Файл: Артамонов, М. Д. Основы теории и конструкции автомобиля учебник.pdf

сгорания газообразного топлива объем (количество киломолей) про­ дуктов сгорания может быть меньше, равен или больше объема (количества киломолей) свежего заряда.

Изменение объема (количества киломолей) зависит от природы

иколичества входящих в топливо углеводородов, а также от соот­ ношения между количеством углеводородов и количеством водорода

ио к и с и углерода.

Изменение объема при сгорании характеризует коэффициент молекулярного изменения горючей смеси р0. который представляет собой отношение количества киломолей продуктов сгорания М 2 к количеству киломолей горючей смеси Мх, т. е.

В конце такта сжатия в цилиндре находится рабочая смесь, состоящая из горючей смеси и остаточных газов. Однако коэффи­ циент р0 не учитывает влияния остаточных газов. Поэтому введено понятие о коэффициенте молекулярного изменения рабочей смеси

р, который представляет собой отношение общего количества кило­ молей газов в цилиндре после сгорания (продукты сгорания М 3 п остаточные газы М г от предыдущего цикла) к общему количеству

кпломолеп газов до сгорания (горючая смесь М хи остаточные газы

мгу.

М, + М г

11 ~ Mi + Mr •

Разделим полученное выражение на М и учтя, что

где уг — коэффициент остаточных газов.

Заменив в формуле для коэффициента р отношения количеств газов коэффициентами р„ и уг, получим

Повышение коэффициента р означает увеличение объема газов, образующихся, в результате сгорания, и способствует увеличению полезной работы цикла.

Величина коэффициента р зависит от химического состава топ­ лива, коэффициента остаточных газов у,, и коэффициента избытка воздуха а. Основным фактором, оказывающим влияние иа коэф­ фициенты р0 и р, является коэффициент а, при уменьшении кото­ рого величины р„ и р увеличиваются. Поэтому одной из причин повышения мощности карбюраторного двигателя при работе на обогащенных смесях, т. е. при коэффициенте а <; 1, является уве­ личение значений р0 и р.

16

Ниже приведены значения коэффициента молекулярного нзме нения рабочей смеси р:

§ 3. ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ ТОПЛИВА И СМЕСИ

Низшую теплоту сгорания (в кДж/кг) жидких ы твердых топлив определяют по формуле Д. И. Менделеева:

Основным методом определения теплоты сгорания топлива является сжигание его в калориметре.

Мощность двигателей, работающих на различных топливах, зависит от теплоты сгорания смеси топлива и необходимого для сгорания количества воздуха.

Если пренебречь объемом топлива, то теплоту сгорания (в кДж/м?) смеси жидкого топлива с воздухом можно определить по формуле

где L'w— объемное количество воздуха, теоретически необходимое для сгорания 1 кг топлива (м3 воздуха/кг топлива).

Теплоту сгорания смеси газообразного топлива с воздухом определяют по формуле

где LI — объемное количество воздуха, теоретически необходимое для сгорания 1 м3 газообразного топлива (м3 воздух а/м3 газа).

§ 4. ТЕПЛОЕМКОСТЬ ЗАРЯДА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

Для определения температуры сгорания необходимо знать киломольные теплоемкости различных газов, которые, в свою очередь, зависят от температуры.

Различают истинную и среднюю киломольные теплоемкости 1 кмоля газа.

Истинной теплоемкостью называют значение теплоемкости газа в определенный момент при заданной температуре.

Средней теплоемкостью пазывают некоторое среднее значение теплоемкостей^ между двумя заданными чемпёр»^грщ!Гнг-щшчеА1

,17

Г л а в а 111

ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЕ ЦИКЛЫ

ДВИГАТЕЛЕЙ в н у т р е н н е г о с г о р а н и я

Действительные циклы двигателей значительно отличаются от со­ ответствующих рассмотренных выше теоретических циклов. Это объясняется тем, что в реальном двигателе невозможно создать условия, в которых протекает теоретический цикл. Так, например, рассматривая теоретический цикл, считают, что состав и количество

Рис. 5. Иггдпкаторпые диаграммы действительных циклов четырехтактных двигателей:

а — карбюраторного; б — дизеля

идеального газа остаются неизменными, тогда как в действитель­ ности происходит не только изменение количества газов, но и изме­ нение их химического состава. После окончания действительного цикла отработавшие газы не возвращаются к своему первоначаль­ ному состоянию и не остаются в цилипдре, а выпускаются в атмо­ сферу, освобождая объем для свежего заряда. Поэтому действитель­ ный цикл по существу является разомкнутым.

