4.3.3. Розрахунок процесу стиску

Після встановлення значення показника n₁ тиск р_с і температура Т_с наприкінці стиску, тобто в точці с індикаторної діаграми, обчислю­ються за рівняннями політропи стиску.

Значення параметрів процесу стиску для автомобільних двигунів наведені в табл. 4.2 [1; 2; 7].

звідки

Таблиця 4.2

Параметри процесу стиску

Питання і завдання для самоконтролю

1. Для чого необхідний процес стиску у ДВЗ? Які задачі вирішують­ся при здійсненні стиску?

2. Що називається ступенем стиску? Із яких міркувань вибирається найбільше і найменше значення ступеня стиску для різних двигунів? Наведіть їх числові значення.

3. Як змінюється напрям теплообміну при стиску? Як залежить по­казник політропного стиску від теплообміну?

4. Що таке середній показник політропи стиску? У яких межах він змінюється для різних типів автомобільних двигунів?

5. Які фактори і в якому напрямку впливають на середнє значення показника політропи стиску?

4.4. Процеси сумішоутворення і згоряння

У ДВЗ процесу згоряння передує процес приготування паливо-повітряної суміші необхідного складу. Повнота і швидкість згоряння ви­значаються не тільки загальним співвідношенням кількості палива і по­вітря в суміші, яке характеризується коефіцієнтом надміру повітря а, але й однорідністю суміші, швидкістю, місцем і часом її утворення. У карбюраторних і газових двигунах сумішоутворення переважно зовніш­нє, в дизелях - внутрішнє, в газодизелях - комбіноване.

4.4.1. Сумішоутворення у бензинових і газових двигунах

Сумішоутворення у цих двигунах включає в себе комплекс взаємо­пов'язаних процесів: дозування палива і повітря, розпилювання, випа­ровування палива (у бензинових двигунах) і змішування його з повітрям. Змішування компонентів горючої суміші здійснюється шляхом молеку­лярної дифузії одного газу в другий.

У карбюраторних двигунах утворенню однорідної горючої палив­но-повітряної суміші заважає різний агрегатний стан компонентів. Тому дифузійним процесам змішування парів палива з повітрям повинні пе­редувати процеси розпилювання і випаровування рідкого палива.

Розпилювання палива. Паливо або паливна емульсія (суміш па­лива з невеликою кількістю повітря) під дією розрідження витікає із роз­пилювача в дифузор карбюратора, у якому з великою швидкістю руха­ється повітряний потік. Струмина палива роздрібнюється на каплі різних діаметрів і плівки, які під час руху по впускному тракту розпадаються на більш дрібні утворення. Внаслідок цього поверхня палива збільшується в десятки і сотні разів, що значно прискорює швидкість нагрівання і ви­паровування його. Процес розпилювання палива інтенсифікується при збільшенні відносної швидкості обдування його повітрям і знижується при зростанні в'язкості і коефіцієнта поверхневого натягу палива.

Під час руху краплин палива по впускній системі частина їх осідає на стінках, утворюючи паливну плівку, параметри якої залежать від та­ких факторів, як сили зчеплення із стінкою, відносна швидкість повітря­ного потоку, сили ваги, сили поверхневого натягу та ін. Внаслідок цього траєкторія плівки має складний вид, а швидкість її руху значно менша, ніж швидкість суміші. Сумішоутворення погіршується. Дослідження свід­чать, що найбільша кількість плівки (до 25...40% від поданого палива [2; 4]) утворюється на режимах повного навантаження і малих частот обертання колінчастого вала, коли швидкості потоку повітря в дифузорі відносно малі.

Випаровування і сумішоутворення. Ці процеси починаються від­разу ж після витікання палива у дифузор карбюратора. Умови для випа­ровування крапель палива і плівки різні. В початковий період, коли від­носна швидкість крапель палива і повітря значна (100 м/с і більша), ви­паровування йде, головним чином, за рахунок теплоти, яка міститься у самих каплях. Після розгону крапель потоком повітря інтенсивність ви­паровування їх визначається швидкістю теплообміну між паливом і повіт­рям. Швидкість випаровування паливної плівки залежить від інтенсив­ності обдування її повітрям і теплообміну із стінками впускного тракту.

Для прискорення випаровування плівки вживається підігрівання впуск­них трубопроводів рідиною, нагрітою в двигуні, або відпрацьованими газами двигуна. Необхідно зауважити, що під час прискорення руху по­вітряного потоку й підігріванні його зменшується наповнення циліндра свіжою сумішшю. Процеси випаровування та змішування парів палива з повітрям продовжуються і в циліндрі під час тактів впуску та стиснення і закінчуються перед початком згоряння.

У двигунах із впорскуванням бензину паливо розпилюється фо­рсунками. Воно впорскується або у впускні патрубки кожного циліндра під тисом 0,25...0,5 МПа, або безпосередньо в циліндри під тиском 0,9... 1,5 МПа, або однією форсункою під тиском до 0,1 МПа на ділянці до розгалуження впускного трубопроводу. У перших двох випадках роз­пилене паливо потрапляє в гаряче середовище і швидко випаровується, що сприяє гарному сумішоутворенню, а в останньому сумішоутворення продовжується як у карбюраторній системі. В усіх трьох системах по­кращується розпилювання і дозування палива по циліндрах, збільшу­ється наповнення циліндрів свіжим зарядом.

У газових двигунах процес змішування газу з повітрям відбува­ється переважно під час їх руху по впускному тракту від змішувача до циліндра двигуна завдяки молекулярній дифузії одного газу в інший. При цьому однорідність суміші буде тим вища, чим ближче відношення об'ємів змішуваних газів до одиниці. Для інтенсифікації дифузійних про­цесів у впускній системі збільшують поверхні змішування, турбулізують заряд, що сприяє переміщуванню не тільки окремих молекул, але й об'ємів компонентів.

Починається застосування впорскування газу подібно впорскуван­ню бензину в бензинових двигунах.