в четырехтактных двигателях величина у г зависит от степени сжатия, параметров рабочего тела в конце впуска, частоты вращения и других факторов. С увеличением степени сжатия е и температуры остаточных газов Тг величина у г уменьшается, а при увеличении давления рг остаточных газов и частоты вращения п - возрастает.

Величина 7г изменяется в пределах:

Для бензиновых и газовых двигателей без наддува . . 0,04-0,10 Для дизелей без наддува...............0,02-0,05

При наддуве величина коэффициента остаточных газов снижается.

Температура в конце впуска. Эта температура (Т в К) с достаточной степенью точности определяется на основании уравнения баланса теплоты, составленного по линии впуска от точки г до точки а (см. рис. 22 и 23):

(59)

М,(mCp)S* (Г, + АТ) + Мг {mcj[Т, = {М, + М,) (тс;

где Ml (тср)* (Tft + AT) -количество теплоты, внесенное свежим зарядом, с учетом подогрева заряда от стенок; {mCpJ/ - количество теплоты, заключающееся в остаточных газах; (Mj + М) X X [fncpjt" - количество теплоты, заключающееся в рабочей смеси.

Принимая в уравнении (59) (тср)(* = [тс { - (тср получим

Та = (П + А7 Л- УгТг)1{\ + Уг). (60)

Величина Т в основном зависит от температуры рабочего тела, коэффициента остаточных газов , степени подогрева заряда и в меньшей степени - от температуры остаточных газов.

У современных четырехтактных двигателей температура в конце впуска Та изменяется в пределах:

Для карбюраторных двигателей . ............ 320-370 К

Для дизелей..................... 310-350 К

Для четырехтактных двигателей с наддувом ...... 320-400 К

Коэффициент наполнения. Наиболее важной величиной, характеризующей процесс впуска, является коэффициент наполнения, представляющий собой отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр, к тому количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндра при условии, что температура и давление в нем равны температуре и давлению среды, из которой поступает свежий заряд:

= Сд/Со = VJVo = Мд/Мо, (61)

где Од, Уд, Л1„ - действительное количество свежего заряда, поступившего в цилиндр двигателя в процессе впуска, соответственно в кг, м, моль; Go, Vo, Mo - количество заряда, которое могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндра при Ро и Т (или р и Т, соответственно в кг, м, моль.

Из уравнения (59) баланса теплоты по линии впуска устанавливается связь коэффициента наполнения с другими параметрами, характеризующими протекание процесса впуска. \

Для четырехтактных двигателей с учетом продувки и дозарядки цилиндра

Га + дг е - 1

Для четырехтактных двигателей без учета продувки и дозарядки

(Фоч = Фдоз = 1)

Величина коэффициента наполнения в основном зависит от такт-ности двигателя, его быстроходности и совершенства системы газораспределения.

Из выражений (62) и (63) следует, что коэффициент наполнения возрастает с увеличением давления в конце впуска и понижается с увеличением давления выпуска и температуры подогрева рабочей смеси. .

Значения коэффициента наполнения tjv для различных типов автомобильных и тракторных двигателей при работе их с полной нагрузкой изменяются в пределах:

Для карбюраторных двигателей............0,70-0,90

Для дизелей без наддува.............. . 0,80-0,94

Для дизелей с наддувом...............0,80-0,97

§ 9. ПРОЦЕСС СЖАТИЯ

В период процесса сжатия в цилиндре двигателя повышаются температура и давление рабочего тела, что обеспечивает надежное воспламенение и эффективное сгорание топлива.

Изменение давления в процессе сжатия показано на рис. 24. В реальных условиях сжатие происходит по сложному закону, практически не подчиняющемуся термодинамическим соот- ношениям, так как на изменение температуры и Давления в этом процессе влияют кроме изменения теплоемкости рабочего тела в зависимости от температуры: утечка газа через неплотности поршневых колец, дозарядка цилиндра до момента закрытия впускных клапанов, изменение направления и интенсивности теплообмена между рабочей смесью и

Рис. 24. Изменение давления в процессе сжатия

из 6 5

1,360

1,355

1,350

1,345

Ц- Б В to 12 14 " 16 18 20 С Рис. 25. Номограмма для определения показателя адиабаты сжатия

стенками хшлиндра, испарение топлива (только в двигателях с искровым зажиганием), начало сгорания топлива в конце процесса сжатия.

Условно принимается, что процесс сжатия в действительном цикле происходит по политропе с переменным показателем щ (кривая ode на рис. "36), который в начальный период сжатия (участок ad) превышает показатель адиабаты ki (идет подвод теплоты от более нагре-48

тых стенок цилиндра к рабочему телу), в какой-то момент времени точка d) принимает значение, равное значению (температуры стенок и рабочего тела выравнялись), а далее (учаслок dc) имеет меньшее значение, чем Ai (идет отвод теплоты от рабочего тела в стенки цилиндра).

В связи с трудностью определения переменной величины и усложнением расчетов обычно принимают, что процесс сжатия происходит по политропе с постоянным показателем tii (кривая ай"сс), величина которого обеспечивает получение такой же работы на линии сжатия, как и при переменном показателе ni.

Расчет процесса сжатия сводится к определению среднего показателя политропы сжатия параметров конца сжатия (р с и Г<.) и теплоемкости рабочего тела в конце сжатия (тсуУс (/ - температура смеси в конце сжатия, °С).