В действительном цикле теплоемкости газов не остаются посто­ янными, так как температура и состав газов значительно изме­ няются. Кроме того, в действительном цикле имеют место тепло­ вые и гидравлические потери.

19

На рис. 5 изображены индикаторные диаграммы действитель­ ных циклов четырехтактного карбюраторного двигателя (рис. 5, а) и четырехтактного дизеля (рис. 5, б). Эти циклы можно предста­ вать в виде следующих основных чередующихся и частично пере­ крывающих друг друга процессов: впуска (га), сжатия (ас'), сго­ рания (c‘z), расширения (zb1) п выпуска (Ь’г).

' Процесс впуска обычно начинается около в. м. т. (перед точкой г) н заканчивается около точки ль. Процесс сжатия заканчивается в точке с' (в момент воспламенения). Затем начинается процесс сгорания, который заканчивается на линии расширения zb. Про­ цесс расширения заканчивается в точке Ь‘ (в момент открытия выпускного клапана), а процесс выпуска — обычно после в. м. т. (за точкой г).

Механическую работу, совершаемую газами в цилиндре двига­ теля за один цикл, можно определить по разпости площадей фигур aczb и bra. Площадь фигуры bczb является положительной, а фигуры brab — отрицательной, так как её величина пропорциональна ра­ боте, затрачиваемой на преодоление сопротивлений при выпуске п впуске.

Ниже рассмотрены отдельные процессы действительного цпкла двигателя.

§ I. ПРОЦЕСС ВПУСКА

Процесс впуска (зарядки) необходим для наполненпя цилиндра горючей смесыо или воздухом.

Количество горючей смеси или воздуха, поступающее в цилиндр во время впуска, зависит от ряда факторов, основными из которых являются: 1) гидравлические сопротивления систем впуска и вы­ пуска; 2) подогрев свежего заряда от соприкосновения с горячими деталями двигателя и в результате перемешивания с остаточными отработавшими газами от предшествующего цикла; 3) наличие в цилиндре в начале наполненпя его свежим зарядом остаточных газов.

Давление в процессе впуска

Перед впуском свежего заряда в цилиндре находится некоторое количество остаточных газов. Эти газы в четырехтактном двига­ теле занимают объем Vc камеры сгорания (рис. 6), причем давление их р г больше атмосферного, а температура значительно выше тем­ пературы свежего заряда.

При движении поршня от в. м. т. к н. м. т. давление остаточных газов р г уменьшается до атмосферного давления р 0, после чего начинается наполнение цилиндра свежим зарядом. Давление све­ жего заряда при этом становится ниже атмосферного из-за гидрав­ лических сопротивлений в системе впуска двигателя.

20

В двухтактных двигателях процесс зарядки в отличие от четырехтактиых происходит в результате принудительной подачи све­ жего заряда в цилиндр во время его продувки.

Давление в цилиндре в период впуска меньше давления окру­ жающей среды, причем наибольшее разрежение соответствует при­ близительно половине хода поршня, т. е. максимальному значе­ нию скорости поршня. К концу впуска в точке а давление р а не­ сколько повышается в результате скоростного напора, создавае­ мого силами инерции поступающего в цилиндр заряда.

Улшныпенпе давления из-за сопротивлений в системе впуска

Ьра = Рп — Ра’

вым двигателям, а мень­ шие — к дизелям).

Для четырехтактных двигателей с наддувом, у которых свежий заряд поступает в систему впуска из нагнетателя под давлением р!{, величина Др а находится в пределах (0,05—0,10) р а.

Таким образом, давления в конце впуска выражаются форму­ лами:

Ра = Р о -Л р а; Ра = Р к - ДРа-

Плотность, а следовательно, и масса заряда тем больше, чем больше значение давления р а. Поэтому давление впуска при конструировании двигателя стремятся повысить путем увеличения проходного сечения впускного клапана, улучшения чистоты обра­ ботки внутренней поверхности деталей системы впуска, уменьше­ ния длины и числа изгибов впускного трубопровода, выбора эф­ фективных фаз газораспределения, уменьшения давления на вы­ пуске и другими способами.-

Температура газов в процессе впуска

Температура свежего заряда в процессе наполнения цилиндра изменяется. В результате испарения топлива температура заряда в карбюраторных двигателях снижается. Вместе с тем свежий за­ ряд, поступивший в цилиндр, нагревается при соприкосновении

21