Процессы газообмена

Очистка цилиндров двигателя от продуктов сгорания и наполнение их свежим зарядом называется процессом газообмена. Количество свежего заряда, оставшегося в цилиндре после завершения процесса газообмена существенно влияет на мощность, развиваемую двигателем. В четырехтактных двигателях процессы газообмена протекают на протяжении двух ходов поршня, который это время работает подобно насосу, поэтому эти процессы иногда называют насосными, а ходы поршня, соответствующие этим процессам насосными ходами.

П роцесс выпуска отработавших газов начинается в конце такта расширения за 40...70° поворота коленчатого вала до прихода поршня в ВМТ. При этом происходит свободный выпуск под действием остаточного давления газа в цилиндре (0,4...0.6 МПа в двигателе без наддува). За время свободного выпуска удаляется до 50...70 % отработавших газов. При движении поршня от НМТ к ВМТ происходит принудительный выпуск оставшихся газов.

Влияние фаз газораспределения на процессы газообмена

Установлено, что для лучшего газообмена впускной клапан необходимо начать открывать примерно за 10—30° до прихода поршня в ВМТ, а выпускной закрывать спустя 10—50° после прохода поршнем ВМТ. Следовательно, существует период, во время которого оба клапана находятся в открытом состоянии. 

Период, когда одновременно открыты оба клапана, называется перекрытием клапанов, а периоды, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала, в течение которых клапаны открыты, называют фазами газораспределения. Графическое изображение фаз газораспределения — диаграмма показана на рис.

Этапы опережения, запаздывания и перекрытия клапанов позволяют улучшить очистку и наполнение цилиндров.

Опережение открытия впускного клапана обеспечивает достаточное проходное сечение к началу поступления свежего заряда в цилиндр, что позволяет увеличить эффективную пропускную способность клапана во время всего впуска, а значит, и наполнение цилиндра.

Запаздывание закрытия впускного клапана кроме повышения пропускной способности позволяет использовать инерцию свежего заряда для дополнительной подачи его в цилиндр — дозарядка цилиндра.

Опережение открытия выпускного клапана обеспечивает более эффективную очистку цилиндра за счет избыточного давления отработавших газов в конце процесса расширения и тем самым снизить потери мощности двигателя на принудительное выталкивание отработавших газов на такте выпуска. Запаздывание закрытия клапана позволяет дополнительно удалить из цилиндра некоторое количество остаточных газов путем использования их инерции движения через выпускной клапан и за счет перепада давлений между цилиндром и окружающей средой.

Если клапаны открываются с большим опережением и закрываются с большим запаздыванием, фазы газораспределения называются широкими. Если опережение открытия и запаздывание закрытия клапанов незначительны, фазы газораспределения называются узкими.

В большинстве случаев высокооборотные двигатели имеют более широкие фазы газораспределения, чем двигатели малооборотные.

Факторы, влияющие на процессы газообмена: подогрев свежего заряда, сопротивление на впуске

частота вращения коленчатого вала, нагрузка на двигатель, условия окружающей среды, степень сжатия, параметры остаточных газов.