Величина tii уста вливается по опытным данным в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя, степени сжатия, размеров цилиндра, материала поршня и цилиндра, теплообмена и других факторов. Учитывая, что процесс сжатия протекает достаточно быстро (0,015 - 0,005 с на номинальном режиме), суммарный теплообмен между рабочим телом и стенками цилиндра за процесс сжатия получается незначительным и величину «1 можно оценить по среднему показателю адиабаты /г,. По номограмме, изображенной на рис. 25, для соответствующих значений г и Та определяется величина ki. Номограмма построена в результате совместного, решения на электронно-вычислительной машине двух уравнений, связывающих ki с Та, Тс, е и теплоемкостью воздуха (/гасу):

(64) (65)

(66)

A:, = l + (lgr„-lg7J/lge; fe, = l-f 8,315/(mc),

Более точно номограмму можно построить, если в формуле (65) теплоемкость воздуха {тсу){< заменить теплоемкостью рабочей

смеси {mcv)i<=.

Значения показателей политропы сжатия щ в зависимости от k устанавливаются в следующих пределах:

Для карбюратооных двигателей......(u, o,00)-f-(fei-0,04)

Для дизелей ................. (fei-f0,02)т-(Й1-0.02)

При одинаковых значениях г и Та значение tit для карбюраторных двигателей обычно ниже, чем для дизелей, так как в процессе сжатия топливовоздушной смеси происходит испарение топлива с поглощением теплоты. Кроме того, наличие паров топлива повышает теплоемкость смеси. Оба фактора снижают величину щ.

При определении значения tii по соответствующему показателю адиабаты необходимо учитывать, что с увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя, а также с уменьшением отношения поверхности охлаждения к объему цилиндра щ увеличивается. Повышение средней температуры процесса сжатия и увеличение интенсивности охлаждения двигателя уменьшают значение щ. В двигателях с воздушным охлаждением значение щ при прочих равных условиях выше, чем в двигателях с жидкостным охлаждением. Перевод открытой жидкостной системы на закрытую также повышает значение rii.

Давление (МПа) и температура (К) в конце процесса сжатия определяются из уравнения политропы с постоянным показателем /г,:

Рс = Ра"; (67)

(68)

В современных автомобильных и тракторных двигателях давление и температура в конце сжатия изменяются в пределах:

Тс =

Для карбюраторных двигателей .... Для быстроходных дизелей без иаддува

Рс=0,9-=-2,0МПа и Г=600-800 К Pf=3,5-f-5,50 МПа и r=700-j-900 К

Для дизелей с наддувом значения рсЯ повышаются в зависимости от степени наддува.

Средняя мольная теплоемкость свежей смеси в конце сжатия принимается равной теплоемкости воздуха и определяется по табл. 5 или по формуле из табл. 6 в интервале температур О-15(Ю° С. Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатия (тсуУ.е [кДж/(кмоль • град)] может быть определена непосредст-

венно по табл. 7 для бензина или по табл. 8 для дизельного топлива. -При невозможности определить (mcv) по этим таблицам (несоот-

ветствие элементарного состава топлива) средняя мольная теплоемкость остаточных газов определяется по уравнению

(КЙ = Но» (""""vcoil + со {"гсуа,)1 + Л1н.о (тс; f +

(69)

где средние мольные теплоемкости отдельных компонентов продуктов сгорания определяются по табл. 5 или по формулам табл. 6 в интервале температур О-1500° С.

Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси (свежая смесь + остаточные газы) определяется по уравнению

После расчета и определения параметров точки с производится ориентировочное исправление линии сжатия с целью учета начала сгорания. Положение точки с (см. рис. 24) определяется величиной угла опережения зажигания (впрыска). Для современных быстроходных двигателей угол опережения зажигания при работе на номинальном режиме колеблется в пределах 30-40°, а угол опережения впрыска - в пределах 15-25°. Положение точки / (отрыв линии сгорания от линии сжатия) определяется периодом задержки воспламенения рабочей смеси. При этом давление в конце сжатия ориентировочно повышается до значения рс" = (1,15-f-1,25) р (точка с").

§ 10. ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ

Процесс сгорания - основной процесс рабочего цикла двигателя, в течение которого теплота, выделяющаяся вследствие сгорания топлива, идет на повышение внутренней энергии рабочего тела и на совершение механической работы.

Изменение давления в процессе сгорания топлива в карбюраторном двигателе с воспламенением от искры показано на рис. 26, а в дизеле - на рис. 27. Кривые cf(fz, схематически показывакй- действительное изменение давления в цилиндрах двигателей в процессе сгорания. В реальных двигателях процесс сгорания, точнее - догорание топлива, продолжается и за точкой 2д на линии расширения.

На характер протекания процесса сгорания оказывает влияние большое количество различных факторов: параметры процессов впуска и сжатия, качество распыливания топлива, частота вращения коленчатого вала двигателя и т. д. Зависимость параметров процесса сгорания от целого ряда факторов, а также физико-химическая сущность процесса сгорания моторных топлив пока что изучены недостаточно полно.

С целью упрощения термодинамических расчетов автомобильных и тракторных двигателей принимают, что процесс сгорания в двига-

6.м.т.

1мж V

f В.мж f

Рис. 26. Изменение давления в процессе Рис. 27. Изменение давления в про-сгораиия в карбюраторном двигателе цессе сгорания в дизеле