- •Дисциплина Силовые агрегаты Лекция 2 Рабочие процессы действительного цикла двигателя внутреннего сгорания. Процессы газообмена и сжатия
- •Процессы газообмена
- •Процесс сжатия.
- •1. Процессы газообмена
- •1.1 Условия протекания процессов газообмена в 4-тактных двигателях
- •Определение параметров рабочего тела в системах впуска и выпуска.
- •Процесс сжатия
- •Назначение процесса сжатия. Факторы, обусловливающие выбор величины степени сжатия.
- •Теплообмен между рабочим телом и стенками цилиндра в процессе сжатия.
-
Определение параметров рабочего тела в системах впуска и выпуска.
Процесс газообмена характеризуется рядом параметров. Рассмотрим их. В цилиндр 4-х тактного двигателя без наддува может поступить весовой заряд, называемый теоретическим:
где — плотность воздуха на впуске.
Он возможен при условии отсутствия гидравлических потерь на впуске в цилиндр (при бесконечно медленном перемещении поршня на малой скорости воздуха и газа) и равенства температур воздуха и стенок цилиндра параметры свежего заряда р0, Т0 в конце процесса наполнения были бы такими же, как и во впускном коллекторе
В действительности процесс наполнения является весьма сложным процессом, характер которого зависит от многих факторов.
Сложность процесса обусловлена следующими обстоятельствами:
1) процесс является неустановившимся, так как скорость свежего заряда в процессе наполнения непрерывно меняется, что обусловлено переменной скоростью поршня и непрерывно изменяющейся площадью проходных сечений органов впуска;
2) процесс наполнения сопровождается теплообменом воздуха с нагретыми поверхностями,, причем теплообмен носит неустановившийся характер вследствие непрерывного изменения как температуры воздуха, так и температуры поверхности теплообмена;
3) в процессе наполнения происходит перемешивание поступающего свежего заряда и остаточных газов, которые также участвуют в теплообмене;
4) процесс наполнения сопровождается гидравлическими потерями во впускной системе;
5) протекание процесса наполнения зависит от процессов, происходящих в системе выпуска.
Перечисленные явления, сопровождающие процесс наполнения, приводят к тому, что давление воздуха в цилиндре в процессе наполнения оказывается меньше, а температура больше, чем во впускном коллекторе, и поэтому, действительный весовой заряд цилиндра оказывается меньше теоретического.
Качество процесса наполнения оценивается коэффициентом наполнения.
Коэффициентом наполнения называется отношение количества воздуха (в килограммах или молях), действительно поступившего в цилиндр и оставшегося после закрытия органов газораспределения, к тому количеству воздуха, которое могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндрa при давлении и температуре среды перед впускными органами:
где и− соответственно количество киломолей и масса, кг, свежего заряда; − объем свежего заряда приведенный к условиям на впуске(р0, Т0 или рк, Тк ), м3; и − количество киломолей и масса, кг, свежего заряда, теоретически способного заполнить рабочий объем цилиндра; − плотность воздуха на впуске(при р0, Т0 или рк, Тк.); − рабочий объем цилиндра.
Качество очистки цилиндра от продуктов сгорания характеризуется отношением количества молей остаточных газов Мг к количеству молей свежего заряда Mln, заполнившего цилиндр после завершения процесса впуска; это отношение называют коэффициентом остаточных газов:
Количество воздуха, поступившего в цилиндр и оставшееся в нем после закрытия органов газораспределения, называется действительным или индикаторным весовым зарядом.
Для бензинового двигателя при подсчете коэффициента наполнения пренебрегают топливом, содержащим в смеси, и учитывают только воздух, что мало сказывается на получаемом значении
В отличие от индикаторного полным весовым зарядом gвп называется количество воздуха, которое прошло в цилиндр через органы впуска в течение всего процесса наполнения.
Отношение полного заряда к индикаторному называется коэффициентом продувки:
По опытным данным для четырехтактных двигателей без наддува
= 0,8 0,9; = 1,0 1,05;
для четырехтактных двигателей с наддувом
=0,85 0,95; = 1,05 1,3.
Рабочее тело в конце процесса наполнения представляет собой смесь воздуха и остаточных газов, а в бензиновом двигателе смесь воздуха, топлива и остаточных газов. Эту смесь принято называть рабочей. Температура поступающего в цилиндр воздуха повышается за счет подогрева его от соприкосновения со стенками и смешения с остаточными газами. Учет подогрева заряда от соприкосновения с горячими поверхностями был введен советским ученым Е. К. Мазингом в качестве дополнения к методу В. И. Гриневецкого.
Подогрев заряда зависит:
— от температуры поступающего воздуха и температуры стенок;
— от размеров цилиндра;
— от режима работы двигателя;
-
от условий охлаждения цилиндра.
По опытным данным:
— для четырехтактных двигателей с наддувом (без промежуточного охлаждения воздуха) 010°;
— для дизелей без наддува 1030°;
— для двухтактных дизелей 510°.
Температуру рабочей смеси в конце наполнения можно определить из уравнения теплового баланса.
Различие в теплоемкостях воздуха, остаточных газов и рабочей смеси не превышает 10%. Учитывая, что содержание остаточных газов в рабочей смеси невелико (порядка 3—6%), можно пренебречь различием теплоемкостей и получить расчетное выражение для .
(4)
Давление воздуха в цилиндре в процессе наполнения не равно давлению на впуске , а всегда меньше на величину , которая зависит от гидравлических сопротивлений системы впуска, режима работы двигателя и площади проходных сечений системы впуска. Так как точный учет всех факторов невозможен, то при определении величины ориентируются на опытные данные и принимают для дизелей без наддува
. (5)
Для увеличением давления на впуске относительные потери во впускных органах уменьшаются и поэтому для двигателей с наддувом принимают
. (6)
Для двухтактных быстроходных дизелей
.