1.Процесс сжатия двс.

Процесс сжатия происходит при закрытых впускном и выпускном клапанах и служит для увеличения температурного перепада цикла и степени расширения продуктов сгорания топлива. Это создает благоприятные условия для воспламенения и сгорания рабочей смеси и обеспечивает эффективное преобразование теплоты в механическую работу.

В теоретическом цикле предполагается, что линия сжатия представляет собой адиабату с переменным показателем. В действительном цикле процесс сжатия протекает сложнее. Он характерен непрерывным изменением температуры заряда и наличием теплообмена между газами и стенками цилиндра, т. е. является политропным.

В начале сжатия, до момента, пока не сравняется температура газов и стенок цилиндра, газы нагреваются. При этом показатель политропы сжатия повышается. В последующий период за счет более высокой температуры газов происходит переход тепла от газов к стенкам цилиндра. Это вызывает понижение показателя политропы сжатия.

Таким образом, за период сжатия между газами и стенками цилиндра происходит теплообмен, различный не только по величине, но и по знаку.

При расчетах, с некоторым приближением, принято считать показатель политропы сжатия постоянным и равным среднему показателю п₁.

Величина показателя политропы сжатия зависит от частоты вращения коленчатого вала, степени сжатия, интенсивности охлаждения цилиндров, нагрузки на двигатель, степени износа цилиндропоршневой группы двигателя. С повышением частоты вращения коленчатого вала и степени сжатия показатель поли-тропы сжатия п₁ увеличивается. При интенсивном охлаждении цилиндров, увеличении зазоров между поршневыми кольцами и цилиндрами вследствие их износа валичина п₁ уменьшается.

Данные, полученные при испытаниях двигателей, показывают, что средний показатель п₁, в зависимости от числа оборотов, изменяется в следующих пределах: у карбюраторных двигателей 1.30–1.40; у дизельных 1.20–1.35.

При расчете карбюраторных двигателей для определения политропического показателя обычно используют формулу, предложенную профессором В. А. Петровым:

,

где n - частота вращения двигателя [об./мин].

Давление в конце процесса сжатия равно:

.

Температура в конце процесса сжатия составляет:

.

В карбюраторных двигателях температура газов в конце сжатия находится в пределах 500–700 К, в дизельных двигателях 750–950 К. В карбюраторных двигателях температура газов в конце сжатия во избежание детонационного сгорания не должна превышать температуру самовоспламенения топлива.

В дизельных двигателях для улучшения процесса сгорания температура газов в конце сжатия должна на 300–400 °С превышать температуру самовоспламенения впрыскиваемого топлива.

2. Системы карбюраторного двс, их характеристики.

Система питания служит для приготовления горючей смеси требуемого качества, подачи ее в цилиндры двигателя и удаления отработанных газов.

Система питания двигателя должна:

• Обеспечивать точное дозирование топлива на всех установившихся и переходных режимах (быстрый пуск двигателя при любой температуре, экономичность работы при неполных нагрузках, быстрое увеличение нагрузки, получение полной мощности).

• Обеспечивать возможно более высокое паросодержание горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя. Это связано с тем, что горючие смеси с высоким паросодержанием, попадая в цилиндр двигателя, не разжижают смазку на стенках, оседая на них, тем самым заметно уменьшая износ цилиндропоршневой группы. Высокое паросодержание обеспечивается при качественном распылении и перемешивании топлива с воздухом.

• Обеспечивать полную автоматичность и стабильность работы

На рис. 5.1 представлена принципиальная схема системы питания карбюраторного двигателя. Топливо, подаваемое из топливного бака 1 насосом 3, проходит предварительно фильтр 2, а затем поступает в карбюратор 5. Воздух поступает через воздухоочиститель 4 также в карбюратор 5. В карбюраторе топливо распыливается, испаряется и, перемешиваясь с воздухом, образует горючую смесь. Горючая смесь через впускной коллектор поступает в цилиндры двигателя и, смешиваясь с остаточными газами, образует рабочую смесь. Поступившая в цилиндры рабочая смесь воспламеняется при помощи электрической искры и сгорает. Отработавшие газы после сгорания отводятся из цилиндров двигателя через выпускной коллектор и глушитель 6 в окружающую среду.

Процесс распыления, испарения и перемешивания топлива с воздухом вне цилиндра двигателя называется карбюрацией.

Прибор, осуществляющий этот процесс, называется карбюратором.

Рис. 5.1. Схема питания карбюраторного двигателя

Карбюраторы могут быть трех типов: испарительный, впрыскивающий и поплавковый всасывающий.

Испарительные, или барботажные, карбюраторы (рис. 5.2) предназначались для работы на легкоиспаряющемся топливе. Воздух, проходя над поверхностью топлива, насыщался его парами и образовывал горючую смесь. Дроссельная заслонка 1 определяла количество подаваемой смеси. Качество смеси, т. е. концентрация паров, регулировалось путем изменения объема пространства между поверхностью бензина и крышкой карбюратора. При множестве недостатков этого карбюратора (громоздкость, пожарная опасность, необходимость частой регулировки из-за повышенной чувствительности к изменениям условий внешней среды и т. д.) у него было одно существенное преимущество – однородная топливовоздушная смесь с высоким паросодержанием, так как воздух смешивался с парами топлива.

