Коэффициент наполнения цилиндра в двигателе
В результате рассмотрения процесса наполнения можно сделать вывод, что количество свежего заряда, поступившее в цилиндр за период наполнения, меньше, чем то количество, которое могло бы поместиться при параметрах среды, из которой свежий заряд поступает.
Степень заполнения рабочего цилиндра свежим зарядом, или степень совершенства процесса наполнения, оценивается коэффициентом наполнения.
Коэффициентом наполнения ?н называется отношение количества свежего заряда, сжимаемого в цилиндре, к количеству заряда, которое могло бы поместиться в объеме рабочего цилиндра Vs при параметрах среды, из которой поступает свежий заряд.
Обозначим:
L — количество молей свежего заряда, сжимаемого в цилиндре;
L1 — количество молей свежего заряда в объеме Vs при р0 и Т0
Мr— количество молей остаточных газов при Тr и рr;
R?— универсальная газовая постоянная.
Для дальнейшего вывода выражения коэффициента наполнения сделаем следующие допущения:
процесс наполнения заканчивается в точке а (см. рис. 25 и 26), т. е. отсутствует дозарядка цилиндра в начале сжатия;
абсолютная работа, совершаемая газами за ход наполнения, равна нулю;
кинетическая энергия газов в цилиндре равна нулю.
В соответствии с принятыми обозначениями можно написать, что
и количество смеси свежего заряда с остаточными газами в конце наполнения будет равно
Из уравнения состояния (см. рис. 26) находим:
При работе двигателя без наддува
при работе с наддувом
Подставляя значения М1 L и Мr в уравнение (14), получим формулу для определения коэффициента наполнения четырехтактных двигателей:
Можно ?н выразить и через коэффициент остаточных газов ? , так как:
При работе двигателя с наддувом р0 = рк и Т0 = ТК, а потому получим наиболее общую формулу, справедливую и для двухтактных двигателей,
Уточненное выражение коэффициента наполнения, предложенное М. М. Масленниковым для четырехтактных быстроходных двигателей с наддувом
Данная формула включает опытные коэффициенты, которые учитывают дозарядку цилиндра ?1, продувку камеры сгорания ?2 и работу наполнения ?3. Для быстроходных двигателей эти коэффициенты равны: ?
Отсутствие опытных данных количественной оценки коэффициентов ?1 ?2 и ?3 для различных двигателей ограничивает практическое применение формулы (17).
Рассмотрение полученных формул (15) и (16) позволяет установить влияние различных факторов на коэффициент наполнения. Наибольшее влияние на величину коэффициента наполнения оказывает давление ра. С увеличением давления ра, которое происходит при уменьшении сопротивлений впускного тракта, возрастает плотность и количество свежего заряда, а следовательно, и возрастает коэффициент наполнения. При уменьшении температуры заряда в конце наполнения Та плотность его возрастает, а потому коэффициент наполнения также будет возрастать.
Давление и температура остаточных газов рr и Т r мало влияют на величину ?н, так как отношение pr/Tr в формуле (15) составляет незначительную величину.
Коэффициент остаточных газов ?r значительно влияет на ?н; с увеличением ?r температура свежего заряда в конце наполнения возрастает, а потому коэффициент наполнения уменьшается. Опытные данные показывают, что при увеличении ?r от 0,05 до 0,15 коэффициент наполнения снижается от 0,86 до 0,69.
Влияние степени сжатия ? на ?н надо рассматривать совместно с влиянием коэффициента остаточных газов ?r на ?н.
Из формул (15) и (16) следует, что с увеличением ? ?н падает. Однако с увеличением е коэффициент остаточных газов уменьшается и поэтому ?н будет несколько возрастать. Следует отметить, что при колебании степени сжатия в дизелях (? = 13 ? 16) ?н изменяется очень мало и это изменение можно не учитывать.
Как следует из определения коэффициента наполнения, параметры на впуске р0 и То непосредственно не влияют на величину ?н, они влияют на плотность и на вес свежего заряда цилиндра, а следовательно, и на мощность, развиваемую двигателем.
Но, как показывают опыты, повышение температуры на впуске Т0 уменьшает перепад температур ?Т (нагрев воздуха в цилиндре) вследствие чего ?н несколько возрастает. Таким образом, изменение Т0 косвенно влияет на изменение ?н.
Фазы распределения влияют на протекание процесса наполнения и на величину коэффициента наполнения и коэффициента остаточных газов. Одновременно, как это видно на схематической диаграмме выпуска (рис. 27), при правильном установлении опережения выпуска уменьшается затрата энергии на выталкивание (точка 3) по сравнению с точкой 1, когда опережение выпуска отсутствует. При слишком раннем опережении (точка 2) площадь индикаторной диаграммы значительно уменьшается и уменьшается мощность двигателя. Запаздывание закрытия выпускного клапана позволяет использовать инерционное движение газов в выпускном трубопроводе для понижения давления в нем ниже р 0, а следовательно, для лучшей очистки цилиндра от отработавших газов.
Запаздывание закрытия впускного клапана способствует увеличению свежего заряда, во-первых, потому, что при положении поршня в НМТ все еще остается большое проходное сечение впускного клапана, во-вторых, давление в цилиндре в начале сжатия меньше р0 и воздух может поступать в цилиндр и, в-третьих, вследствие инерции потока воздух будет поступать в цилиндр и при давлении больше р0. Перекрытие впускного и выпускного клапанов способствует лучшей очистке цилиндра, а при наддуве осуществляет продувку камеры сгорания.
Изменение числа оборотов двигателя, т. е. изменение скоростного режима двигателя, влияет на скорость потока во впускном тракте, а следовательно, на величину ?р
vdvizhke.ru
Температура заряда в конце такта впуска.
В процессе поступления от воздухоочистителя до цилиндра двигателя свежий заряд нагревается от соприкосновения со стенками впускного трубопровода и с другими нагретыми деталями двигателя. К моменту поступления свежего заряда в цилиндр двигателя его температура несколько превышает температуру окружающей среды и имеет значение:
Т0 –температура окружающей среды, К
Т – подогрев свежего заряда, К
Величина Т зависит от следующих факторов:
частоты вращения (чем выше частота вращения, тем ниже Т)
нагрузки (с увеличением нагрузки Т увеличивается)
от типа системы охлаждения (двигатели с воздушным охлаждением имеют более высокое Т)
от типа двигателей (в карбюраторных двигателях меньший подогрев объясняется затратой теплоты на испарение)
Повышение температуры улучшает процесс испарения топлива, но снижает плотность заряда и таким образом отрицательно влияет на наполнение цилиндра. Поэтому специальный подогрев впускной системы карбюраторного двигателя целесообразен лишь в пределах, при которых подводимая теплота используется лишь для испарения топлива.
Вообще Т принимают на основании имеющихся экспериментальных данных, которые имеют следующие данные:
–карбюраторные
двигатели
–дизели
для двигателей с наддувом –
К моменту входа в цилиндр, свежий заряд смешивается с остаточными газами и контактирует со стенками цилиндра. В результате он дополнительно подогревается и принимает окончательную температуру Та.
Для определения Та необходимо составить уравнение теплового баланса газов, находящихся в цилиндре двигателя в конце впуска:
Q0+QΔ+Q r=Qa
Q0 – теплота, вносимая из окружающей среды;
QΔ – теплота от подогрева свежего заряда;
Qr – теплота от остаточных газов
Значение температуры в конце процесса впуска:
γ – коэффициент остаточных газов
Tr – температура остаточных газв
Та=320…360К – карбюраторные двигатели
Та=310…350К – дизель
Та=320…400К – для двигателей с наддувом
Та возрастает при увеличении и Т
Коэффициент наполнения.
