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

с горячими деталями двигателя и в результате перемешивания с остаточными газами. В конечном итоге температура заряда в про­ цессе впуска повышается.

Степень подогрева заряда АТ зависит от нагрузки, угловой ско­ рости коленчатого вала и условий охлаждения двигателя. Увели­ чение нагрузки сопровождается повышением средней температуры цикла, что увеличивает степень подогрева заряда. При увеличении угловой скорости коленчатого вала степепь подогрева уменьша­ ется. Очевидно, что подогрев снижает плотность заряда и тем са­ мым уменьшает количество горючей смеси или воздуха, поступаю­ щих в цилиндр двигателя. По опытным данным величина АТ для карбюраторных двигателей находится в пределах 10—40°, а для дизелей — в пределах 10—20°.

Свежий заряд с температурой Т0 + АТ смешивается в цилиндре двигателя с остаточными газами, которые при давлении р г нагреты до температуры Тг, превышающей температуру заряда.

Количество остаточных газов в конце выпуска оценивают так называемым коэффициентом остаточных газов уг, который представляет собой отношеппе количества остаточных газов М Т к количеству свежего заряда М 1г поступившему в цилиндр двига­ теля во время впуска:

где М г и Мг выражены в киломолях.

Коэффициент уг возрастает с увеличением объема камеры сго­ рания, т. е. с уменьшением степени сжатия е, а также с увеличе­ нием давления остаточных газов р г.

Если нет продувки цилиндра и двигатель работает с полной на­ грузкой, то коэффициент остаточных газов уг четырехтактных дви­ гателей находится в пределах:

В двухтактных двигателях степень очистки цилиндров зави­ сит от принятой системы продувки и колеблется в пределах 0,03—- 0,40.

Для определения температуры Та свежего заряда в конце впуска составим уравнение теплового баланса для точки а диа­ граммы:

22

TQ— температура заряда до поступления его в ци­ линдр в К;

Т0 + АГ — температура заряда с учетом подогрева его прп соприкосновенны с горячимы деталями двига­ теля в К.

Так как количество остаточных газов невелико по сравнению с количеством горючей смеси, то разницей в теплоемкостях можно

Из формулы (17) следует, что температура заряда в конце впуска возрастает при увеличении значений АТ и у,.. По формуле (17) можно определять температуру Та как для четырехтактных, так и для двухтактных двигателей.

Ниже приведены значения температур Тг и Та (в К):

Коэффициент наполнения

В результате подогрева и изменения плотности свежего заряда его количество, действительно поступающее в цилиндр за время впуска, меньше того количества, которое могло бы заполнить рабо­ чий объем цилиндра при давлении и температуре окружающей среды.

Степень наполнения цилиндра свежим зарядом оценивают ко­ эффициентом наполнения г]у, который представляет собой отноше­ ние количества свежего заряда, действительно поступившего в ци­ линдр. к теоретически возможному его количеству, которое могло бы' заполнить рабочий объем V h при давлении и температуре перед

впускными органами:

где Gx и М х — количество свежего заряда, действительно посту­ пившее в цилиндр, в кг или кмоль;

G0 ц М 0 — количество свежего заряда, которое могло бы за­ полнить рабочий объем Vh при давлении и темпе­ ратуре перед впускными органами в кг или кмоль.

23

Согласно определению коэффициента г|у, свежий заряд при тем­ пературе Т0 и давлении р 0 занимает объем г| vVh.

На основании характеристического уравнения pV = 8314 МТ можно определить количества киломолей свежего заряда М и остаточных газов М г и смеси М а по формулам:

где давления выражены в Н/м2, объем V — в м3 и температуры в К. Учитывая, что Vh = (е — 1) Vc и Vr = Fc, а также разделив почленно последнее уравнение на F c, после сокращения получим

Ра (в— 1) (Т 0-\-АТ)

■РГ=*Ра-

Из этого уравнения определим коэффициент наполнения ци­ линдра четырехтактного двигателя

При выводе формулы для определения коэффициента наполне­ ния цилиндра двухтактного двигателя необходимо учитывать, что на части хода поршня расположены продувочные и выпускные окна.

