- •Двигатели внутреннего сгорания
- •Часть I основы теории двигателей
- •1. Классификация и принцип работы двигателей внутреннего сгорания
- •1.3.Рабочий цикл двухтактного двс
- •2. Тепловой расчет двигателей внутреннего сгорания
- •2.1. Теоретические термодинамические циклы двс
- •2.1.1. Теоретический цикл двигателей с подводом теплоты при постоянном объеме
- •2.1.2. Теоретический цикл двигателей с подводом теплоты при постоянном давлении
- •2.1.3. Теоретический цикл двигателей с подводом тепла при постоянном объеме и постоянном давлении (смешанный цикл)
- •2.2. Действительные циклы двс
- •2.2.1. Рабочие тела и их свойства
- •2.2.2. Процесс впуска
- •2.2.3. Процесс сжатия
- •2.2.4. Процесс сгорания
- •2.2.5. Процесс расширения
- •2.2.6. Процесс выпуска
- •2.3. Индикаторные и эффективные показатели двигателя
- •2.3.1. Индикаторные показатели рабочего цикла
- •2.3.2. Эффективные показатели рабочего цикла
- •2.4.Особенности рабочего цикла и теплового расчета двухтактных двигателей
- •3. Параметры двигателей внутреннего сгорания
- •3.1. Тепловой баланс двигателей
- •3.2. Определение основных размеров двигателей
- •3.3. Основные параметры двигателей
- •4. Характеристики двигателей внутреннего сгорания
- •4.1. Регулировочные характеристики
- •4.2. Скоростные характеристики
- •4.2.1. Внешняя скоростная характеристика
- •4.2.2. Частичные скоростные характеристики
- •4.2.3. Построение скоростных характеристик аналитическим методом
- •4.3. Регуляторная характеристика
- •4.4. Нагрузочная характеристика
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 Trв 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 (Ро, То), 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 принимаютРо= 0.101 МПа;Т0=273 +15 = 288 К).
Количество газов, заполняющих цилиндр двигателя в конце впуска, составляет:
.
Характеристические уравнения для Ma, M0, Mrимеют следующий вид:
; ; ,
где: Рa , Тa –давление и температура газов в конце впуска;
Ra, R0, Rr – соответствующие газовые постоянные.
После подстановки характеристических уравнений в уравнение для Maполучим
.
Если допустить равенство газовых постоянных Ra, R0, Rr и разделить обе части полученного выражения наVc, 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 температурыΔвследствие 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 Δхарактеризуется 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 Paопределяется 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 Paможно определить при известном коэффициенте наполненияηυ по формуле:
.