Наиболее важной величиной, характеризующий процесс впуска, является коэффициент наполнения , представляющий собой отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр к началу процесса сжатия, к тому количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндра.
,
,
– действительное количество свежего
заряда, поступившего в цилиндр двигателя
в процессе впуска.
,,
– количество заряда, которое могло бы
поместиться в рабочем объеме цилиндра.
Неполное наполнение цилиндра объясняется наличием сопротивления во впускном трубопроводе и подогревом свежего заряда.
После преобразований получаем:
=
0,75…0,8 – карбюраторные
=
0,85…0,95 – дизели
=
0,8…0,9 – газовые
Коэффициент наполнения ηv позволяет связывать наполнение двигателей разных размеров и таким образом сравнивать совершенство конструкции впускных органов. При проектировании двигателя необходимо стремиться к его большему значению.
Факторы, влияющие на коэффициент наполнения ηv
Степень сжатия.
Если другие параметры остаются неизменными, то при больших значениях ηv возрастает. В действительности при увеличении изменяются также и другие параметры (уменьшаются и Тr, увеличивается Т). Кроме того, на величину ηv влияет качество продувки камеры сгорания. В зависимости от того, какой фактор преобладает ηv с увеличением может как увеличиваться, так и уменьшаться.
studfile.net
Коэффициент наполнения четырехтактных двигателей с наддувом
Для понимания протекающих процессов обратимся сначала к индикаторной диаграмме газообмена четырехтактного двигателя без наддува, изображенной на рис. 3.5.
Выпускной клапан открывается (Вып. о.), прежде чем поршень достигает нижней (наружной) мертвой точки, давление в цилиндре быстро падает. Во время выпуска давление из-за газодинамического сопротивления в выпускном клапане остается несколько выше, чем давление в выпускном трубопроводе. У двигателя без наддува перекрытие клапанов невелико, т. е. впускной клапан открывается (Вп. о.), а выпускной — закрывается (Вып. з.) вблизи от верхней (внутренней) мертвой точки. Вследствие уменьшения сечения выпускного клапана давление в цилиндре в конце хода выталкивания повышается.
Поршень в конце хода выталкивания сжимает в цилиндре остаточные газы, последние расширяются в процессе хода впуска и занимают по достижении внешнего давления р0 объем VR. При ходе впуска линия изменения давления в цилиндре остается из-за сопротивления дросселирования ниже давления р0. Однако давление в цилиндре в конце хода впуска возрастает приблизительно до р0 (малая скорость поршня, динамическая дозарядка воздушного столба), впускной клапан закрывается лишь после н. м. т., так как иначе потери при дросселировании в конце процесса впуска были бы слишком велики.
Объем, определяемый точками пересечения линий впуска и сжатия с линией атмосферного давления или линией давления р2
или рвп у двигателей с наддувом, называют объемом наполнения Vн. Величиной объема Vн учитываются как потери рабочего объема за счет наличия остаточных газов, так и сопротивление дросселирования при впуске, но не учитывается нагревание при впуске.
Объемный коэффициент наполнения
Коэффициент наполнения определяется объемным коэффициентом наполнения и повышением температуры заряда в процессе впуска.
Коэффициент наполнения
В уравнении (3.20) приняты следующие обозначения: Твп — температура воздуха на впуске в цилиндр; Т1ц — температура воздуха в цилиндре в конце хода всасывания.
Чем выше температура наддувочного воздуха, тем меньше подогрев заряда при впуске, так как разность температур по отношению к горячим впускным каналам и стенкам цилиндра будет меньше. Вследствие этого коэффициент наполнения при повышении температуры возрастает, как это представлено следующей эмпирической формулой:
где Твп 0 — температура на впуске при исходном состоянии; Твп — температура на впуске при измененной температуре;
?н0 — коэффициент наполнения (безразлично, отнесенный ли к внешнему состоянию или к состоянию на впуске) при исходном состоянии; ?н — коэффициент наполнения при измененной температуре на впуске.
Коэффициент наполнения зависит от очень многих факторов (геометрия системы впуска, средняя скорость поршня, степень сжатия, температура стенок и др.). Его величина лежит обычно в пределах 0,7—0,9, однако у двигателей с наддувом и продувкой может превышать единицу.
Повышение температуры Т1ц — Твп складывается из изменения температуры вследствие теплопередачи от стенок впускного канала и цилиндра и изменения температуры вследствие завихрения. При определении количества свежего заряда указанным выше способом необходимо учитывать остаточные газы только по их объему при давлении рвп, так как для определения объема заряда в конце хода впуска безразлично, рассматриваются ли объемы остаточного газа и свежего заряда раздельно или совместно.
Изменение давления в цилиндре во время газообмена четырехтактного двигателя с наддувом схематически показано на рис. 3.6.
Если имеется положительный перепад давления между p2 и р3, то Vн будет и при обычном малом перекрытии клапанов больше, чем Vh; при сжатии до давления р2, объем, занимаемый остаточными газами, уменьшился бы до величины, меньшей чем Vс. Если применяется большее перекрытие клапанов, то достигается хорошая очистка цилиндра от остаточных газов.
Из представленной на рис. 3.7 индикаторной диаграммы видно, что давление в цилиндре при положении поршня в и. м. т. в начале такта сжатия практически достигает величины давления наддува р2 или рвп.
В случае, если имеется определенное дросселирование на впуске, подбором фаз газораспределения все же добиваются того, что давления рвп и р1ц лишь немного отличаются друг от друга.
Предполагая, что остаточные газы полностью удалены из цилиндра (за счет большего перекрытия клапанов и большего продувочного перепада), можно написать:
Температура заряда цилиндра при положении поршня в н. м. т. может быть определена с помощью следующего эмпирического уравнения:
которое, правда, только в общем учитывает имеющее место уменьшение нагрева воздуха при высоких температурах поступающего воздуха. tвп следует подставлять в °С
С помощью этого эмпирического уравнения мы можем в случае четырехтактных двигателей с наддувом и продувкой избавиться от несколько неопределенного коэффициента наполнения, содержащегося в уравнении (3.14):
Если принятое выше допущение о полном удалении остаточных газов из цилиндра отпадает, то взаимосвязи становятся значительно сложнее.
Для расчета температуры заряда цилиндра, включающего свежий заряд плюс остаточные газы, при положении поршня в н. м. т. для четырехтактных дизелей Цапф предложил следующие формулы, выведенные на основе расчета газообмена:
для двигателей без наддува, имеющих небольшое перекрытие клапанов
В уравнениях (3.26) и (3.27) приняты следующие обозначения: tвп — температура свежего воздуха на впуске двигателя, °С, сm— средняя скорость поршня, м/с; tcт — средняя температура поверхности внутренних стенок цилиндра (днище поршня, крышка и втулка цилиндра), °С; ? — коэффициент избытка воздуха; ?пер — перекрытие клапанов, п. к. в.; р2 ? рвп — давление наддува перед двигателем, кгс/см2; р3 — противодавление выпускного газа, кгс/см2.
Ограничения касаются только угла перекрытия клапанов и степени сжатия. Уравнения (3.26) и (3.27) справедливы при 11 < ? < 22, уравнение (3.27) — при ?пер ? 110° п. к. в.
Границы влияния увеличения перекрытия клапанов и степени сжатия в обоих случаях объясняются тем, что доля остаточных газов при этом из-за продувки мертвого пространства уменьшается, но это не оказывает заметного влияния на температуру заряда при положении поршня в н. м. т.