Впрыскивающий (мембранный) карбюратор (рис. 5.3) имеет довольно сложное устройство. Топливный клапан 4 перемещается под действием двух эластичных мембран. Первая мембрана разделяет воздушные камеры высокого 5 и низкого 6 давлений. Вторая разделяет топливные камеры 7 и 8, соответственно низкого и высокого давлений.

Рис. 5.2. Схема испарительного карбюратора

Рис. 5.3. Схема впрыскивающего карбюратора

Дроссельной заслонкой 1 регулируется количество воздуха, а следовательно, и смеси, поступающей в двигатель. В камере 5, в результате скоростного напора воздуха, давление повышенное, а в камере 6, соединенной с горловиной диффузора 2, устанавливается разрежение.

Под действием разности давлений эластичная мембрана выгибается и открывает топливный клапан 4. Через открытый клапан в топливную камеру 8 бензонасосом под давлением подается топливо. Из камеры 8 топливо через жиклер 3 и форсунку 9 подается в смесительную камеру карбюратора, где оно распыливается и перемешивается с воздухом. Топливная камера 7 также заполняется топливом из топливного канала через жиклер 3, но давление в камере 7 меньше, чем давление в камере 8. В результате этого эластичная мембрана камер 7 и 8 прогибается и топливный клапан 4 стремится закрыться. При равенстве усилий на мембранах топливный клапан 4 находится в некотором определенном положении, что соответствует установившемуся режиму работы двигателя.

Впрыскивающие карбюраторы работают точно и надежно при любом положении двигателя. Однако из-за сложности регулировок и обслуживания в автомобильных двигателях не применяются.

Наибольшее распространение получили поплавковые всасывающие карбюраторы со всасыванием топлива при разрежении, возникающем в суженной части воздушного канала карбюратора – диффузоре вследствие местного повышения скорости потока воздуха. Устройство и работа систем таких карбюраторов будет подробно рассмотрена ниже.

Хр-ка

Для карбюраторных двигателей при различной нагрузке (различные положения дросселя) установлена связь между мощностью и экономичностью двигателя и коэффициентом избытка воздуха (рис. 5.6).

Если график, изображенный на рис. 5.6, повернуть на 90° против часовой стрелки и оставить на нем только кривые А и Б, то на новом графике (рис. 5.7) кривая А будет показывать, как должен изменяться состав горючей смеси в зависимости от изменения нагрузки двигателя при реализации максимальной мощности, а кривая Б – как должен изменяться состав горючей смеси в зависимости от изменения нагрузки двигателя при наибольшей экономичности.

Основные требования, которым должен отвечать карбюратор при работе с различными нагрузками и постоянным числом оборотов, следующие:

• На холостом ходу и малых нагрузках двигателя дроссель прикрыт. Скорость воздушного потока незначительна. Температурный режим двигателя понижен. Условия для распыливания и испарения топлива неблагоприятны. Для устойчивой и бесперебойной работы двигателя карбюратор должен приготовлять обогащенную смесь (?=0.7–0.8).

• При увеличении нагрузки дроссель постепенно открывается. Скорость воздушного потока возрастает. Температурный режим двигателя повышается. Условия для распыливания и испарения топлива улучшаются. Для экономичной работы карбюратор должен приготовлять горючую смесь, постепенно обедняющуюся по мере открытия дросселя. Коэффициент избытка воздуха должен при этом увеличиваться до ? = 1.05–1.15. Автомобильный карбюраторный двигатель преобладающее время работает на режимах неполных нагрузок. Поэтому приготовление экономичной горючей смеси является необходимым для понижения расхода топлива.

• При полностью открытом дросселе для обеспечения максимальной мощности двигателя карбюратор должен приготовлять обогащенную смесь. Коэффициент избытка воздуха должен при этом понижаться до ? = 0.8–0.9.

На рис. 5.7 кривая В отвечает перечисленным требованиям и представляет собой характеристику желаемого карбюратора при работе двигателя на различных нагрузках.

Рис. 5.7. Характеристика желаемого карбюратора

Перечисленные требования к карбюратору не исчерпывают всех условий, необходимых для работы двигателя на различных эксплуатационных режимах. Рассмотрим эти дополнительные условия:

• При пуске двигателя дроссель практически закрыт. Скорость воздуха незначительна. Температурный режим двигателя понижен. Условия смесеобразования неблагоприятны. Карбюратор должен приготовлять обогащенную смесь, характеризуемую коэффициентом ? = = 0.5–0.6.

• В случае резкого изменения нагрузки вследствие большей инерции топлива его расход возрастает медленнее, чем расход воздуха. Это вызывает временное обеднение смеси, перебои в работе двигателя и затрудняет процесс разгона машины. Для того чтобы резкое открытие дросселя не сопровождалось обеднением смеси, карбюратор должен обладать способностью кратковременно обогащать смесь до такого состава, при котором достижимо нормальное нарастание оборотов.