кривошипной камере, и коэффициент остаточных газов достигает 0,4. В таких двигателях не удается получить высоких показателей из-за малого наполнения цилиндра свежим зарядом **.

В автомобильных двухтактных двигателях с клапанно-щеле-вой схемой газообмена очистка цилиндра осуществляется воздухом, поступающим из компрессора. Применяемые в этих двигателях органы газообмена обеспечивают достаточно полную очистку цилиндра, и коэффициент остаточных газов в них имеет примерно такие же значения, как и в четырехтактных дизелях, или несколько большие.

На величину уост в двигателях всех типов влияет скоростной режим. Наименьшие значения уост имеет при числе оборотов двигателя, соответствующем наибольшему массовому наполнению Gx. При дальнейшем увеличении числа оборотов Gxуменьшается,а Сг увеличивается,что вызывает повышение уост.

При уменьшении нагрузки в карбюраторном двигателе, когда дроссельную заслонку прикрывают, Gxуменьшается. Так как Grпри этом почти не меняется, то уос„, увеличивается. По опытным данным давление в конце выпуска рг = 1,1 — 5 — 1,25 бар.; температура отработавших газов у карбюраторных двигателей Тг = = 900 — г — 1000° К, а у дизелей Тг = 700 -=- 900° К.

Температура конца впуска. При раздельном рассмотрении факторов, влияющих на протекание процесса газообмена, предполагалось, что каждый фактор воздействует на процесс зарядки отдельно и как бы последовательно.

В действительности, когда происходит процесс газообмена и главным образом впуск свежего заряда в цилиндре двигателя, все явления, определяющие характер этого процесса, происходят одновременно. В двухтактном двигателе впуск свежего заряда осуществляется одновременно с выпуском отработавших газов. В четырехтактном двигателе, хотя выпуск отработавших газов в основном заканчивается до начала впуска, последний сопровождается одновременно подогревом заряда от стенок и перемешиванием его с расширяющимися остаточными газами. В результате этого температура заряда в конце впуска становится выше температуры окружающего воздуха, но ниже температуры остаточных газов.

Предполагая, что процесс впуска в четырехтактном двигателе заканчивается в точке а (см. рис. 42, б) при положении поршня в н. м. т., а в двухтактном двигателе — в точке а’ (см. рис. 44), при возвратном движении поршня в момент закрытия продувочных окон, можно определить температуру смеси при окончании впуска на основании баланса теплоты, составленного для свежего заряда и остаточных газов до и после их смешения.

Количество теплоты, внесенное свежим зарядом с учетом его подогрева от стенок,

Qc.. = cIfi1(T0 + AT),

где ср — удельная теплоемкость свежего заряда (рабочей смеси в карбюраторном двигателе или воздуха в дизеле) при постоянном давлении.

Количество теплоты, оставшейся с остаточными газами,

где с’р — удельная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении. Количествотеплоты, полученной после смешения свежего заряда с остаточными газами,

Qcm— ср см (^1 + Gr) Tai

гДе ср см — удельнаятеплоемкостьсмесиприпостоянномдавлении; Та — температура смеси в конце впуска. По условиям баланса теплоты

QcM=Qc.3 + Qr

ИЛИ

С& (Т0 + AT) + clGrTr= cvCM(G, + Gr) Ta.

Полагая, что ср х c’vxсрсм и разделив правую и левую части равенства на Gx, получим

T0 + AT+%Tr = [l+%)Ta.

В четырехтактных двигателях без наддува Т а = 310 — г — 350° К; в четырех — и двухтактных двигателях с наддувом Та = 320 -$—*- 400° К.

На рис. 45 показана для двух значений Тг и ATзависимость Та от коэффициента остаточных газов для случая, когда свежий заряд поступает в цилиндр двигателя при температуре Т0 = 288° К.

На рис. 46 показано изменение температуры смеси в конце впуска Та в зависимости от температуры подогрева заряда AT. Из графика видно, что температура заряда в конце впуска растет при увеличении уост и AT, вследствие чего уменьшается плотность поступающего свежего заряда.

По уравнению (187) можно подсчитать температуру конца впуска для четырех — и двухтактных двигателей. Значения ATи уост следует в каждом случае выбирать в соответствии с типом двигателя, на основании имеющихся опытных данных.

Коэффициент наполнения. Качество процесса впуска определяется величиной коэффициента наполнения tv, под которым понимают отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр двигателя, к тому его количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объеме V при давлении и температуре свежего заряда у входа во впускную систему двигателя.

 В карбюраторных и газовых двигателях свежий заряд состоит из воздуха и топлива, в дизелях — только из воздуха. Для карбюраторных двигателей разница в значениях коэффициента наполнения, подсчитанного по воздуху, незначительно отличается от его величины, подсчитанной по заряду, состоящему из топливо-воздушной смеси. Поэтому в дальнейшем для всех двигателей, работающих на жидком топливе, будем считать свежий заряд, состоящим из воздуха.

В большинстве четырехтактных автомобильных двигателей в процессе впуска воздух засасывается из атмосферы и его давление и температура соответственно равны р0 и Т0.

В автомобильных двухтактных и в четырехтактных двигателях с наддувом воздух в цилиндр поступает из компрессора. При входе во впускную систему воздух имеет давление рк и температуру тк.

Согласно определению коэффициент наполнения 4v = %.(188) где G1—действительное количество свежего заряда,поступившего в цилиндр в кг; G0— количествосвежегозаряда,котороеможетпоступить в рабочий объем цилиндра Vhпри условиях окружающей среды, в кг.

Из характеристического уравнения, написанного для конца процесса впуска, общее количество поступившего свежего заряда и остаточных газов G1+Gr = 1f^~или GAl+Уосгп) =-£%£-, где RCM— газовая постоянная смеси свежего заряда и остаточных газов.

 

maestria.ru