2.5. Давление и температура.

Итак, воздух, входящий в цилиндр после компрессора, имеет повышенное, по отношению к атмосферному, давление, повышенную плотность. Это необходимо для сохранения коэффициента избытка воздуха, свойственного дизелю, т. е. на уровне 1,2 – 1,8 для автотракторных дизелей, 1,8 – 2,2 - для тепловозных и стационарных и более 2,2 – 2,4 - для крупных малооборотных судовых дизелей. Мы говорим о сохранении , так как речь идёт о форсировании двигателя путём увеличения подачи топлива. Повышение массового наполнения цилиндра воздушным зарядом необходимо для создания в цилиндре достаточного количества кислорода, необходимого для сжигания повышенного количества топлива. Но повышенный расход воздуха от компрессора необходим ещё и для продувки камеры сгорания, с целью лучшей очистки её от остаточных газов, с целью снижения температуры заряда в цилиндре, а также для снижения температуры стенок камеры сгорания и выпускного клапана. Эту температуру нужно снижать не только для повышения надёжности работы камеры сгорания, выпускного клапана, но и с целью уменьшения того подогрева заряда, который происходит от них. Продувка камеры сгорания избыточным воздухом позволяет также снизить концентрацию токсичных веществ в отработавших газах.

Следует также отметить, что воздух, входя в цилиндр двигателя с повышенным давлением, может совершать положительную работу в процессе газообмена. Это может иметь место, если давление на выпуске Р_r будет ниже, чем давление на впуске Р_к. На диаграммах рис. 2.15 а и б показаны два таких возможных вида индикаторных диаграмм.

Таким образом, видно, что если двигатель правильно спроектирован, т. е. достигается соотношение Р_к/Р_r  1, то это приводит к получению дополнительной работы на тактах газообмена. Очевидно, что поскольку работу впуска – выпуска рабочего тела относят к механическим потерям (говорят о насосных ходах поршня), то в данном случае получаем повышение механического к. п. д. дизеля.

Рис. 2.15. Схемы индикаторных диаграмм при отрицательной работе насосных ходов (а) и положительной (б). (Объяснение повышения механического к. п. д. дизеля с наддувом при Р_k/Р_r 1).

Для двигателя с всасыванием из атмосферы коэффициент наполнения цилиндра составляет обычно 0,80 – 0,92. Т. е. гидравлические потери на впуске, наличие остаточных газов в цилиндре, подогрев заряда от стенок цилиндра и клапанов снижают наполнение. На этот коэффициент существенно влияют выбранные фазы газообмена (моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов) и время – сечения (проходные сечения и время открытого состояния) выпускных и впускных органов. У двигателя с наддувом расход воздуха на впуске повышается, благодаря повышенному давлению после компрессора, а следовательно при тех же конструктивных размерах дизеля, его клапанов и т. д. фазы газообмена, время – сечения открытия клапанов должны быть изменены (рис. 2.16).

Причём, очевидно, что нужно увеличить проходные сечения на впуске и выпуске заряда и время, отводимое на газообмен. Продувка цилиндра происходит в период перекрытия клапанов, т. е. тогда, когда и впускные, и выпускные клапаны открыты, т. е. вблизи ВМТ. На схемах показаны сравнения фаз газообмена для двигателей разных типов. Видно, что у высокооборотных четырёхтактных двигателей, а также у 4^х – тактных двигателей с наддувом необходимо увеличивать время – сечения перекрытия клапанов, время – сечения открытого состояния клапанов.

Рис. 2.16. Наиболее распространённые фазы газообмена четырёхтактных и двухтактных двигателей с наддувом и без наддува. ВОД – высокооборотные двигатели, МОД – малооборотные двигатели, ДН – двигатели с наддувом, ОТКР – открытие, ЗАКР – закрытие, ВП – впуск, ВЫП – выпуск.

Так, для высокооборотных четырёхтактных двигателей с наддувом опережение открытия выпускного клапана может достигать 75 градусов поворота коленчатого вала (град. п. к. в.) до НМТ, в то время, как для малооборотного двигателя без наддува оно составляет лишь 18 град п. к. в. Для двухтактных двигателей также необходимо увеличивать опережение открытия и запаздывание закрытия впускных и выпускных органов для двигателей быстроходных и двигателей с наддувом.