В тех случаях, когда ? > 22 и ?пер > 110° п. к. в., для ? и ?пер в уравнениях (3.26) и (3.27) следует подставлять просто указанные граничные значения.
vdvizhke.ru
Улучшение наполнения цилиндров топливной смесью
Для обеспечения высоких мощностных, экономических и экологических показателей необходимо совершенствовать процесс сгорания топливовоздушной смеси. Важную роль здесь играет смесеобразование, т.е. подготовка топливовоздушной смеси, ее состав, равномерность распределения по цилиндрам, степень испарения, вихревое движения заряда, температура, количество остаточных газов.
При улучшении наполнения цилиндров увеличивается динамическая степень сжатия подобно увеличению рабочего объема двигателя, т.к. в цилиндр поступает дополнительное количество воздуха и топлива. Эффективность впуска может продолжать увеличиваться даже до точки «упаковки» цилиндра (коэффициэнт наполнения цилиндра больше 1), что может быть обеспечено определенными комбинациями впускного и выпускного коллекторов и правильным подбором рспределительного вала. Максимальное давление внутри камеры сгорания перед воспламенением увеличивается при увеличении плотности бензовоздушной смеси. Когда системы впуска работает неэффективно, т.е. когда дроссельные заслонки прикрыты или впускная система имеет ограниченные проходные сечения, то цилиндр наполняется лишь частично и динамическое давление сжатия низкое. Когда система впуска работает с высокой объемной эффективностью (коэффициент наполнения больше 1 достигается во многих гоночных двигателях), динамическая степень сжатия может создать давления, превышающие значения, ожидаемые от механического (рассчитанного) увеличения степени сжатия. Чем лучше коэффициэнт наполнения цилиндра, тем ниже будет требуемая степень сжатия.
Чем больший заряд топливовоздушной смеси поступит в цилиндр, тем большаю работа будет произвелена в такте рабочего хода и соответственно получена большая мощность. Для улучшения наполнения цилиндров с одной стороны необходимо обеспечить хорошее общее наполнение цилиндров, а с другой — добиться равномерного распределения этой смеси по цилиндрам. Последнее особенно актуально для двигателей с карбюраторными системами питания, в которых длины впускных каналов разных цилиндров различны и зачастую отбирают топливовоздушную смесь разной степени обогащения из-за забора ее в различных местах задроссельного пространства карбюратора. Важное значение также имеет длина впускного трубопровода — так, подбирая его длину, можно добиться, чтобы на определенных оборотах образующаяся во впускном тракте стоячая волна, отразившись от впускного клапана в момент его закрытия, пройдя обратно по впускному каналу, затем отразилось от его границы и достигла вновь впускного клапана к моменту его открытия, обеспечив дозаряд цилиндра бензовоздушной смесью. Таким образом возможно получить коэффициент наполнения цилиндра больше 1 в результате дозарядки цилиндров.
Для улучшения наполнения цилиндров бензовоздушной смесью также применяется увеличение давления воздуха на входе тракта с помощью компрессоров. Для этого применяют либо компрессоры, работающие с приводом от ремня вспомогательных агрегатов двигателя или от электропривода, называемые объемными нагнетателями, либо от турбины, вращаемой с высокой скоростью отработвшими газами, что называется наддувом.
Существенную роль в улучшении наполнения цилиндров бензовоздушной смесью играет снижение сопротивления воздушному потоку на впуске. Для этого применяют воздушные фильтры пониженного сопротивления, а также полируют впускные трубопроводы. Необходимо также добиться ровных стыков в местах соединений элементов впускного трубопровода, чтобы в этих местах не образовывалось завихрений и сужений тракта. Для этого необходимо тщательно подбирать прокладки, а имеющиеся выступы тракта удалять с последующей полировкой.
Идеальным с точки зрения равномерности распределения смеси по цилиндром является организация отдельных впускных трактов с индивидуальными дроссельными узлами для каждого из цилиндров.
Для инжекторных двигателей используется узел многодроссельного впрыска, имеющий общую топливную рампу, индивидуальные для каждого из цилиндров форсунки и индивидуальные дроссельные узлы для каждого из каналов. Задроссельное пространство соединяется байпасными каналами для выравнивания разрежения по цилиндрам.
Рассмотрим пример узла многодроссельного впрыска на примере изделия для двигателя Renault F3R автомобиля «Святогор», подготавливаемого к спортивным соревнованиям:
В двигателях с карбюраторной системой питания аналогичный эффект достигается при установке нескольких карбюраторов с горизонтальным или наклонным потоком смеси так, чтобы для каждого цилиндра имелся свой воздушный тракт [12]. Например, на двигателе с рабочим объемом 1,45л установка двух горизонтальных карбюраторов «WEBER 40-DCOEE 44» (диаметр диффузоров 40 мм) без каких-либо других изменений приводит к увеличению мощностных показателей на 10-12% практически во всем диапазоне частот вращения коленчатого вала. Расширение каналов впускной системы совместно с этими мероприятиями и одновременно увеличение степени сжатия с 8,8 до 9,2 совместно с установкой прямоточных карбюраторов позволяет получить прирост мощности двигателя ВАЗ-2106 на 36%, увеличив при этом максимальное значение коэффициэнта наполнения с 0,9 при 3200 1/мин до 0,96 при при 4800 1/мин, т.е. на 6% [12]. Для четырехцилиндровых двигателей с рабочим объемом 1,6-2,0л и карбюраторной системой питания для получения максимальных мощностных показателей целесообразно применение двух горизонтальных двухкамерных карбюраторов с параллельным открытием дроссельных заслонок типа WEBER, SOLEX, DELLORTO с диаметрами диффузоров 45 мм, имеющих индивидуальный впускной тракт для каждого из цилиндров. При этом необходимо добиться одновременности открытия дроссельных заслонок всех камер, а их задроссельное пространство соединяется байпасными каналами калиброванного сечения. Такое решение дает эффект, аналогичный применению узла многодроссельного впрыска и применялось практически в большинстве реализаций при подготовке автомобилей к спортивным соревнованиям различного классса.
Ниже показан пример установки двух горизонтальных карбюраторов DELLORTO от автомобиля ALFA-ROMEO на автомобиле «москвич-2141» с двигателем УЗАМ рабочим объемом 2.3 л; на впуске карбюраторов установлены воздушные фильтры «нулевого» сопротивления:
Необходимо отметить, что как в узле многодроссельного впрыска, так и при применении горизонтальных карбюраторов с параллельным открытием дроссельных заслонок в варианте настройки впускной системы для работы с воздушными фильтрами возможна регулировка длины впускного тракта путем перемещения впускных «горнов» в продольном направлении. Подбирая длину тракта, добиваются дозарядлки цилиндров на заданных частотах вращения коленчатого вала за счет возникающей в тракте стоячей волны. При этом особо важно добиваться идентичности производительности топливных форсунок в инжекторных двигателях или пропускной способности топливных и воздушных жиклеров в интервале не более 1-2%, в противном случае неравномерность распределения смеси по цилиндрам по составу будет слишком велика. В некотороых случаях необходимо уточнять регулировку путем смены эмульсионных трубок [12]. Привод дроссельных заслонок должен быть связан между собой регулировочной тягой так, чтобы иметь возможность обеспечить одновременное начало открытия заслонок. Воздушные фильтры как правило используются овальные для установки на каждый карбюратор для двух цилиндров. В ряде случаев используется впускная система без воздушных фильтров.
Неплохие результаты могут быть получены при применении двух стандартных карбюраторов типа «Солекс», один из которых работает на 1 и 2-й цилиндры двигателя, а второй — на 3-й и 4-й цилиндры. Для этого используют либо специально изготовленные литые впускные коллекторы, либо используют доработанные штатные, удаляя отводы для крайних цилиндров и дорабатывая необходимым образом их посадочные места. Задроссельное пространство карбюраторов в этом случае также соединяется байпасными каналами для выравнивания разрежения по цилиндрам. Особое внимание также следует уделить идентичности производительности топливных и воздушных жиклеров этих карбюраторов, а также их проходных сечений. Для обеспечения одновременного открывания клапанов экономайзера мощностных режимов в обеих карбюраторах этом случае целесообразно применить электронное управление экономайзером с помощью стандартных электромагнитных клапанов, управляемых либо специальным электронным устройством, либо системой управления двигателем или зажиганием (например, МПСЗ) с учетом специально заложенной в них для выполнения этой функции программы.
