Процесс впуска

Процесс впуска (линия rа на рис. 1) в двигателях внутреннего сгорания предназначена для наполнения цилиндров горючей смесью (воздухом — в дизелях). Этот процесс вспомогательный и на него расходуется часть полезной работы цикла, так как впускная система обладает некоторым аэродинамическим сопротивлением. Однако, чем больше наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом, тем выше мощность двигателя. Поэтому процесс впуска очень важен. Начинается впуск до в.м.т. в момент открытия впускного клапана за 10...30° поворота коленчатого вала (п.к.в.) (точка 1). Предварение впуска позволяет увеличить проходное сечение клапана к моменту основного впуска при движении поршня от в.м.т. к н.м.т. За основной период впуска в цилиндр поступает 85...90 % заряда.

Процесс впуска заканчивается за н.м.т., когда поршень движется к в.м.т. (точка 2). Запаздывание впуска составляет 40...80° п.к.в. За этот период в цилиндр поступает дополнительное количество заряда за счет разрежения и инерции движущейся массы горючей смеси (или воздуха) по трубопроводу.

К моменту начала впуска в цилиндре четырехтактного двигателя остается некоторое количество отработавших газов. Горючая смесь или воздух начнут поступать в цилиндр в тот момент, когда давление там будет ниже атмосфер­ного (р_о).

Разрежение в цилиндре двигателя зависит от аэродинамического сопротив­ления системы впуска, которое может быть определено из выражения:

Δр_a=р₀-р_a

где Δр_a - потери давления во впускной системе; р₀ - давление во впускном трубопроводе; р_a - давление цилиндра

Рис. 1. Диаграмма процесса впуска четырехтактного двигателя:

Тогда давление в цилиндре двигателя в конце наполнения (точка а):

р_a =р₀- Δр_a

Из выражения следует, что чем меньше потери давления во впускной системе ( ), тем больше давление в цилиндре

Потери давления на впуске для четырехтактных двигателей без наддува ≈ (0,1. ..0,3) . Меньшие значения — для дизелей, у которых сопротивление впускной системы ниже, большие — для карбюраторных и газовых двигателей из-за наличия карбюратора, обладающего повышенным сопротивлением.

В двигателях двухтактных и с наддувом потери давления =(0,05... 0.10) , где

- давление наддува, или продувки.

В процессе впуска свежий заряд подогревается за счет контакта с нагретыми частями двигателя от температуры Т_о до (Т_о + ΔТ). Значение ΔТ зависит от основных размеров двигателя, материала деталей цилиндропоршневой группы, способа охлаждения, а также от нагрузки и скоростного режима. Для автотракторных двигателей ΔТ=10...40 °С.

Подогретый до температуры Т_о+ΔТ заряд поступает в цилиндр и смешива­ется с остаточными газами, температура которых Т_r гораздо выше температуры свежего заряда. Подогрев от остаточных газов зависит от их температуры и количества, которое определяется коэффициентом остаточных газов . Отношение количества остаточных газов - к ко­личеству свежего заряда M₁ в молях называют коэффициентом остаточных газов γr⁼ /M₁. Чем меньше этот коэффициент, тем лучше будет наполнение цилиндров. Коэффициент остаточных газов для карбюраторных двигателей равен 0,06...0,12; дизелей - 0,03...0,06.

Температура в конце впуска Т_a может быть определена на основе уравнения теплового баланса, составленного для свежего заряда и остаточных газов. Окончательное выражение для Т_а:

Температура остаточных газов для карбю­раторных двигателей = 900...1100°С, а для дизелей =700...900 °С

Расчетные значения температуры в конце впуска (точка а): карбюраторные двигатели - 340...400°С; дизели- 310... 350°С.

Степень совершенства процесса впуска оценивают коэффициентом наполнения, который равен отношению действитель­ного количества свежего заряда, посту­пившего в цилиндр, к количеству за­ряда, которое могло бы разместиться в рабочем объеме цилиндра при атмосферном давлении и температуре.

где и - действительное количество заряда, поступившего в цилиндр (в кг или молях); и - количество заряда, которое заполнило бы цилиндр при давлении и температуре .

Значения коэффициента наполнения для двигателей без наддува на ре­жиме максимальной мощности: карбюраторные двигатели — 0,75...0,85; ди­зели —0,75...0,9.