31 Начертите индикаторную диаграмму процесса наполнения 4х тактного двигателя

Упрощенная индикаторная диаграмма процесса наполнения изображена на рисунке 1.

Всасывающий клапан открывается с опережением ₁ – в точке 1 с тем, чтобы к моменту начала движения поршня к НМТ, клапан был открыт на достаточно большую величину. Обычно опережение открытия таково, что в ВМТ проходное сечение клапана составляет 5–8% от его максимального значения.

Однако, несмотря на открытие всасывающего клапана с опережением свежий заряд не начинает поступать в цилиндр двигателя сразу же после начала движения поршня в сторону НМТ. Он начинает поступать только в точке 3, когда создается некоторое разряжение Р_а, представляющее из себя потери давления во впускной системе (в воздухоочистителе, во всасывающем патрубке и т.д.).

а) б)

Рисунок 1 Диаграмма процесса наполнения (а) и фаз наполнения (б) четырехтактного ДВС: V₁ – расширение остаточных газов; V₂ – незаполненный объем

Процесс всасывания можно рассматривать состоящим из пяти этапов:

I – расширение остаточных газов (r-2-3);

II – поступление свежего заряда при ускоренном движении поршня (3-4);

III – то же при замедленном движении поршня (4-а);

IV – то же при движении поршня в сторону ВМТ (по инерции а-5);

V – обратный выброс заряда (5-6); здесь 6 – момент закрытия всасывающего клапана (запаздывание закрытия ₂) .Следует заметить, что в течении IV этапа может поступать до 20% заряда. Поэтому нет смысла всасывающий клапан закрывать в НМТ, следует его закрывать с запаздыванием (на ₂).

В течение пятого этапа на отдельных режимах может обратно выбрасываться до 20% заряда.

На рисунке 1, б приведена диаграмма фаз наполнения двигателя. На ней отмечены опережение открытия ₁ и запаздывания закрытия клапана ₂ всасывающего. В качестве примера укажем, что у двигателя ЯМЗ-740 ₁=10 п.к.в. и ₂=46п.к.в.

Как видно из диаграммы, V_oV_h, (из-за потерь V₁, и V₂), т.е. полностью заполнить рабочий объем цилиндра свежим зарядом не удается. Для повышения полноты заполнения рабочего объема свежим зарядом следует уменьшать V₁, и V₂, т.е. улучшать очистку цилиндра от отработавших газов и снизить гидравлическое сопротивление всасывающего тракта или, иначе, повысить давление Р_а.

32. Начертите индикаторную диаграмму двухтактного двигателя и круговую диаграмму его фаз газораспределения.

33 Температура и давление смеси в конце наполнения

Хотя температура в цилиндре вначале и намного превышает температуру самовоспламенения смеси (рисунок 2), самовоспламенения не происходит. Объясняется это чрезмерно короткой продолжительностью действия такой высокой температуры (подогреться заряд не успевает) и недостаточной концентрацией свежей рабочей смеси в начальном участке всасывания. В дальнейшем концентрация возрастает, но вместе с тем резко снижается и температура смеси.

Рисунок 2 График изменения температуры смеси в процессе наполнения

Температуру смеси в конце наполнения (Та) можно найти с учетом подогрева свежего заряда о горячие детали на величину tcm и количества тепла, содержащегося в остаточных газах. В двигателях жидкостного охлаждения их детали имеют следующую температуру: - стенка цилиндра - 370 К; - впускные клапана - 420-520 К; - выпускные клапана - 870-1070 К;

- поршень (днище) - 550 К - если из алюминиевого сплава и 720К - чугуна.

Отсюда следует, что на величину подогрева заряда будет влиять и материал поршня. Если поршень чугунный, то t_cm=25-40С, если из алюминиевого сплава - 15-25С.

Влияют и особенности впускного тракта, (например, переключением подогрева «зима-лето» можно повлиять на t_cm).

После поступления в цилиндр свежий заряд перемешивается с более горячими остаточными газами и вновь подогревается.

К концу наполнения у газов, поступивших в цилиндр двигателя, устанавливается какая-то усредненная температура. Величину ее можно определить на основе уравнения баланса количества тепла в точке «а»:

Q_a=Q_o+Q_r+Q_cm.

Здесь: Q_a=M_aC_vaT_a – тепло в точке «а»:

Q_o=M_oС_voT_o – тепло, содержащееся в свежем заряде;

Q_r=M_rC_vrT_r – тепло, содержащееся в остаточных газах;

Q_ст=M_оC_vot_ст – тепло, полученное свежим зарядом от нагретых стенок цилиндра, поршня и др.;

C_v – мольная теплоемкость;

Т_а, Т_r и Т_о – температуры в точке а, остаточных газов и окружающей среды.

При наддуве за температуру окружающей среды принимается температура после компрессора: , где р_к и р_о – давления за компрессором и окружающей среды; п_к – показатель политропы сжатия в компрессоре; _н – степень наддува (р_к/р_о).

При промежуточном охлаждении воздуха за температуру компрессора принимается температура после холодильника.

Подставив эти значения в исходное уравнение, получаем:

M_aC_vaT_a=M_oC_voT_o+M_rC_vrT_r+M_oC_vot_cm

и то

. (2)

34-36 Физическая сущность наддува

Повысить весовое наполнение цилиндра двигателя (вместимость цилиндра свежем зарядом) и на основе этого мощность двигателя можно увеличением давления воздуха у всасывающих клапанов. Такое повышение обычно называют наддувом, а сами двигатели – двигателями с наддувом или турбированными двигателями (в этой связи двигатели без наддува можно называть «атмосферными»).

Повышение мощности за счет наддува оценивают степенью наддува _н: . (1)

По величине _н отличают дозарядку цилиндра (_н=1,05…1,1) и собственно наддув (_н1,1).

Если _н<1,5, то наддув называют низким, 1,5…2,2 – средним и выше 2,2…2,5 – высоким.

При наддуве мощность на 20…30% можно повысить, практически ничего не меняя в двигателе.

В принципе наддув может применяться как в ДсИЗ (устанавливая агрегат наддува как до карбюратора, так и после), так и в дизелях.

Однако в настоящее время наддув в основном применяется в дизелях. В автомобильных ДсИЗ его используют в редких случаях, в частности в спортивных машинах. Ограниченное распространение наддува здесь объясняется тем, что возрастание общей степени сжатия (при наддуве) приводит к резкому увеличению вероятности возникновения детонационного сгорания.