Ниже показан пример установки двух карбюраторов Солекс-21073-1107010 на двигатель УЗАМ-3320 автомобиля «Москвич-2141»:
На шоссейно-кольцевых гонках очень хорошо зарекомендовали себя карбюраторы К-84, К-84М и К-88. Эти карбюраторы имеют минимальное сопротивление бензовоздушного тракта, что обеспечивает хорошее наполнение двигателя на высоких оборотах и устойчивую работу в условиях затяжных виражей, достаточно надежны и просты в обращении. [18].
Хорошие результаты дает применение на форсированных двигателях четырехкамерного карбюратора К-114. Этот карбюратор улучшает распределение смеси и увеличивает наполнение цилиндров двигателя, исключая перекрытие тактов впуска. [18].
Применение карбюраторов с переменным сечением диффузора позволяет уменьшить количество переключении передач, так как при низких оборотах двигателя и полностью открытой дроссельной заслонке золотник перекрывает часть сечения диффузора и поддерживает высокую скорость проходящего воздуха. Поэтому карбюраторы с постоянным разрежением у распылителя называют также карбюраторами с постоянной скоростью в диффузоре или с переменным диффузором. Карбюраторы устанавливаются в середине 1-го и 2-го, а также 3-го и 4-го цилиндров на расстоянии примерно 150 мм от плоскости головки двигателя. Впускная труба может быть выполнена из двух отдельных симметричных патрубков, соединенных между собой трубкой сечением 12-18 мм.[18].
Возможна также установка на двигатель УЗАМ четырех горизонтальных однокамерных карбюраторов К-194 производства ПЕКАР. Это карбюраторы с плоским дросселем, дозирующей иглой и центральной поплавковой камерой и поплавковым механизмом, снабженным рычажным устройством Диаметр диффузоров 30 и 32 мм Они предназначены для установки на гоночные мотоциклы, но с успехом могут быть применены на форсированном автомобильном двигателе Установка четырех однокамерных горизонтальных карбюраторов не требует сложных впускных патрубков. Их обычно точат на токарном станке в форме катушки. Остается только сделать конфигурации фланца головки и карбюраторов Карбюраторы снабжаются сменными расширяющимися воздухозаборниками (насадками), уменьшающими вихреобразование на входе и позволяющими подбирать длину впускного тракта двигателя в целях оптимального использования колебаний потока горючей смеси для повышения коэффициента наполнения. Как показывает опыт, для форсированного двигателя с рабочим объемом 1,5-2,0 л длина впускного тракта должна быть 250-300 мм. [18].
Для улучшения наполнения цилиндров необходимо обеспечить беспрепятственный доступ бензовоздушной смеси через впускной коллектор в цилиндры. Для этого во впускных каналах следует удалить все крупные неровности, отшлифовать их шкуркой и обязательно обеспечить правильную стыковку деталей впуска в местах их соединений, подработав по месту сопрягаемые каналы и прокладки, добиваясь максимально ровной внутренней поверхности. Возможно также осуществить полировку каналов, однако это требует немалых усилий, в то время как отшлифованный канал на практике работает ничем не хуже [19]. Немалое значение имеет также сечение и форма впускных каналов и размер клапанов. Так, для улучшения однородности смеси при подаче ее в цилиндр в головке блока цилиндров двигателя УЗАМ-331.10 выполнены специальные завихрители (улитки), придающие поступающей смеси вихревое вращение и улучшающие ее перемешивание, что значительно улучшает топливную экономичность. Однако эти завихрители существенно уменьшают проходное сечение впускного канала, и при увеличении рабочего объема этого двигателя головку блока цилиндров желательно заменить на «универсальную» головку или в крайнем случае — на головку блока от двигателя 412, не имеющую завихрителей, но имеющие более широкие впускные каналы.
Ширина впускных каналов тем не менее должна иметь оптимальное для двигателя заданного объема значение, так как необходимо обеспечить достаточно высокую скорость прохождения бензовоздушной смеси по каналам, чтобы улучшить смесеобразование и улучшить наполнение цилиндра потоком смеси с высокой скоростью. Слишком узкие каналы будут ограничивать поступление требуемого количества смеси или воздуха (в двигателях с распределенным впрыском топлива). С другой стороны, слишком широкие каналы в соответствии с законом Бернулли вызовут снижение скорости потока смеси. Таким образом, впускные каналы должны иметь минимальную площадь поперечных сечений, но не менее сечения, обеспечивающего беспрепятственное прохождение максимального для данного двигателя потока смеси. Иными словами, при обработке впускных каналов материал следует убирать только из тех областей, которые заметно ограничивают прохождение потока. Если области чрезмерного сужения во впускных каналах будут чрезмерно расширены, то в результате может произойти падение мощности двигателя. Если же обработка впускных каналов выполнена правильно, то объем и скорость воздуха, проходящего через все сечения канала, будут выше, чем в стандартном тракте[19]. Особенно отрицательно влияет чрезмерное увеличение сечения впускных каналов при работе двигателя на низких оборотах.
При обработке впускного тракта зачастую стремятся расширить входное отверстие канала головки блока цилиндров до максимального значения. Однако наиболее критичной областью для общего потока является не входное отверстие канала, а места рядом с седлами клапанов, так как прохождение потока через основную часть канала относительно свободно, но путь при прохождении мимо клапанов в камеру сгорания имеет ограниченные сечения. Первое препятствие часто располагается вокруг выступающей части направляющей втулки клапана. Это препятствие может быть иногда уменьшено путем уменьшения высоты и почти всегда — ширины выступа направляющей втулки. Второе серьезное препятствие потоку находится в области седла клапана. Переход от области седла клапана к области после седла клапана должен быть плавным, хотя на практике часто наблюдается прямо противоположная картина. Тщательная работа в областях камеры сгорания и седел клапанов по отношению к затраченному времени дает самое большое улучшение характеристик потока [19].
Также в форсированных двигателях желательно увеличить диаметр впускных клапанов. «Унифицированная» головка блока цилиндров двигателя УЗАМ имеет увеличенные сечения впускных клапанов, что позволяет использовать ее на двигателях с рабочим объемом от 1.6 до 2.0. Наиболее кардинальным решением является использование двенадцатиклапанных или шестнадцатиклапанных головок, в которых впуск бензовоздушной смеси осуществляется одновременно через два клапана, что существенно увеличивает проходное сечение и способствует улучшению наполнения цилиндров.
Хорошие результаты также дает точная обработка клапанов с 3 фасками, что улучшает характеристики потока при всех оборотах двигателя.
Улучшению наполнения цилиндров бензовоздушной смесью также способствует подбор соответствующего требуемым характеристикам распределительного вала (РВ) головки блока цилиндров (ГБЦ). В настоящее время существует достаточно широкая гамма РВ для двигателей ВАЗ и УЗАМ производства фирмы «Мастер-Мотор», рассчитанных на различные задачи увеличения наполения цилиндров и улучшения мощностных показателей при тех или иных частотах вращения коленчатого вала. Эти распределительные валы обеспечивают расширение фаз газораспределения при заданных частотах вращения к/вала и увеличение подъема клапанов в соответствии с этими требованиями, что позволяет увеличить максимальный коэффициэнт наполнения с 0,96 пр 4800 1/мин до 1,04 при 6000 1/мин, т.е на 8%.
