7. Сравнение показателей газообмена в 2- и 4-тактных двс.

7.1. Охарактеризуйте организацию и особенности протекания процессов газообмена в 2-тактных ДВС.

В градусах ПКВ длительность процессов газообмена в 2-тактных ДВС в 3 раза меньше, чем в 4-тактных. Большая часть газообмена проводится при одновременно открытых впускных и выпускных окнах. Период между началом открытия выпускных органов и началом поступления в цилиндр свежего заряда называют свободным выпуском, при этом ОГ покидают цилиндр с критической скоростью. В начале открытия впускных окон часть ОГ забрасывается во впускной ресивер. При соотношении давлений р_рр_к начинается период продувки-наполнения, т.е. поступление смеси, которая смешивается с ОГ. При закрытых впускных окнах продолжается дополнительный выпуск. Во время продувки некоторая часть свежего заряда теряется через выпускные органы. Отношение количества смеси, поданной в цилиндр М_к к количеству, оставшемуся после газообмена М, называют коэффициентом продувки _пр=М_к/М. В результате продувки тепловая напряженность снижается. Качество очистки и наполнения в 2-тактных двигателях хуже.

7.2. Покажите основные схемы продувки 2-тактных ДВС и дайте их сравнительный анализ.

Существуют две схемы работы 2-тактного ДВС: петлевая и продувочная. При петлевой схеме поток газов идет из впускных окон вдоль стены к камере сгорания, потом вдоль противоположной стены – в выпускные органы. Управление выпускными продувочными окнами осуществляется поршнем. Эти схемы уступают по качеству газообмена прямоточным, однако отличаются простотой. Прямоточные схемы конструктивно сложнее, но в них обеспечивается более совершенная продувка и наполнение. Направление продувочных окон обеспечивает вращение заряда вокруг оси цилиндра, которое способствует не только улучшению продувки, но и повышает качество смесеобразования. Благодаря лучшей продувке и меньшей доле потерянного объема прямоточные схемы позволяют получить лучшие экономические и мощностные показатели.

8. Газообмен при наддуве.

8.1. Для каких систем наддува справедливы неравенства р_к/р_т>1, р_газ>0?

В двигателе с наддувом от приводного компрессора р_к/р_т>1, что благоприятно сказывается на качестве газообмена. В наддуве от приводного компрессора работа газообмена р_газ>0.

8.2. Запишите условия совместной работы компрессора, турбины и двигателя при газотурбинном наддуве.

Дополнительное сопротивление выпускной системы вследствие наличия турбины ТК определяется 3 условиями совместной работы: 1) N_к=N_T; N_к=l_кадG_к/_кад, где l_кад – адиабатная работа сжатия 1 кг воздуха (смеси) в компрессоре, G_к – секундный расход воздуха (смеси), _кад – адиабатический КПД компрессора; N_T=l_тадG_т_те_мТК, где l_тад – располагаемая работа 1 кг газа при его адиабатном расширении в турбине, G_т – секундный расход газов; _те – внутренний КПД турбины, равный отношению действительной располагаемо работы к располагаемой работе адиабатного расширения, _мТК – механический КПД ТК; 2) n_к=n_т – колеса турбины и компрессора установлены на одном валу; 3) G_T=G_к+G_топ-G_ут, где G_топ – секундный расход топлива, G_ут – расход на утечки, при сжатии ТВС G_T=G_к-G_ут.

8.3. Какие отношения р_к/р_т имеют место в двигателях с газотурбинным наддувом?

В двигателях с газотурбинным наддувом давление на впуске может быть больше, равно или меньше давления на выпуске, т.к. на соотношение р_к/р_т оказывают влияние температура газов перед турбиной, КПД ТК и показатели адиабаты для свежего заряда и продуктов сгорания. Для систем газонаддува это соотношение зависит от характеристик компрессора, турбины и режима работы двигателя.

8.4. Что называется КПД газотурбокомпрессора и как величина КПД влияет на отношение р_к/р_т?

Из условия равенства мощностей N_к=N_T: N_к=l_кадG_к/_кад, где l_кад – адиабатная работа сжатия 1 кг воздуха (смеси) в компрессоре, G_к – секундный расход воздуха (смеси), _кад – адиабатический КПД компрессора; N_T=l_тадG_т_те_мТК, где l_тад – располагаемая работа 1 кг газа при его адиабатном расширении в турбине, G_т – секундный расход газов; _те – внутренний КПД турбины, равный отношению действительной располагаемо работы к располагаемой работе адиабатного расширения, _мТК – механический КПД ТК. l_кадG_к/_кад=l_тадG_т_те_мТК, а из условия материального баланса G_T=G_к => l_кад =l_тад_те_мТК_кад => _ТК=_те_мТК_кад. Увеличение _ТК приводит к повышению р_к/р_т.

8.5. При какой системе наддува 4-тактного двигателя можно организовать эффективную продувку - очистку камеры сгорания от остаточных продуктов?

Наиболее благоприятны условия осуществления газообмена с наддувом от приводного компрессора. В этом случае можно применить «широкие» фазы газораспределения, выбрать большое перекрытие клапанов (до 120…130 град ПКВ) и обеспечить эффективную продувку и очистку камеры сгорания от ОГ. В пределе _оч=0 и коэффициент наполнения для 4-тактных ДВС _V=₁*/(-1)*T_к/(T_к+T)*p_a/p_к*(1-1/*p_r/p_a**_оч) -> _V=₁*/(-1)*T_к/(T_к+T)*p_a/p_к, что способствует его повышению.

8.6. Как изменяется подогрев свежего заряда в период наполнения при введении наддува?

При нагреве коэффициент теплоотдачи увеличивается (~_к^0,8), а температурный напор (T_w-T_рез.вп.) уменьшается, т.к. средняя по поверхности температура деталей T_w увеличивается в меньшей степени, чем температура заряда T_рез.вп.. При достаточно высоком наддуве T_w-T_рез.вп.<0 и может произойти охлаждение заряда. В результате совместного влияния этих факторов T может уменьшаться.

8.7. При каких системах продувки - очистки - наполнения двухтактных двигателей возможен наддув?

При прямоточных, т.к. управление впускными и выпускными органами осуществляется независимо.

8.8. В результате чего повышается массовое наполнение двигателя при наддуве? Как влияет проме­жуточное охлаждение на массовое наполнение цилиндров?

При нагреве коэффициент теплоотдачи увеличивается (~_к^0,8), а температурный напор (T_w-T_рез.вп.) уменьшается. В результате совместного влияния этих факторов T может уменьшаться. По рассмотренным причинам значение коэффициента наполнения возрастает. Массовое наполнение цилиндра при наддуве увеличивается как вследствие повышения _V, так и плотности воздуха перед впускными органами (G_вц=V_h_V_к). При промежуточном охлаждении T_к уменьшается, что усиливает все прежде сказанное и еще больше увеличивает наполнение.