ПРОЦЕСС ВПУСКА Процесс определяющий параметры свежего заряда в

ПРОЦЕСС ВПУСКА Процесс, определяющий параметры свежего заряда в цилиндре двигателя в начале рабочего цикла. Основное требование к процессу – обеспечить максимальное количество свежего заряда в цилиндре двигателя в конце процесса.

Основные понятия процесса впуска Процесс впуска условно начинается в момент открытия впускного клапана (т. 1 диаграммы) и заканчивается в момент закрытия клапана (т. 2 диаграммы). В процессе наполнения цилиндра свежим зарядом происходит изменение его давления и температуры в результате сопротивления впускного тракта, подогрева заряда от стенок и др. процессов.

Основы расчета процесса впуска Цель расчета: определение давления и температуры заряда в цилиндре в конце процесса впуска В в расчетном цикле принимается окончание процесса впуска в т. а, когда поршень достигает НМТ Исходными данными являются давление ро и температура То окружающей среды при нормальных условиях Принимается объем в цилиндре в начале процесса равным объему камеры сжатия Vc и в конце процесса – объему камеры сжатия Vc и рабочему объему цилиндра Vh : Va = Vc + Vh

Расчет давления в конце впуска 1 – фильтр 2 – воздуховод 3 – карбюратор 4 – дроссельная заслонка 5 – теплообменник 6 – впускной клапан В результате давление в цилиндре становится ниже на величину: Dра = Dр1+Dр2+Dр3+Dр4+Dр5+. . А давление в цилиндре в конце процесса в т. а цикла: ра = ро - Dра В процессе движения воздуха по впускному тракту давление заряда снижается за счет потерь на воздушном фильтре Dр1, в частях впускного тракта Dр2 в карбюраторе Dр3 и Dр4, в охладителе наддувочного воздуха Dр5, на впускном клапане Dр6 и др. элементах.

Количественные значения потерь давления • Сопротивление воздушного фильтра Dрф= (0, 0015 - 0, 0035)МПа (в зависимости от типа фильтра). • Потери в карбюраторе Dркар= (0, 015 - 0, 020) МПа. • Потери во впускном тракте Dртр= (0, 001 - 0, 0015) МПа. • Потери в охладителе наддувочного воздуха. Dрохл = (0, 003 - 0, 005) МПа. • Потери на впускном клапане Dркл = (0, 001 - 0, 0015) МПа.

Суммарные потери давления на впуске Тип двигателя Бензиновые ДВС Dра (0, 05 - 0, 20) ро (0, 03 - 0, 18) ро без наддува Дизели (0, 03 - 0, 10) рк с наддувом

Расчет температуры на входе в цилиндр 1 – фильтр 2 – воздуховод 3 – карбюратор 4 – дроссельная заслонка 5 – теплообменник 6 – впускной клапан Температура воздуха в процессе его движения по впускному тракту изменяется за счет подогрева во впускном тракте DТтр, охлаждения при испарении топлива в карбюраторе и коллекторе DТисп, охлаждения или подогрева в теплообменнике DТто и др. факторов. В результате температура на входе в цилиндр изменяется на величину: DТ = DТтр + DТисп + DТто +. . Воздух поступает в цилиндр при температуре: Т = То + DТ

Изменение температуры во впускном тракте Подогрев воздуха во впускном тракте DТтр = 20 -40 С зависит от: • времени прохождения заряда по тракту (длина, частота вращения) • эффективности теплоотдачи от стенок к заряду (состояние и температура поверхности, интенсивность вихреобразования и др. ) • теплового состояния двигателя (режим, способ охлаждения) • наличия в тракте элементов подогрева или охлаждения заряда Охлаждение при испарении топлива DТисп = 5 – 25 С и зависит от: • состава рабочей смеси; • интенсивности перемешивания; • вида топлива (теплота парообразования) и его фракционного состава; • начальной температуры воздуха • Величина изменения температуры в результате DТтр и DТисп • для ДВС с внешним смесеобразованием – (0 – 20 С) • для дизелей без наддува – (20 - 40 С) • для дизелей с высоким наддувом без пром. охлаждения – (– 5… 10 С). Охлаждение в охладителе наддувочного воздуха DТто = (0, 5 -0, 7) DТхол и зависит от: • вида охладителя (воздух – вода, воздух – воздух) [DТхол = Тк - То] • эффективности охладителя • Тех же параметров, как и для DТтр.

Температура свежего заряда в конце впуска М 1 – количество свежего заряда поступившего при температуре Т = То + DТ Мr – количество продуктов сгорания оставшихся от предыдущего цикла при температуре Тr В результате перемешивания свежего заряда М 1 при (То + DТ) с остаточными газами Мr, имеющими температуру Тr, общая температура смеси увеличивается до температуры Та В результате температура в цилиндре в конце процесса в т. а цикла: где gост - коэффициент остаточных газов

Коэффициент остаточных газов Позволяет оценить качество очистки цилиндра от остаточных газов М 1 – количество свежего заряда поступившего в цилиндр Мr – количество продуктов сгорания оставшихся от предыдущего цикла Коэффициент остаточных газов :

Коэффициент остаточных газов Зависит от: - дросселирования впускного заряда - протяжённости фазы перекрытия клапанов - степени сжатия - противодавления выпуску (давления отработавших газов) - температуры отработавших газов - вида продувки цилиндров - и др.