Основные характеристики типовых РВ приведены ниже:
Характеристики распределительных валов фирмы «Мастер-Мотор» для двигателей УЗАМ
Тип вала | 02 | 04 | 47 | 51 | 75 |
рабочий объем двигателя, для которого предназначен р/вал | 1.5, 1.6 | 1.5, 1.6, 1.7 | 1.6,1.7,1.8 | 1.8, 2.0 | 2.0 |
подъем впускного клапана, мм | 10.0 | 10.1 | 10.6 | 11.1 | 11.5 |
подъем выпускного клапана,мм | 9.7 | 9.7 | 10.1 | 10.3 | 10.5 |
запаздывание открытия после НМТ впускного клапана, град | 57 | 58 | 64 | 70 | 78 |
опережение открытия до НМТ выпускного клапана, град | 51 | 52 | 56 | 60 | 64 |
Характеристики распределительных валов фирмы «Мастер-Мотор» для двигателей ВАЗ
Тип вала | 80 | 03 | 37 | 71 |
рабочий объем двигателя, для которого предназначен р/вал | 1.3, 1.5, 1.7 | 1.5, 1.6, 1.8 | 1.6,1.7,1.8 | 1.6,1.7,1.8 |
подъем впускного клапана, мм | 10.4 | 10.8 | 11.4 | 12.0 |
подъем выпускного клапана,мм | 10.1 | 10.4 | 10.8 | 11.3 |
запаздывание открытия после НМТ впускного клапана, град | 50.5 | 55.5 | 62 | 69 |
опережение открытия до НМТ выпускного клапана, град | 46.5 | 47.5 | 53 | 58 |
При подборе распределительного вала следует установить вал, соответствующий общему назначению применения двигателя. Высота подъема клапанов и положение фаз газораспределения выбираются на основе компромисса при работе двигателя при различных нагрузках и в разном диапазоне оборотов. Одни распределительные валы увеличивают максимальны момент двигателя в определенной области оборотов (обычно — в области средних оборотов), другие — увеличивают максимальную мощность при максимальных оборотах, третьи способствуют снижению расхода топлива. Большая продолжительность открывания клапана увеличивает мощность на высоких оборотах ценой экономичности, увеличения токсичности и мощности на низких оборотах.
Нередко поддаются искушению установить «мощностной» распредвал или карбюратор с большим сечением на обычный двигатель. Это увеличивает теоретическую емкость воздушного потока, не изменяя характеристик по потоку других деталей. Так как различные части впускного тракта и двигателя в целом не согласованы друг с другом, скорость поступающего воздуха уменьшится, смесеобразование ухудшится и двигатель будет плохо работать в оптимальном диапазоне оборотов, что приведет к его «захлебыванию» [19]. Таким образом, при подготовке впускного тракта необходимо комплексное решение по всем его компонентам на основе тщательного анализа предполагаемых направлений доработок.Распределительный вал в знвчительной степени является компромиссной деталью. После определенного момента все прибавки даются ценой потери мощности на низких оборотах, ухудшению эластичности и приемистости двигателя, его экономичности и т.д. При форсировании двигателя сначала следует произвести модификации, которые увеличивают максимальную мощность путем улучшения эффективности впуска, так как эти изменения оказывают меньший эффект на значения мощности при низких оборотах. Например, можно оптимизировать потоки в головке блока цилиндров и выпускной системе, уменьшить сопротивление потоку во впускном коллекторе и в карбюраторе (или в дроссельном узле инжекторного двигателя), и лишь после этого можно переходить к подбору распределительного вала.
Дальнейшее совершенствование системы впуска в плане улучшения наполнения цилиндров бензовоздушной смесью связано с увеличением давления воздуха перед дроссельным узлом, что позволяет увеличить динамическую степень сжатия. В простейших случаях это обеспечивается установкой заборников воздуха непосредственно по ходу автомобиля либо в специально сделанных выштамповках наружных панелей кузова, либо непосредственно за решеткой радиатора. Недостатком такого решения является чрезмерно большое количество грязи и пыли, поступающего во впускной тракт, а также относительно невысокая эффективность доработки, к тому же параметры наполнения в этом случае существенно зависят от скорости движения автомобиля. Тем не менее, этот способ, не изменяя сколь-нибудь заметным образом динамические характеристики автомобиля, может существеено увеличить показатели его максимальной скорости, так как именно на высоких скоростях эффект нагнетания во впускной тракт дополнительного воздуха прямотоком проявляется наиболее заметно.
Более эффективным средством повышения давления воздуха на впуске является применение компрессоров, работающих от ремня привода вспомогательных агрегатов двигателя. Огромным достоинством такого решения является пропорциональная зависимость производительности компрессора от оборотов двигателя, т.к. они напрямую связаны кинематически. При этом для достижения наивысших оборотов компрессора его шкив выполняют максимально возможно меньшего диаметра, а также применяют многоступенчатую передачу. Ниже показан пример компрессора (объемного нагнетателя) с приводом от ремня вспомогательных агрегатов двигателя:
Возможен также вариант привода объемного нагнетателя от высокоскоростного электродвигателя, однако это требует применения более мощного генератора, так как прикладываемая к компрессору мощность весьма значительна, к тому же в этом случае нарушается зависимость характеристики производительности компрессора от оборотов двигателя.
Давление и производительность объемного нагнетателя относительно невелики. Более эффективно применение наддува от турбины, приводимой во вращение отработавшими газами. Примером такой реализации для двигателя УЗАМ-3313 1.8 является конструкция, выполненная участником конференции «Москвич — обменяемся опытом» на www.auto.ru — Sergey_3320. Полученные мощностные и динамические характеристики этого двигателя с применением турбокомпрессора Garett соотвествовали характеристикам двигателя с рабочим объемом 2.0.
Ниже показан двигатель УЗАМ 1.8 с турбонаддувом и промежуточным охладителем под капотом автомобиля «Москвич-21412»:
В связи с тем, что при сжатии воздуха увеличивается его температура, перед подачей в цилиндры желательно его охладить, для чего применяется промежуточные охладители. Степень сжатия турбированных двигателей выбирается несколько меньшей степени сжатия обычного двигателя. Так, параметры степени сжатия двигателя УЗАМ-3313, рассчитанного на бензин А-76, хорошо соответствуют требуемым при работе с турбонаддувом при использовании бензина А-92.
Поскольку тепловой режим работы поршней в турбированном двигателе весьма напряженный, а нагрузки на КШМ значительно превышают нагрузки в обычном двигателе, применяют принудительное охлаждение днищей поршней маслом, поступающим под давлением из специальных форсунок. В связи со значительными техническими проблемами, связанными с эксплуатацией турбированных двигателей, в настоящее время эти двигатели применяются все реже, уступая место компрессорам (объемным нагнетателям).
