3. Параметры процесса газообмена и факторы, влияющие на него.

3.1. Параметры процесса газообмена.

Совершенство процессов очистки цилиндра от отработавших газов и заполнение его воздухом, оценивается, соответственно коэффициентами остаточных газов и наполнения цилиндра .

Коэффициентом остаточных газов называется отношение количества остаточных газов в цилиндре двигателя к количеству свежего заряда поступившего в цилиндр.

Коэффициентом наполнения называется отношение количества свежего заряда действительно поступившего в цилиндр, к тому количеству свежего заряда, которое могло бы заполнить рабочий объём цилиндра.

Увеличение коэффициента наполнения и снижение остаточных газов при тех же размерах цилиндра позволяют получить большую мощность двигателя.

3.2. Факторы, влияющие на процессы газообмена.

1. Подогрев свежего заряда.

Во время впуска в двигатель свежий заряд подогревается от нагретых деталей. Подогрев свежего заряда способствует снижению коэффициента наполнения. На бензиновых двигателях это способствует испарению топлива, но увеличение степени подогрева будет рациональным до тех пор, пока повышение энергетических и экономических показателей двигателя будет покрывать падение этих показателей вследствие снижения коэффициента наполнения.

2. Сопротивление на впуске и выпуске.

Влияние гидравлического сопротивления впускной и выпускной систем на коэффициент наполнения проявляется через величины давления впуска и выпуска. Чем больше потеря давления на впуске, тем меньше плотность свежего заряда в цилиндре и коэффициент наполнения. Уменьшение сопротивления впускной системы достигается:

- ограничение скорости движения свежего заряда, т.е. впускной трубопровод и клапан должны иметь достаточные проходные сечения, небольшую длину и тщательную обработку;

Установка глушителей , турбин повышает сопротивление на выходе.

3.Частота вращения коленчатого вала.

С повышением частоты вращения коленчатого вала сопротивление впускной системы возрастает пропорционально квадрату частоты вращения. Поэтому давление в цилиндре в конце наполнения снижается.

Рис.4. Зависимость коэффициента наполнения от нагрузки:1- дизельный двигатель; 2- карбюраторный двигатель.

Одновременно с увеличением частоты вращения увеличивается дозарядка цилиндра, снижается подогрев воздуха и уменьшаются потери заряда из-за запаздывания закрытия впускных клапанов. Влияние всех факторов приводит к тому, что на некоторой частоте вращения коэффициент наполнения достигает максимального значения. При дальнейшем увеличение частоты вращения влияние роста гидравлического сопротивления по сравнению с эффектом дозарядки и подогрева оказывается преобладающим, в следствии чего коэффициент наполнения уменьшается.

4.Нагрузка на двигатель.

С ростом нагрузкиувеличивается развиваемая мощность двигателя. Влияние нагрузки на коэффициент наполнения у дизелей и карбюраторных двигателей различно (рис.5).

Рис.5. Влияние нагрузки на коэффициент наполнения: 1 – в дизеле; 2 – в карбюраторном двигателе.

В дизеле для увеличения мощности впрыскивается большее количество топлива, что приводит к росту температуры деталей, а значит и подогреву свежего заряда. Поэтому в дизелях с ростом нагрузки наблюдается некоторое снижение коэффициента наполнения.

В карбюраторных двигателях для увеличения нагрузки поворачивают дроссельную заслонку, создавая тем самым меньшее сопротивление на впуске. При этом увеличивается количество свежего заряда, а прогрев его снижается. Поэтому зависимость коэффициента наполнения близка к линейной.

5. Размеры и количество клапанов.

При увеличении размеров или количества клапанов снижаются потери на впуске и выпуске, что приводит к соответствующему повышению коэффициента наполнения.

Определение влияния на коэффициент наполнения может оказывать также и расположение клапанов. При верхних клапанах впускной трубопровод получается более выгодной формы, благодаря чему сокращается его сопротивление.

6. Материал деталей.

Применение алюминиевых сплавов для деталей цилиндро-поршневой группы вместо чугуна позволяет значительно понизить их температуру, что снижает подогрев заряда и обеспечивает повышение коэффициента наполнения.

7.Условия окружающей среды.

Чем ниже температура окружающей среды и выше атмосферное давление, тем больше масса свежего заряда заполнит цилиндр двигателя.

Занятие 1

ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ.