Коэффициент наполнения Оценивает качество процесса впуска свежего заряда Поступило в цилиндр количество свежего заряда. М 1 Могло поступить в цилиндр При условиях на впуске: Т=То; р=ро; r=ro Во время движения поршня к НМТ освобождается объём Vh, который может быть заполнен свежим зарядом, масса которого составит: М 0 = V h. r 0 Коэффициент наполнения:

Зависимость коэффициента наполнения от параметров ДВС и свежего заряда По определению , или представив в массовых единицах После преобразования получим: При наддуве имеем вместо P 0→Pк; Т 0→Тк ; ρ0→ρк и зависимость для hv

Характеристики процесса впуска Тип двигателя Бензиновый ДВС Д и з е л и без наддува с наддувом Dра Тr , К Та, К hv gост 5 - 0, 20) ро (0, 0 80 320 0 -1100 -370 0, 75 -0, 85 3 - 0, 18) ро (0, 0 600 -900 310 -350 -0, 9 03 - 0, 10) рк (0, 600 -900 320 -400 0, 85 -0, 97 0, 0 6 - 0, 10 0, 8 0, 0 3 - 0, 06 0, 0 3 - 0, 05

Факторы влияющие на процесс впуска Факторы уменьшающие ∆ Pa: - более эффективные воздушные фильтры - уменьшение крутых поворотов и местных сопротивлений впускного тракта - замена карбюратора системой впрыскивания - увеличения проходного сечения впускных клапанов (количество клапанов, профиль и сечение канала) Факторы уменьшающие ∆Т: - теплоизоляция впускного канала - уменьшение завихрений потока во впускном тракте - установка охладителя наддува Другие факторы увеличивающие hv: - оптимизация фаз газораспределения - использование инерционного наддува - уменьшение противодавления впуску

Влияние частоты вращения Различное положение дросселя 1 – Др=100% 2 – Др=80% 3 – Др=60% 4 – Др=40% 5 – Др=20%

Влияние режимов работы

НАДДУВ ДВС Процесс подачи в цилиндр двигателя предварительно сжатого свежего заряда в компрессоре Цель – увеличение количества свежего заряда в цилиндре двигателя в конце процесса впуска.

Назначение наддува в ДВС 1. Наддув как средство повышения мощности и экономичности двигателей • Увеличение массового содержания воздуха в цилиндре ДВС (эквивалентно увеличению рабочего объема, но при меньших габаритах и механических потерях); • Использование энергии отработавших газов после их выпуска из цилиндра (для ДВС с турбонаддувом); • Уменьшение относительной поверхности теплоотвода от рабочего тела в стенки. 2. Наддув как способ улучшения экологических характеристик двигателей • Снижение дымности дизелей за счет увеличения коэффициента избытка воздуха • Снижение выбросов окислов азота за счет увеличения коэффициента избытка воздуха.

Классификация наддува по способу привода компрессора Виды наддува Привод от коленчатого вала + повышение мощности без изменения литража + улучшение экологии + хорошая динамика – уменьшение ресурса – повышение стоимости ДВС Привод от турбины + повышение экономичности + повышение мощности без изменения литража + улучшение экологии – невысокая динамика – уменьшение ресурса ДВС – повышение Комбинированный привод + положительные стороны обоих способов – увеличение стоимости ДВС – уменьшение надёжности и усложнение конструкции

Механический наддув ДВС 1 – компрессор 2 – редуктор 3 – колен. вал 4 – теплообменник ро – давление окружающей среды рк – давление после компрессора (наддува) То – температура окружающей среды Тк – температура после компрессора Nк – мощность на привод компрессора Nе – эффективная мощность двигателя

Наддув ДВС с турбоприводом (турбонаддув) 1 – компрессор 4 – турбина ро – давление окружающей среды рк – давление после компрессора (наддува) То – температура окружающей среды Тк – температура после компрессора Nк – мощность на привод компрессора Nе – эффективная мощность двигателя

Наддув ДВС с комбинированным приводом Две ступени наддува (двухступенчатый наддув) 1 – компрессор 2 – редуктор 4 – турбина рк 1, Тк 1 – давление и температура после первой ступени компрессора рк 2, Тк 2 – давление и температура после второй ступени компрессора

Газообмен при наддуве ДВС I – компрессор II – турбина 1 – открытие впускного клапана 2 – закрытие впускного клапана 3 - открытие выпускного клапана 4 - закрытие выпускного клапана рr – давление в системе выпуска ОГ рр, Тр – давление и температура перед турбиной

Определение параметров наддува При наддуве двигателя давление в компрессоре повышается до рк = к · ро к - степень повышения давления в компрессоре По величине к наддув подразделяется: 1, 2 -1, 5 - низкий наддув 1, 5 -2, 2 - средний наддув 2, 2 и выше - высокий наддув Температура воздуха за компрессором Тк= То · к(nк -1)/nк nк - показатель политропы сжатия в компрессоре, равен: • 1, 4 -1, 6 – для поршневого компрессора • 1, 55 -1, 75 – для объемного (типа Рутс) • 1, 4 -2, 0 – для центробежного, осевого или радиального При к > 2 необходима установка охладителя наддувочного воздуха