Для совершенствования распыливания топлива и более равномерного распределения смеси по цилиндрам в карбюраторных системах питания также применяют системы подогрева воздуха и стабилизации его температуры. Хорошо зарекомендовали себя регуляторы температуры от автомомобиля ВАЗ-2108, стабилизирующие температуру поступающего в карбюратор воздуха регулированием заслонки смеси холодного и подогретого над выпускным коллектором воздуха, управляемой термочуствительным элементом. Однако при работе на полных нагрузках целесообразно предусмотреть приспособление для подачи только холодного воздуха, например, от дополнительной заслонки, управляемой разрежением во впускном коллекторе.
azlk-team.ru
Коэффициент наполнения двигателей — Энциклопедия по машиностроению XXL
Коэффициент наполнения является конструктивным параметром двигателя и характеризует совершенство его впускных органов. Чем выше коэффициент наполнения двигателя, тем большую мощность он может развить. Средние значения t]v для современных двигателей находятся в пределах 0,75—0,85 при максимальных числах оборотов и 0,85— 0,90 для оборотов, соответствующих максимальному крутящему моменту двигателя. [c.416]В полученное выражение входит коэффициент наполнения двигателя rij,. Это указывает на то, что нагрузка двигателя и скоростной режим могут через несколько изменять величину коэффициента А поддерживающей силы пневматического чувствительного элемента. [c.269]
Коэффициент наполнения двигателя зависит в основном от скоростного режима двигателя, поэтому Ло = / ( )- [c.395]
Обычные значения коэффициента наполнения двигателей колеблются в пределах от 0,75 до 0,88. Для лучшего наполнения [c.275]
Для временного ослабления детонации прибегают к прикрытию дроссельной заслонки, чем уменьшают коэффициент наполнения двигателя и снижают температуру конца такта сжатия. Снижает детонацию также обогащение смеси. [c.355]
При повышении числа оборотов испарение улучшается за счет увеличения скорости воздуха давлением воздуха раздвигаются упругие пластины 4, и горючая смесь проходит через боковые прорези в насадках, т. е. несколько выше подогреваемой пластины, чем устраняется возможность чрезмерного подогрева в снижения коэффициента наполнения двигателя. [c.78]
Существенным недостатком последнего способа является неизбежное снижение коэффициента наполнения двигателя. Кроме этого, применение кинематически связанного ТК ведет к большим затратам энергии на сжатие воздуха на частичных нагрузках. Удовлетворительная экономичность на частичных нагрузках может быть получена при применении двух агрегатов свободного турбокомпрессора и турбины, отдающей энергию на коленчатый вал двигателя это решение поведет к существенному усложнению конструкции и может быть оправдано только для двигателей, работающих значительное время на нагрузках, близких, к номинальной. [c.360]
Повышение коэффициента наполнения двигателя может быть осуществлено понижением темпер а-40 [c.40]
Основное значение данного метода состоит в повышении коэффициента наполнения двигателя путем своеобразного наддува, создаваемого вводимым в цилиндры сжатым газом. [c.145]
Коэффициент наполнения двигателей [c.54]
| Рис. 38. Коэффициент наполнения двигателя АЗЛК при разных степенях сжатия |  |
В отличие от жидких топлив, требующих во избежание конденсации части жидкости во впускной системе двигателя очень высоких скоростей потока рабочей смеси, газовоздушные смеси не конденсируются, что дает возможность работать на меньших скоростях газовоздушного потока. Это уменьшает гидравлические потери в системе впуска, повышает коэффициент наполнения двигателя и, следовательно, его мощностные показатели. [c.293]
Существенным преимуществом чисто газовых смесителей является возможность максимального снижения гидравлических потерь, следовательно, получения более высокого коэффициента наполнения двигателя. При универсальных карбюраторах-смесителях наполнение двигателя при работе на газе ухудшается из-за меньших размеров диффузоров, необходимых для хорошего распыливания бензина в карбюраторе. [c.309]
Камеры сгорания двигателей с подвесными клапанами и двигателей со смешанным расположением клапанов обладают рядом преимуществ. Эти камеры имеют компактную форму, благодаря чему их относительная поверхность, а следовательно, и потери на охлаждение получаются меньшими, чем в камерах двигателей с боковыми клапанами. Благодаря меньшим сопротивлениям при всасывании (отсутствие резких поворотов всасываемого потока и относительно слабые его удары о днище поршня, меньшие вихри и меньшие потери на трение смеси о стенки камеры) коэффициент наполнения двигателей с подвесными клапанами выше, чем двигателей с боковыми клапанами. [c.121]
В карбюраторных двигателях с однорядным расположением клапанов для обеспечения подогрева впускного трубопровода и более совершенного испарения топлива впускной и выпускной трубопроводы обычно размещают с одной стороны головки цилиндра. В двигателях с двухрядным расположением клапанов, а также в V-образных двигателях трубопроводы располагают по обе стороны головки цилиндров. Такое же расположение трубопроводов применяют чаще всего и в дизелях, что позволяет уменьшить подогрев впускного трубопровода и тем самым повысить коэффициент наполнения двигателя. [c.190]
Прп выборе профиля кулачка учитывают следующие требования Г обеспечение максимального коэффициента наполнения двигателя 2) обеспечение надежной и по возможности бесшумной работы механизма газораспределения при минимальном износе его деталей. [c.213]
Все это способствует увеличению коэффициента наполнения двигателя, повышая его мощность и экономичность. [c.228]
Значения коэффициентов наполнения двигателей лежат в пределах 0,75 0,90, причем чем выше число оборотов, тем меньше %. [c.445]
Коэффициент наполнения является конструктивным параметром двигателя и характеризует совершенство его впускных органов. Чем выше коэффициент наполнения двигателя, тем большую мощность он может развить. [c.522]
Однако при повышении напряженности горения увеличивается скорость прохождения газа в слое топлива, в результате чего усиливается сопротивление газогенератора, а следовательно, уменьшается коэффициент наполнения двигателя. Кроме того, при работе на топливах с высоким содержанием золы повышение напряженности горения ограничено образованием шлака в камере [c.31]
В результате этого, а также вследствие уменьшения коэффициента наполнения двигателя и индикаторного к. п. д. литровая мощность двигателей газогенераторных автомобилей обычно не превышает 7—13 л. с., в то время как для бензиновых двигателей она равна 13—-30 л. с. [c.106]
Из формулы (18) видно, что при понижении теплотворности 1г и газо-воздушной смеси уменьшается величина среднего эффективного давления. Кроме того, величина коэффициента наполнения двигателя -цу я индикаторного к. п. д. -ц,- при работе двигателя на генераторном газе также уменьшается. [c.112]
Расход газа и газо-воздушной смеси. Если известны основные параметры двигателя (V —рабочий объем цилиндров — литраж, п — число оборотов двигателя в минуту и — коэффициент наполнения двигателя), то количество газо-воздушной смеси, засасываемой двигателем за 1 час. работы, можно определить по следующей формуле [c.133]
Коэффициент наполнения двигателя ЗИС-5 при работе на генераторном газе и п = 2400 об/мин, принимаем 0,53. Тогда [c.145]
Весовой заряд цилиндров увеличивается по двум причинам. Первой причиной является уменьшение давления окружающей среды, приводящее к увеличению коэффициента наполнения двигателя. Объясняется это тем, что с уменьшением давления окружаюшей среды соответственно уменьшается давление на выпуске двигателя, а следовательно, и давление остаточных газов в цилиндре. При этом остаточных газов в цилиндре становится меньше, что обеспечивает возможность поступления в цилиндр [c.169]
