Теплообмен в процессе сжатия

В начальный период сжатия после закрытия впускного клапана или продувочных и выпускных окон температура заряда, заполнившего цилиндр, ниже температуры стенок, головки, и днища поршня. Поэтому в первой части сжатия заряд дополнительно нагревается от этих поверхностей. Затем в какой-то период сжатия температуры выравниваются и мы имеем чистый адиабатический процесс. Затем сжатие продолжается уже с отдачей теплоты стенкам цилиндра и поршню, которая несколько уменьшается за счет уменьшения площади охлаждения при движении поршня верх. Как показывают исследования общая отдача теплоты в процессе сжатия незначительна и поэтому процесс сжатия в двигателях протекает обычно очень близко к адиабатическому.

р · V^к =const.

1.7.4. Процесс сгорания (см. раздел 2)

 

1.7.5. Расширение и выпуск продуктов сгорания.

 

В процессе расширения (рис. 15) внутренняя энергия продуктов сгорания, обладающих высокой температурой, трансформируется в механическую работу. При этом реакции окисления, не успевшие окончиться в течении процесса сгорания, продолжаются. Дополнительное выделение тепла в процессе расширения называют догоранием. В дизелях степени сжатия выше и поэтому температура в конце процесса расширения ниже на 200 – 300⁰, а при уменьшении нагрузки резко понижается, что объясняется уменьшением количества впрыскиваемого топлива.

В четырехтактных ДВС выпускное отверстие открывают за 40 – 80⁰ до н.м.т. и закрывают его через 20 – 40⁰ после в.м.т. Таким образом продолжительность открытия выпускного отверстия (продолжительность очистки цилиндра от отработавших газов) составляют в разных двигателях от 240 до 300⁰ угла полворота коленчатого вала.

Процесс выпуска можно разделить на предварение выпуска, происходящее при опускании поршня от момента открытия выпускного клапана до н.м.т., т.е. в течение 40 – 80⁰, и основной выпуск, происходящий при движении поршня от н.м.т. до в.м.т. и далее до закрытия выпускного отверстия, т.е. в течение 200 – 220⁰ поворота коленчатого вала.

 

Рис.15. Процесс расширения (Z – 4)

 

Предварение выпуска. Во время предварения выпуска поршень опускается и удалять из цилиндра отработавшие газы не может. Давление в цилиндре при работе двигателя с полной нагрузкой равно около 0,4 МПа. Отработавшие газы за счет избыточного давления с критическими скоростями, достигающими 400 – 500 м/с выбрасываются из цилиндра, сопровождаясь характерным звуковым эффектом, для поглощения которого устанавливают глушитель.

Основной выпуск. Когда поршень подойдет к в.м.т., давление в цилиндре понизится примерно до 0,2 МПа. Критическое истечение окончится и начнется основной выпуск. Истечение газов во время основного выпуска происходит с меньшими скоростями, достигающими и конце выпуска 60 – 100 м/с. По мере дросселирования уменьшаются все давления цикла и при некоторых режимах совершенно пропадает истечение газов с критическими скоростями и даже при работе без глушителя, характерный шум выпуска

 

Рис. 16. Процесс выпуска продуктов сгорания (4-b-2-1-r-5)

 

отсутствует. Небольшое запаздывание закрытия выпускного отверстия позволяет использовать инерцию выпускных газов, ранее вышедших из цилиндра, для лучшей очистки цилиндра от сгоревших газов. Несмотря на это, часть продуктов сгорания остается в цилиндре, переходя от каждого данного цикла к последующему в виде остаточных газов.

1.7.6. Рабочий цикл двухтактного двигателя.

 

Двухтактные двигатели (Рис. 17) отличаются от четырехтактных тем, что у них наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом происходит в начале хода сжатия, а очистка цилиндров от отработавших газов в конце хода расширения. Общий процесс для всех двухтактных двигателей -

Рис. 17. Схема двухтактного дизельного ДВС

 

 

– продувка, т.е. процесс удаления отработавших газов из цилиндра с помощью потока горючей смеси или воздуха. На рис 18 приведен двухтактный карбюраторный двигатель с кривошипно-камерной продувкой ( кривошипная камера при движении поршня вниз выполняет роль нагнетательного насоса). Рабочий цикл в двигателе выполняется за два такта.

Первый такт – сжатие - поршень 3 перемещается от н.м.т. к в.м.т. , перекрывая сначала продувочное 2, а затем выпускное 6 окно. После закрытия поршнем выпускного окна 6 в в цилиндре 4 начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере 9 вследствие ее герметичности создается разрежение, под действием которого из карбюратора 8 через открытое впускное окно 7 поступает горючая смесь а кривошипную камеру.

Второй такт – рабочий ход – при положении поршня около в.м.т. сжатая рабочая смесь воспламеняется электрической искрой от свечи 5, в

Рис. 18. Схема работы двухтактного карбюраторного ДВС

 

результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием силы давления газов поршень перемещается к н.м.т., при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно опускающийся поршень закрывает впускное окно 7 и сжимает находящуюся в кривошипной камере горючую смесь.

Когда поршень дойдет до выпускного окна 6, оно открывается и начинается выпуск отработавших газов и давление в цилиндре снижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно 2 и сжатая в кривошипно-шатунной камере горючая смесь перетекая по каналу 1, заполняет цилиндр и осуществляет продувку его от остатков отработавших газов.

Рабочий цикл двухтактного дизельного двигателя отличается тем, что у дизеля в цилиндр поступает воздух, а не горючая смесь, и в конце процесса сжатия впрыскивается мелкораспыленное топливо.

На рис. 19 приведена индикаторная диаграмма двухтактного кар-бюраторного двигателя с кривошипно-камерной продувкой. Процесс сжатия начинается с момента закрытия поршнем выпускного окна т.2(Рис. 18) . Он протекает так же как и в четырехтактном двигателе. ( на диаграмме рис.19 кривая 2-3). Процесс сгорания происходит аналогично четырехтактному двигателя и на диаграмме изображается кривой 3-z.

Процесс расширения газов начинается после сгорания и заканчивается в момент открытия выпускного окна т.4, т.е. аналогично 4-х тактному ДВС, кривая z-4.

 

Рис. 19. Индикаторная диаграмма рабочего процесса двухтактного ДВС:

2-3 – сжатие; 3-Z – сгорание; Z-4 – расширение; 4-5-6-1-2 – выпуск; 5-6-1- впуск

 

Процесс выпуска отработавших газов происходит от т.4 за 60 – 65⁰ до прихода поршня в н.м.т. и заканчивается через 60 – 65⁰ после прохода поршнем н.м.т., на диаграмме кривая 4-5-6-1-2. По мере открытия выпускного окна давление в цилиндре резко снижается линия 4-5, и за 50 – 55⁰ до прихода поршня в н.м.т. открываются продувочные окна т.5 и сжатая опускающимся поршнем горючая смесь из кривошипной камеры начинает поступать в цилиндр. В период 5-6-1 (100 – 110⁰ поворота коленчатого вала) одновременно происходят два процесса: впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов – это называют продувкой. Во время продувки горючая смесь вытесняет отработавшие газы и частично уносится вместе с ними. При дальнейшем перемещении к в.м.т. поршень перекрывает сначала продувочные окна т.1 прекращая доступ горючей смеси в цилиндр из кривошипной камеры, а затем впускные окна т.2 и начинается процесс сжатия.