Влияние диаметра цилиндра и расположение клапанов.

Цилиндр большого диаметра позволяет осуществить размещение клапанов с небольшими проходимыми сечениями, что способствует снижению гидравлических потерь и повышению коэффициента наполнения. Получившее в настоящее время широкое распространение короткоходные двигатели (двигатели, в которых отношение хода поршня к диаметру цилиндра меньше единицы) имеют сравнительно большой диаметр цилиндра. Это позволяет размещать в головках цилиндров клапаны большого диаметра при их верхнем расположении. Верхнее расположение клапанов и аэродинамическая форма впускных клапанов дают возможность снизить гидравлическое сопротивление, а следовательно, и увеличить коэффициент наполнения.

Влияние фаз газораспределения.

Рассмотрим влияние фаз газораспределения на характер зависимости . Оно проявляется главным образом через угол запаздывания закрытия впускного клапана.

Известно, что на повышенных скоростных режимах при определённом угле закрытия впускного клапана происходит дозаряд цилиндра, увеличивающий η_u. При низких частотах вращения коленчатого вала при том же угле возможно выталкивание части свежего заряда из цилиндра, что снижает коэффициент наполнения. Следовательно, изменение угла запаздывания закрытия впускного клапана, изменяя интенсивность дозарядки и выталкивания, оказывает влияние на характер протекания кривой .

На рис.8 приведены зависимости η_u от частоты вращения коленчатого вала при раннем (кривая 1) и позднем (кривая 2) закрытии впускного клапана. В последнем случае максимум η_u смещается в сторону высоких n.

Выбор фаз экспериментным путём обеспечивает оптимальные условия наполнения цилиндра свежим зарядом только для определённого интервала изменения скоростного режима двигателя.

В таблице 1 приведены фазы газораспределения отдельных автомобильных двигателей.

Процесс сжатия.

Рабочее тело, представляющее к концу процесса наполнения смесь подвергается сжатию. Сжатие рабочего тела предшествует процессу сгорания топлива.

Одним из основных параметров, определяющих развитие процессов сжатия и всего цикла в целом, является степень сжатия Е. Чем выше степень сжатия, тем при прочих равных условиях выше степень расширения газов, образующихся в процессе сгорания топлива. Соответственно этому расширяются пределы изменения состояния рабочего тела, что повышает степень преобразования теплоты в работу.

Для повышения термодинамических показателей цикла степень сжатия стремятся увеличить. Однако в реальных условиях Е ограничена в зависимости от типа двигателя, его конструкций и условий применения. Для карбюраторных двигателей степень сжатия ограничивается детонацией, вероятность возникновения которой повышается с ростом температуры и давления конца сжатия и в процессе сгорания топлива. Для карбюраторных двигателей Е=6-10; для дизелей Е=13-23,5. Минимальное значение степени сжатия дизеля определяется условиями надёжного воспламенения топлива. Поэтому необходимо, чтобы температура самовоспламенения топлива не менее чем на 200-300К. Максимальное значение Е для дизелей определяется выполнением условий обеспечения заданной надёжности двигателя.

При рассмотрении теоретических циклов предполагали, что процесс сжатия рабочего тела развивается без теплообмена (адиабатически). В реальных двигателях процесс сжатия носит сложный характер и сопровождается переменным теплообменом между рабочим телом и стенками цилиндра. Кроме того, в процессе сжатия происходит утечка рабочего тела через неплотности поршневых колец и клапанов, а в карбюраторном двигателе – испарение части топлива, поступившего в цилиндр в капельно-жидком состоянии. В этих условиях процесс сжатия является политропным с переменным показателем политропы n'.

Изменение n' во время процесса сжатия приведена на рис.9 (здесь показано также изменение температуры рабочего тела и показателя адиабаты R). В начальный период сжатия температура рабочего тела ниже температуры стенок цилиндра. На рассматриваемом участке процесса повышения температуры и внутренней энергии рабочего тела происходит не только в результате повода теплоты от стенок, но и за счёт работы сжатия, причём показатель политропы n' больше показателя адиабаты R. По мере повышения температуры рабочего тела интенсивность подвода теплоты снижается, а показатель политропы сжатия уменьшается, причём его значение приближается к значению показателя адиабаты R. В момент, когда температура рабочего тела сравнивается с температурой стенок, теплообмен на мгновение прекратится.

При дальнейшем сжатии температура рабочего тела превышает температуру стенок. Тепловой поток изменяет направление – рабочее тело отдаёт теплоту стенкам, показатель политропы становится меньше показателя адиабаты (n'<R) и непрерывно уменьшается с повышением температуры рабочего тела.

Для упрощения расчёта цикла переменный по ходу сжатия показатель n' заменяют некоторым средним, постоянным по значению показателем n₁' при .

Характер протекания процесса сжатия в действительном цикле четырёхтактного двигателя показан на рис.10.

Параметры рабочего тела в конце такта сжатия определяются с учётом среднего значения показателя политропы n₁' , постоянного для всего процесса. Принимая, что начало сжатия совпадает с НМТ, имеем:

;

При расчёте рабочего цикла n₁' следует назначать исходя из особенностей проектируемого двигателя с учётом факторов, влияющих на развитие процесса сжатия.