Процесс впуска и газообмена

Расчёт действительного цикла двигателя

РАЗОМКНУТЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ И ИХ АНАЛИЗ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭВМ

Разомкнутые теоретические циклы по сравнению с замкнутыми (рис.10), используя термодинамические соотношения, дополнительно учитывают:

1) процессы впуска и выпуска, но при полном отсутствии сопротивлений и без изменения температуры и давления рабочего тела, а также без учета затрат энергии на газообмен;

2) изменение качества рабочего тела на протяжении одного цикла, т. е. учитывают изменения состава рабочего тела и зависимость его теплоемкости от температуры;

3) зависимость показателей адиабат сжатия и расширения от средней теплоемкости, но без учета теплопередачи и, следовательно, без учета тепловых потерь в процессах сжатия и расширения;

4) процесс сгорания топлива, точнее подвод теплоты, который зависит от теплоты сгорания рабочей смеси и учитывает изменение количества рабочего тела при сгорании (учет коэффициента молекулярного изменения);

5) потери теплоты, связанные с изменением температуры (подогревом) остаточных газов и избыточного воздуха (при α>1) или с химической неполнотой сгорания топлива при недостатке кисло­рода воздуха (α<1).

Рис.10 Разомкнутые теоретические циклы (ε=8; Т_а=350К; Р_а=0,1МПа; α=1)

При рассмотрении теоретических разомкнутых циклов процессы впуска и выпуска рассматривались как обратимые процессы, протекающие при постоянном давлении, равном давлению окружающей среды (см. рис.10, прямая rа). В действительном цикле двигателей эти процессы необратимы и протекают при значительном изменении давления. Фактический характер изменения давления в процессе впуска в двигателе без наддува схематически показан на рис. 11 а, а в двигателе с наддувом — на рис. 11, б (кривая r'da ^’ aa").

Анализ протекания процесса впуска показывает, что он фактически является сложнейшим процессом наполнения цилиндра двигателя свежим зарядом (топливовоздушной смесью или воздухом).

Рис. 11. Изменение давления в процессе выпуска в четырехтактном двигателе: а — безнаддува; б — снаддувом

При этом процесс впуска практически состоит из трех принципиально различных периодов:

1) в первый период, от момента начала открытия впускного клапана (точка r') до момента закрытия выпускного клапана (точка а'), происходит одновременное наполнение цилиндра свежим зарядом, выпуск отработавших газов и их смешение. Этот период, когда открыты одновременно впускной и выпускной клапаны, называют перекрытием клапанов (φ_п на рис.12), и именно в этот период происходит наиболее интенсивный провес газообмена;

2) период от точки d до точки а при движении поршня к н.м.т, характеризует основной период впуска свежего заряда, продолжение смешения его с отработавшими газами, выравнивание их совместного давления и температуры;

3) в третий период при движении поршня от н.м.т. (точка а) до точки а" происходит одновременно завершение процесса наполнения цилиндра (дозаряда, или обратный выброс) и начало сжатия смеси.

Предварительное открытие впускного клапана обеспечивает к моменту прихода поршня в в.м.т. некоторое проходное сечение в клапане, что улучшает наполнение цилиндра двигателя. Кроме того, предварительное открытие впускного клапана используется для продувки двигателей с наддувом, что уменьшает количество остаточных газов и снижает тепловую напряженность камеры сгорания, верхней части цилиндра и поршня. Влияние продувки при предварительном открытии впускного клапана может учитываться в расчетах коэффициентом очистки φ_оч.Величина φ_очзависит в основном от степени наддува, скоростного режима двигателя и продолжительности периода перекрытия клапанов. Коэффициент очистки, как правило, учитывается только при расчете двигателей с наддувом. При отсутствии продувки коэффициент φ_оч = 1, апри полной очистке цилиндров от продуктов сгорания в период перекрытия клапанов φ_оч = 0.

Закрытие впускного клапана после н.м.т. позволяет, используя скоростной напор, инерционные и волновые явления во впускной системе, ввести в цилиндр двигателя дополнительную массу свежего заряда, что повышает степень использования рабочего объема цилиндра. Дополнительное наполнение цилиндра после прохода поршнем н.м.т. называется дозарядкой. Влияние дозарядки на параметры процесса впуска может быть учтено в расчете коэффициентом дозарядки φ_доз. Дозарядка рабочего объема цилиндра свежим зарядом в основном зависит от соответствующего подбора фаз газораспределения (прежде всего от величины угла опаздывания закрытия впускного клапана), длины впускного тракта и частоты вращения коленчатого вала. По данным проф. И. М. Ленина при удачно выбранных вышеуказанных параметрах дозярадка на номинальном режиме работы двигателя может достигать 12 — 15%, т. е.φ_доз =1,12 — 1,15. Однако при уменьшении частоты вращения коэффицинт дозарядки уменьшается, а при минимальной частоте вращения вместо дозарядки наблюдается обратный выброс, достигающий 5 — 12%, т. е. φ_доз = 0,95 — 0,88.

Схема фаз газораспределения представлена на рис. 12 в виде круговой диаграммы по углу поворота коленчатого вала в увязке с индикаторной диаграммой процессов выпуска и впуска. Следует помнить, что фазы газораспределения, а также основные геометрические размеры и принципиальные компоновочные схемы впускного и выпускного трактов устанавливаются на основе опытных данных и обязательно уточняются при экспериментальной доводке новой модели двигателя. Правильный выбор фаз газораспределения, основных геометрических размеров и принципиальных схем впускного тракта, а также начальных условий — температур и давлений окружающей среды, отработавших газов и свежего заряда — позволят успешно рассчитать новый двигатель, а затем и создать его.

Дата добавления: 2014-10-31