5. Процессы газообмена.

5.1. Охарактеризуйте тепловые и газодинамические условия протекания процессов газообмена в 4-тактных ДВС. В чем проявляется влияние гидравлического сопротивления систем впуска и выпуска?

В цикле при впрыскивании сначала происходит перетекание теплоты от деталям к заряду, потом при сгорании от заряда к деталям. При сгорании за 10% длины цикла по углу ПКВ в систему охлаждения передается 90% всей теплоты цикла. Изменение давления показано на диаграмме (рис. 1.1)В процессе работы имеют место несколько явлений, таких как дозарядка – продолжение впуска при, если при увеличении частоты вращения в начале хода сжатия давления во впускном коллекторе р_к>р. А при малой частоте вращения во время запаздывания закрытия впускного клапана происходит обратный выброс – когда поршень вытесняет часть заряда обратно во впускную систему.

5.2. Как и зачем в процессе впуска организуют направленное вихревое движение заряда в цилиндре?

Вращение заряда достигают применением винтового или тангенциального впускных каналов, а также экранированием впускного клапана и его седла. Если ось потока воздуха, поступающего в цилиндр, не пересекает его ось, то создается вращательное движение заряда. Вращение заряда обусловлено взаимодействием центробежных и сил инерции. Применение завихривания приводит к лучшему перемешиванию топлива с воздухом, т.е. обеспечение однородности смеси и увеличению фронта пламени. Создание вращательного движения заряда при впуске приводит к снижению _V. До некоторого значения увеличение скорости способствует интенсификации тепловыделения, но при перезавихривании уменьшается количество теплоты от сгорания.

5.3. Что называется фазами газораспределения? Покажите диаграмму фаз газораспределения. Что та­кое дозарядка и обратный выброс, от чего они зависят?

Периоды, выраженные в градусах угла поворота коленвала, в течении которых клапаны открыты, называют фазами газораспределения. При правильном выборе фаз не только улучшается очистка цилиндров от продуктов сгорания и заполнение его свежим зарядом , но может несколько сократиться затрата энергии на газообмен. Фазы для каждой частоты имеют свою величину, а реальные фазы выбирают так, чтобы обеспечить оптимальное наполнение для наиболее важного диапазона скоростных режимов работы. Если при увеличении частоты вращения поток воздуха движется с возрастающей скоростью и в начале хода сжатия давления во впускном коллекторе р_к>р, то впуск продолжается – это и есть дозарядка. При малой частоте вращения во время запаздывания закрытия впускного клапана поршень вытесняет часть заряда обратно во впускную систему – обратный выброс.

6. Показатели, характеризующие процессы газообмена.

6.1. Что называется коэффициентом остаточных газов? Какие факторы оказывают основное влияние на γ?

Качество очистки цилиндра от продуктов сгорания характеризуется отношением количества молей остаточных газов М_r к количеству молей свежего заряда M_1ц, заполнившего цилиндр после завершения процесса впуска. Это отношение называют коэффициентом остаточных газов =М_r/M_1ц. Если для 4-тактных ДВС принять, что процесс выпуска заканчивается в ВМТ, то M_r=p_rV_c/(8314T_r). Итак, все факторы, способствующие увеличению p_r (сопротивление выпускного клапана и системы выпуска) или понижению температуры T_r (состав смеси, степень расширения, теплоотдача), обуславливают рост .

6.2. Что называется коэффициентом наполнения? Приведите выражение η_ν для 4-тактных двигателей, поясните входящие в него величины и проанализируйте их влияние.

Основная характеристика качества процесса газообмена – коэффициент наполнения _V, равный отношению количества свежего заряда M_1ц, наполнившего цилиндр после завершения газообмена, к тому количеству свежего заряда М_т, которое теоретически могло бы заполнить рабочий объем цилиндра V_h при p_к и T_к. Для 4-тактных ДВС: _V=₁*/(-1)*T_к/(T_к+T)*p_a/p_к*(1-1/*p_r/p_a**_оч), где коэффициент дозарядки ₁=M_1ц/М_1а; =с_r/c_p - коэффициент теплоемкости остаточных газов; _оч – коэффициент очистки, учитывающий изменение количества ОГ в течении фазы запаздывания закрытия выпускного клапана. Из формулы следует, что при росте  _V будет уменьшаться пропорционально /(-1), при этом уменьшается  и T_r. Поэтому по экспериментальным данным коэффициент от  не зависит. Выражение показывает, что p_a влияет больше, чем p_r, поэтому в двигателях применяют наддув, а без наддува стремятся увеличить пропускное сечение впускного клапана. Также заметный эффект дает применение четырех клапанов и применение тангенциальных и вихревых впускных каналов. Подогрев заряда T и увеличение  уменьшает _V.

6.3. Какие регулировки и параметры окружающей среды оказывают влияние на η_ν? Каково это влия­ние?

Влияние нагрузки таково, что при малой нагрузке у бензиновых ДВС увеличивается подогрев зарядаT, а также при дросселировании M_r изменяется мало, в то время как М_1ц свежей смеси уменьшается, поэтому  заметно растет. При росте частоты растут потери давления p_a, поэтому _V падает. При малых же частотах имеет место обратный выброс, что приводит опять таки к падению _V. Чем ниже температура и выше давление, тем больше свежего заряда М_1ц заполняет цилиндры. При этом возрастает и теоретическое количество М_Т. р₀ мало влияет на _V, но он пропорционален Т^(1/m), где m=2…4.