Меньшие значения Wb соответствуют двигателям с хорошо развитыми проходными сечениями впускных клапанов, большие — двигателям с относительно небольшими проходными сечениями впускных клапанов и впускных каналов. При проектировании механизмов газораспределения скорость Швп следует принимать возможно меньшей, так как с ее увеличением растут гидравлические потери на впуске и уменьшается коэффициент наполнения двигателя у у. Вместе с тем в карбюраторных двигателях для улучшения испарения топлива и обеспечения нормального смесеобразования эта скорость должна быть не меньше 60 м1сек. Расчетные скорости вып в проходных сечениях выпускных клапанов обычно принимают в 1,4—1,5 раза большими, чем расчетные скорости w n, так как небольшое увеличение давления рг выпускных газов весьма незначительно ухудшает наполнение двигателя и почти не уменьшает величину среднего индикаторного давления Pi. [c.260]В некоторых двигателях гоночных автомобилей с целью обеспечения надежной работы на высоких оборотах применяют беспружинные механизмы газораспределения с принудительным открытием и закрытием клапанов, или так называемые десмодромные механизмы. Принципиальная схема одного из таких механизмов, установленного на двигателе Мерседес — Бенц с непосредственным впрыском топлива, приведена на рис. 229. В этом двигателе подъем и опускание клапанов осуществляются от самостоятельных кулачков и происходят с очень большими ускорениями, что позволяет значительно увеличить время,— сечение клапана и, следовательно, повысить коэффициент наполнения двигателя. При работе двигателя Мерседес — Бенц на режиме 10 ООО об мин максимальные положительные ускорения клапана до- [c.318]
В системе с использованием энергии потока постоянного давления один трубопровод объединяет выхлоп из многих цилиндров и выхлопы иа отдельных цилиндров накладываются один на другой, однако, полного выравнивания давления, как правило, не происходит и пики давления в начальный период выхлопа доминируют над колебаниями давления, вызванными волновыми явлениями. В качестве примера на фиг. 70 приведена осциллограмма давления в выхлопном трубопроводе двигателя 6ЧН10, 5/13 при его работе с объединением выхлопа из всех цилиндров. Имеющие место подъемы давления в данном случае совпадают с периодами перекрытия фаз выхлопа и наполнения и могут существенно снизить коэффициент наполнения двигателя. Даже при весьма большом объеме выхлопного трубопровода эти подъемы могут быть существенными и превышать 0,2—0,3 кПсм . Поэтому при подборе фаз газораспределения двигателя с неразделенным выхлоп- [c.361]
На коэффициент наполнения двигателя оказывают также влияние размеры цилиндра, расположение клапанов, копструк- [c.24]
| Рис. 36. Коэффициенты наполнения двигателя при разны.х углах опаздывания заг рытия впускного отверстия |  |
Создаваемый очистителем напор используется на повышение коэффициента наполнения двигателя или на покрытие сопротивления водоотбойника, который может быть установлен между очистителем и смесителем двигателя. [c.97]
Пример. Двенадцатнцилиыдровый двигатель расходует 4150 кг воздуха в час диаметр поршня О = 150 мм ход поршня 5 = 170 мм число оборотов двигателя п = 2700 в минуту. Давление на впуске = 1000 мм рт. ст. и температура Г = 360° абс. Определить коэффициент наполнения двигателя. [c.49]
mash-xxl.info
Факторы, влияющие на наполнение цилиндра
Из уравнений видно, что на величину коэффициента наполнения влияют давление ра и температура Та в конце впуска, подогрев заряда AT, коэффициент остаточных газов уост, температура Тг, а также степень сжатия е. Наибольшее влияние оказывает величина — или —. РоРп
Значения этих величин, как было показано выше, зависят от ряда факторов. При подготовке к производству новых образцов двигателей стремятся по возможности уменьшить отрицательное влияние этих факторов на наполнение двигателя. Тщательная обработка внутренней поверхности впускного трубопровода и рациональная его конструкция с наименьшим числом поворотов обеспечивают снижение сопротивлений во впускной системе; более совершенная организация выпуска отработавших газов способствует уменьшению количества остаточных газов; возможность регулирования обогрева впускного трубопровода позволяет в карбюраторных двигателях избежать чрезмерного подогрева свежего заряда.
Наполнение двигателя при постоянном числе оборотов и изменении нагрузки. Изменение нагрузки в карбюраторных двигателях при постоянном числе оборотов коленчатого вала достигается перемещением дроссельной заслонки, в результате этого уменьшается или увеличивается количество поступающей в цилиндр горючей смеси.
При снижении нагрузки дроссельную заслонку прикрывают, вследствие уменьшения проходного сечения гидравлические сопротивления во впускной системе возрастают, что приводит к понижению давления ра. Штриховой линией показана индикаторная диаграмма газообмена при прикрытой дроссельной заслонке. Из диаграммы видно, что в этом случае в процессе впуска давление в цилиндре понижается, вследствие чего коэффициент наполнения уменьшается.
Во впускной системе дизелей отсутствуют какие-либо устройства, изменяющие количество подаваемого в цилиндр воздуха, так как изменение нагрузки в дизеле достигается регулированием количества впрыскиваемого топлива. Следовательно, при постоянном числе оборотов коленчатого вала гидравлические сопротивления во впускной системе дизеля остаются неизменными.
На величину коэффициента наполнения в дизеле при изменении нагрузки влияет только подогрев воздуха.
При увеличении нагрузки из-за выделения большего количества теплоты повышается температура стенок цилиндра, днища поршня и головки цилиндров. В результате этого по мере увеличения нагрузки поступающий в цилиндр воздух подогревается больше, и коэффициент наполнения несколько снижается.
Наполнение двигателя при переменных числах оборотов. Как видно из уравнения , потери давления во впускной системе прямо пропорциональны квадрату скорости движения заряда.
При повышении числа оборотов двигателя скорость движения заряда во впускной системе увеличивается примерно пропорционально числу оборотов. В связи с этим растут соответственно гидравлические сопротивления, а давление ра понижается. Такая же картина наблюдается и в выпускной системе, где с повышением числа оборотов растет давление остаточных газов рг и увеличивается их количество.
При повышении скоростного режима подогрев заряда из-за сокращения времени соприкосновения его с горячими стенками уменьшается.
Как показали опыты, у большинства автомобильных двигателей подогрев по сравнению с возрастающими сопротивлениями на впуске и выпуске меньше влияет на г]у.
В результате совместного действия этих факторов после достижения скоростного режима, при котором при соответствующим образом подобранных фазах газораспределения гу имеет наибольшее значение, дальнейшее увеличение числа оборотов приводит к уменьшению коэффициента наполнения.
На рис. 48 показано изменение коэффициента наполнения карбюраторного двигателя и дизеля в зависимости от числа оборотов. Наибольшие коэффициенты наполнения rvУ обоих двигателей соответствуют определеннымчислам оборотов.
Снижение коэффициента наполнения и у при уменьшении числа оборотов объясняется усилением подогрева заряда вследствие увеличения промежутка времени, в течение которого он соприкасается со стенками, и несоответствием фаз газораспределения условиям газообмена при пониженном числе оборотов. Необходимо отметить, что при малых числах оборотов увеличивается утечка заряда через поршневые кольца (особенно у двигателей с большим износом поршневых колец и зеркала цилиндра).
Из рис. 48 видно, что коэффициент наполнения rjyпри полной нагрузке у дизеля (кривая 2) несколько выше, чем у карбюраторного двигателг (кривая 3) и меняется менее значительно в зависимости от скоростного режима. Это объясняется тем, что во впускной системе дизеля отсутствуют карбюратор и дроссельная заслонка,вследствиечегоГидравлическиесопротивления у него меньше.
У карбюраторного двигателя по мере прикрытия дроссельной заслонки из-за возрастающих сопротивлений коэффициент наполнения падает более резко (кривые 4 и 5). Такая зависимость коэффициента наполнения от числа оборотов при прикрытии дроссельной заслонки, как будет показано ниже, обеспечивает ограничение наибольшего числа оборотов при снижении нагрузки и
устойчивую работу двигателя при наименьшем числе оборотов холостого хода.
В дизеле из-за уменьшения подогрева воздуха при снижении нагрузки коэффициент наполнения rvрастет. Кривая 1 показывает изменение коэффициента наполнения дизеля при его работе на холостом ходу.
Влияние степени сжатия. При изменении степени сжатия меняются условия подогрева заряда в цилиндре двигателя, а также количество остаточных газов и их температура. Влияние отдельных факторов при этом взаимно компенсируется. Опыты показали, что коэффициент наполнения практически независит отстепенисжатия.