Учебные вопросы:

1. Основные понятия и определения.

2. Первый и второй законы термодинамики. Цикл Карно.

Литература:

1. Стуканов В.А. Основы теории автомобильных двигателей и автомобиля: Учебное пособие. – М.: Форум: ИНФРА-М, 2004.- 368 с.

2. Касьянов В.А. Физика. 10 кл. Профильный уровень: для общеобразоват. Учреждений. – м.: Дрофа, 2006. – 431 с.

1. Основные понятия и определения.

   1. Рабочее тело и параметры его состояния.

Термодинамика – наука о закономерностях превращения энергии, которая изучает возможности использования внутренней энергии тел для совершения механической работы. Она является основой теории двигателей внутреннего сгорания. Всякая тепловая машина приводится в действие вследствие происходящего в ней изменения состояния вещества, называемого рабочим телом. Рабочее тело определяет тип и назначение тепловой машины. Наиболее эффективными рабочими телами для тепловых машин являются газы и пар, обладающие наибольшим коэффициентом объёмного расширения.

Физическое состояние рабочего тела характеризуется величинами, которые называют термодинамическими параметрами состояния.

К параметрам состояния относятся:

- температура;

- давление;

- удельный объём;

- внутренняя энергия и др.

Температура, давление, удельный объём – основные параметры газообразных веществ.

Температура газа служит мерой кинетической энергии поступательного движения молекул газа и характеризует степень его нагрева.

В настоящее время в мире существует несколько температурных шкал и единиц измерения температуры. Наиболее распространённая в Европе шкала Цельсия, где нулевая температура это температура замерзания воды при атмосферном давлении, а температура кипения воды при атмосферном давлении принята за 100 градусов Цельсия (⁰ С). В Северной Америке используется шкала Фаренгейта.

Для термодинамических расчётов очень удобна абсолютная шкала или шкала Кельвина. За ноль в этой шкале принята температура абсолютного нуля, при этой температуре прекращается всякое тепловое движение в веществе. Численно один градус шкалы Кельвина равен одному градусу шкалы Цельсия. Температура, выраженная по абсолютной шкале, называется абсолютной температурой. Соотношение для перехода от градусов Цельсия к градусам Кельвина:

Т (К) = t(⁰ С) + 273,15, где: Т – температура в Кельвинах; t–температура по шкале Цельсия.

Давление газа обуславливается совокупностью ударов беспорядочно движущихся молекул о стенки сосуда, в котором заключён газ, и представляет собой силу, действующую на единицу поверхности стенки:

р= , где Р – сила, Н; а – площадь поверхности, м². За единицу давления в международной системе единиц (СИ) принят Паскаль (Па) - давление, вызываемое силой 1Н, равномерно распределённой по нормальной к ней поверхности площадью 1м².

1 Па = 1Н/м² = 10^-3 кПа = 10^-6 мПа. Используют также и другие единицы - 1 кгс/м² = 9,81 Па, техническую атмосферу (1 атм = 1 кгс/см²) и бар (1 бар = 10⁵ Па = 1,02 атм) . Различают давление:

- абсолютное;

- избыточное;

- вакуумметрическое.

На практике за начало отсчёта обычно принимают атмосферное давление. Абсолютным давлением называется давление газов и жидкостей в закрытых объёмах. Если абсолютное давление больше атмосферного, то разность между ними характеризует избыточное давление.

р_абс = р_атм + р_изб.

Если абсолютное давление меньше атмосферного, то разность между ними называется разряжением, или вакуумом.

р_абс = р_атм – р_вак.

Формулы показывают, что при неизменном состоянии газа в сосуде постоянным остаётся лишь значение р_абс, значения р_изб, р_вак изменяются при изменении атмосферного р_атм. Поэтому параметром состояния газа служит только абсолютное давление, которое и входит во все термодинамические зависимости.

Удельный объём вещества (м³/кг) – это величина, равная отношению его объёма к его массе:

υ , где m – масса вещества; V–объём вещества.

Плотность (кг/м³) есть масса единицы объёма, обратная удельному объёму:

ρ .

При изучении свойств рабочего тела в технической термодинамике вводят понятие идеального газа, в котором силами взаимодействия между молекулами пренебрегают и рассматривают молекулы как абсолютно упругие частицы, объём которых мал по сравнению с объёмом газа. В технике в качестве рабочих тел применяют реальные газы и их смеси.