Из уравнения (18) следует, что коэффициент г|у зависит от дав­ лений в конце впуска р а и в конце выпуска р г, подогрева заряда АТ и степепи сжатия е.

Основным параметром, оказывающим влияние на коэффи­ циент г]у, является давление р а в конце впуска. Так, изменение давления р а на 0,01 МН/м2 приводит при всех прочих равных усло­ виях к изменению коэффициента г)у на 15—18%, а изменение дав­ ления р г на ту же величину — всего лишь на 1—2%.

Величина pfl зависит от гидравлического сопротивления си­ стемы впуска, т. е. от снижения давления Ар, которое пропор­ ционально квадрату скорости горючей смеси. Увеличение темпера­ туры подогрева АТ свежего заряда уменьшает коэффициент i]y. В результате испытаний двигателей установлено, что коэффици­ ент т)у зависит от степени сжатия незначительно.

На коэффициент наполнения двигателя оказывают также влияние размеры цилиндра, расположение клапанов, конструк-

24

дня впускных каналов и фазы газораспределения. В случае увели­ чения диаметра цилиндра можно увеличить диаметр впускного кла­ пана п тем самым уменьшить скорость заряда в системе впуска, а также и гидравлические потери в пен.

Увеличить диаметр цилиндра можно, используя короткоходиую конструкцию двигателя, для которой отношение хода поршня

к диаметру цилиндра меньше единицы ^ = 0 0,8--г0- ,0,9) ]. Скорость

поршня у этих двигателей также меньше, чем у обычных.

В случае установки верхних клапанов можно уменьшить число колеи впускного трубопровода и обеспечить плавный впуск за­

симости от эксплуатационных требований, предъявляемых к дви­ гателю.

Ниже приведены величины коэффициента наполнения г|у при угловой скорости, соответствующей максимальной мощпостп дви­ гателя:

§ 2. ПРОЦЕСС СЖАТИЯ

Процесс сжатия необходим для создания лучших условий воспла­ менения и сгорания рабочей смеси, а также для увеличения тем­ пературного перепада цикла и степени расширения продуктов сгорания, что создает благоприятные условия для увеличения к. п. д. двигателя.

В действительном цикле процесс сжатия происходит в условиях теплообмена между свежим зарядом и деталями двигателя, т. е.

25

но является адиабатическим. Весьма сложпый характер этого теп­ лообмена не может быть выражен точно при помощи термодинами­ ческих формул. Поэтому считают, что процесс сжатия протекает политропнческн с показателем пъ который является средней вели­ чиной на всем протяжении процесса сжатия.

На рис. 8 показано условное взаимное расположение кривых сжатия (ас), показателей к адиабаты (Ьг) и действительной поли­ тропы сжатия п1 (ез).

В начале сжатия температура свежего заряда значительно ниже температуры окружающих деталей, и поэтому первый период процесса сжатия (участок am), сопровождается притоком теплоты от горячих деталей к заряду. При этом, показатель политропы больше показателя адиабаты (пх > к).

При дальнейшем сжатии температура заряда повышается п становится больше температуры окружающих деталей, вслед­ ствие чего теплота от заряда передается деталям (участок тс). Показатель политропы в этом случае меньше показателя

адиабаты (п1 <; к).

В зависимости от значений местных температур оба явле­ ния могут происходить одновре­ менно: передача теплоты за­ ряду от более нагретых деталей и отвод теплоты от заряда к бо­ лее холодным из них.

Опытным путем установле­ но, что количество теплоты, ко­ торое заряд передает окружаю­ щим деталям на участке тс,

больше притока теплоты от деталей к заряду па участке am. По­

Средняя величина показателя политропы сжатия пх зависит от угловой скорости коленчатого вала двигателя, размеров цилинд­ ра, интенсивности охлаждения, формы камеры сгорания и конст­ руктивных особенностей двигателя. С увеличением угловой ско­ рости коленчатого вала двигателя значение показателя пхувели­ чивается, а с повышением средней температуры процесса сжатия

26