Влияние размеров цилиндра, отношения хода поршня к диаметру цилиндра и расположения клапанов. При больших диаметрах цилиндра можно разместить клапаны большего диаметра. Увеличение диаметра впускного клапана позволяет осуществить процесс впуска при меньшей скорости движения заряда, что приводит к снижению гидравлических потерь и повышению коэффициента наполнения.
В настоящее время большое распространение получают корот-коходные двигатели, в которых отношение хода поршня к диаметру цилиндра меньше единицы. Одним из преимуществ этих двигателей, имеющих сравнительно большой диаметр цилиндра, является возможность размещения в головке цилиндров клапанов большого диаметрапри верхнем их расположении.
На рис. 49 показаны конструктивные схемы впускных каналов карбюраторных двигателей и дизелей. Верхнее расположение клапанов и соответствующая форма впускных каналов обеспечивает плавный впуск свежего заряда. В этом случае гидравлические сопротивления снижаются и коэффициент наполнения увеличивается. Кроме того, при наличии впускных каналов специальной формы образуется направленное движение рабочей смеси в цилиндре, необходимое для лучшего протекания процесса смесеобразования и сгорания.
Влияние фаз газораспределения. Коэффициент наполнения зависит от продолжительности и момента открытия и закрытия впускных и выпускных органов, т. е. от фаз газораспределения.
Влияние фаз газораспределения на коэффициент наполнения не поддается расчету, и их выбор производится опытным путем. С учетом влияния фаз газораспределения коэффициент наполнения для четырехтактного двигателя можно подсчитать по уравнению
коэффициент дозарядки, учитывающий дополнительное количество заряда, поступающего при движении поршня от н. м. т. до момента закрытия впускного клапана (линия а4, рис. 42, б).
коэффициент продувки, учитывающий дополнительную очистку цилиндров в период перекрытия клапанов при нахождении поршня вблизи в. м. т.
Для четырехтактных двигателей с наддувом вместо Т0 и р0 в уравнения (192), (193) и (194) необходимо подставлять значения Тк и рк.
Выбранные опытным путем фазы газораспределения обеспечивают оптимальные условия по наполнению для некоторого интервала изменения скоростного режима двигателя. Это означает, что для автомобильных двигателей, работающих в широком диапазоне изменения чисел оборотов коленчатого вала, нельзя подобрать фазы газораспределения так, чтобы они были наилучшими для всех случаев. Число оборотов, при котором производят подбор фаз, выбирают в зависимости от требований, предъявляемых к двигателю при его эксплуатации.
Влияние колебательных явлений в трубопроводах. В трубопроводах автомобильных двигателей в процессе впуска и выпуска возникает колебательное движение газов, приводящее к образованию волн давления. Это явление можно использовать для увеличения массы поступающего в цилиндр заряда. Если, например, настроить выпускную систему так, чтобы к концу процесса выпуска в момент перекрытия клапанов в ней образовалось разрежение, то количество отработавших газов, вытекающих из цилиндра, увеличится, а уос?„ уменьшится. В результате этого в цилиндр двигателя поступит большее количество свежего заряда.
maestria.ru
Коэффициент — наполнение — двигатель
Коэффициент — наполнение — двигатель
Cтраница 1
Коэффициент наполнения двигателя увеличивается, что объясняется: а) уменьшенными сопротивлениями впускного тракта вследствие снятия карбюратора; б) уменьшенной интенсивностью подогрева впускного тракта; в) увеличением весового наполнения при впрыске топлива непосредственно в цилиндр двигателя. [1]
Все это способствует увеличению коэффициента наполнения двигателя, повышая его мощность и экономичность. [2]
Существенным недостатком последнего способа является неизбежное снижение коэффициента наполнения двигателя. Кроме этого, применение кинематически связанного ТК ведет к большим затратам энергии на сжатие воздуха на частичных нагрузках. Удовлетворительная экономичность на частичных нагрузках может быть получена при применении двух агрегатов: свободного турбокомпрессора и турбины, отдающей энергию на коленчатый вал двигателя; это решение поведет к существенному усложнению конструкции и может быть оправдано только для двигателей, работающих значительное время на нагрузках, близких, к номинальной. [3]
Основное значение данного метода состоит в повышении коэффициента наполнения двигателя путем своеобразного наддува, создаваемого вводимым в цилиндры сжатым газом. Для двухтактных двигателей может быть применен способ, при котором происходят наполнение и продувка двигателя воздухом, а ввод газообразного топлива в цилиндры двигателя осуществляется под давлением 3 — 8 ата во время первой половины хода сжатия, при помощи специального золотникового механизма. [4]
Повышение температуры засасываемого воздуха влечет за собой в результате уменьшения коэффициента наполнения двигателя и коэффициента количества топлива в газовоздушной смеси падение мощности двигателя и увеличение удельного расхода топлива. [5]
Для временного ослабления детонации прибегают к прикрытию дроссельной заслонки, чем уменьшают коэффициент наполнения двигателя и снижают температуру конца такта сжатия. Снижает детонацию также обогащение смеси. [6]
Такое же расположение трубопроводов применяется чаще всего и в дизелях, что позволяет уменьшить подогрев впускного трубопровода и тем самым повысить коэффициент наполнения двигателя. [8]
Коэффициент наполнения является конструктивным параметром двигателя и характеризует совершенство его впускных органов. Чем выше коэффициент наполнения двигателя, тем большую мощность он может развить. Средние значения т ] для современных двигателей находятся в пределах 0 75 — 0 85 при максимальных числах оборотов и 0 85 — 0 90 для оборотов, соответствующих максимальному крутящему моменту двигателя. [9]
Особенностью системы питания двигателя водородом является то, что водород в двигатель подавался при температур — 130 С. Это обеспечивало существенное увеличение коэффициента наполнения двигателя и заметное снижение эмиссии окислов азота. Для поддержания заданного температурного уровня газообразный водород из криогенного бака подавался к двигателю по трубопроводу с вакуумной термоизоляцией — Приборы системы питания, расположенные на двигателе, также имели высокоэффективную термоизоляцию. [10]
В отличие от жидких топлив, требующих во избежание конденсации части жидкости во впускной системе двигателя очень высоких скоростей потока рабочей смеси, газовоздушные смеси не конденсируются, что дает возможность работать на меньших скоростях газовоздушного потока. Это уменьшает гидравлические потери в системе впуска, повышает коэффициент наполнения двигателя и, следовательно, его мощностные показатели. [11]
В зависимости от направления движения воздуха и рабочей смеси в диффузоре различают карбюраторы с восходящим, падающим или горизонтальным потоком. Карбюратор с горизонтальным потоком имеет минимальное гидравлическое сопротивление, благодаря чему улучшается коэффициент наполнения двигателя. В карбюраторах с падающим потоком для распила топлива требуется меньшая скорость воздуха, так как направление движения горючей смеси совпадает с направлением силы тяжести. В силу этого также достигается высокий коэффициент наполнения. [12]
Колесо газовой турбины и крыльчатка нагнетателя 7 установлены на одном общем валу. Сжатый нагнетателем воздух при впуске по трубопроводу 3 поступает в цилиндр, что обеспечивает значительное повышение коэффициента наполнения двигателя. [13]
В системе с использованием энергии потока постоянного давления один трубопровод объединяет выхлоп из многих цилиндров и выхлопы из отдельных цилиндров накладываются один на другой, однако, полного выравнивания давления, как правило, не происходит и пики давления в начальный период выхлопа доминируют над колебаниями давления, вызванными волновыми явлениями. Имеющие место подъемы давления в данном случае совпадают с периодами перекрытия фаз выхлопа и наполнения и могут существенно снизить коэффициент наполнения двигателя. [14]
Страницы: 1 2
www.ngpedia.ru