Газообмен при наддуве.

8.1. Для каких систем наддува справедливы неравенства р_к/р_т>1, р_газ>0?

В двигателе с наддувом от приводного компрессора р_к/р_т>1, что благоприятно сказывается на качестве газообмена. В наддуве от приводного компрессора работа газообмена р_газ>0.

8.2. Запишите условия совместной работы компрессора, турбины и двигателя при газотурбинном наддуве.

Дополнительное сопротивление выпускной системы вследствие наличия турбины ТК определяется 3 условиями совместной работы: 1) N_к=N_T; N_к=l_кадG_к/h_кад, где l_кад – адиабатная работа сжатия 1 кг воздуха (смеси) в компрессоре, G_к – секундный расход воздуха (смеси), h_кад – адиабатический КПД компрессора; N_T=l_тадG_тh_теh_мТК, где l_тад – располагаемая работа 1 кг газа при его адиабатном расширении в турбине, G_т – секундный расход газов; h_те – внутренний КПД турбины, равный отношению действительной располагаемо работы к располагаемой работе адиабатного расширения, h_мТК – механический КПД ТК; 2) n_к=n_т – колеса турбины и компрессора установлены на одном валу; 3) G_T=G_к+G_топ-G_ут, где G_топ – секундный расход топлива, G_ут – расход на утечки, при сжатии ТВС G_T=G_к-G_ут.

8.3. Какие отношения р_к/р_т имеют место в двигателях с газотурбинным наддувом?

В двигателях с газотурбинным наддувом давление на впуске может быть больше, равно или меньше давления на выпуске, т.к. на соотношение р_к/р_т оказывают влияние температура газов перед турбиной, КПД ТК и показатели адиабаты для свежего заряда и продуктов сгорания. Для систем газонаддува это соотношение зависит от характеристик компрессора, турбины и режима работы двигателя.

8.4. Что называется КПД газотурбокомпрессора и как величина КПД влияет на отношение р_к/р_т?

Из условия равенства мощностей N_к=N_T: N_к=l_кадG_к/h_кад, где l_кад – адиабатная работа сжатия 1 кг воздуха (смеси) в компрессоре, G_к – секундный расход воздуха (смеси), h_кад – адиабатический КПД компрессора; N_T=l_тадG_тh_теh_мТК, где l_тад – располагаемая работа 1 кг газа при его адиабатном расширении в турбине, G_т – секундный расход газов; h_те – внутренний КПД турбины, равный отношению действительной располагаемо работы к располагаемой работе адиабатного расширения, h_мТК – механический КПД ТК. l_кадG_к/h_кад=l_тадG_тh_теh_мТК, а из условия материального баланса G_T=G_к => l_кад =l_тадh_теh_мТКh_кад => h_ТК=h_теh_мТКh_кад. Увеличение h_ТК приводит к повышению р_к/р_т.

8.5. При какой системе наддува 4-тактного двигателя можно организовать эффективную продувку - очистку камеры сгорания от остаточных продуктов?

Наиболее благоприятны условия осуществления газообмена с наддувом от приводного компрессора. В этом случае можно применить «широкие» фазы газораспределения, выбрать большое перекрытие клапанов (до 120…130 град ПКВ) и обеспечить эффективную продувку и очистку камеры сгорания от ОГ. В пределе f_оч=0 и коэффициент наполнения для 4-тактных ДВС h_V=f₁*e/(e-1)*T_к/(T_к+DT)*p_a/p_к*(1-1/e*p_r/p_a*f*f_оч) -> h_V=f₁*e/(e-1)*T_к/(T_к+DT)*p_a/p_к, что способствует его повышению.

8.6. Как изменяется подогрев свежего заряда в период наполнения при введении наддува?

При нагреве коэффициент теплоотдачи увеличивается (a~r_к^0,8), а температурный напор (T_w-T_рез.вп.) уменьшается, т.к. средняя по поверхности температура деталей T_w увеличивается в меньшей степени, чем температура заряда T_рез.вп.. При достаточно высоком наддуве T_w-T_рез.вп.<0 и может произойти охлаждение заряда. В результате совместного влияния этих факторов DT может уменьшаться.

8.7. При каких системах продувки - очистки - наполнения двухтактных двигателей возможен наддув?

При прямоточных, т.к. управление впускными и выпускными органами осуществляется независимо.

8.8. В результате чего повышается массовое наполнение двигателя при наддуве? Как влияет проме­жуточное охлаждение на массовое наполнение цилиндров?

При нагреве коэффициент теплоотдачи увеличивается (a~r_к^0,8), а температурный напор (T_w-T_рез.вп.) уменьшается. В результате совместного влияния этих факторов DT может уменьшаться. По рассмотренным причинам значение коэффициента наполнения возрастает. Массовое наполнение цилиндра при наддуве увеличивается как вследствие повышения h_V, так и плотности воздуха перед впускными органами (G_вц=V_hh_Vr_к). При промежуточном охлаждении T_к уменьшается, что усиливает все прежде сказанное и еще больше увеличивает наполнение.

Процесс сжатия.

9.1. Зачем осуществляется процесс сжатия?

Посредством сжатия свежего заряда достигают увеличения температурного перепада, при котором осуществляется действительный цикл, улучшаются воспламенение и горение топлива. Это позволяет получить бОльшую работу при расширении продуктов сгорания и повысить экономичность двигателя.

9.2. Как развивается теплообмен между рабочим телом и стенками цилиндра в процессе сжатия? Ка­кие факторы и как влияют на потери теплоты и параметры в конце сжатия?

Направление движения теплоты в процессе сжатия изменяется. В начале теплота от более горячих стенок цилиндра и камеры сгорания передается заряду, а затем по мере движения поршня к ВМТ и роста температуры она начинает передаваться от заряда в стенки. p_c=p_aeⁿ¹; T_c=T_ae^n1-1. Т.о. Т_с и р_с растут с повышением р_а и Т_а, а также с увеличением степени сжатия и показателя политропы n₁. В процессе сжатия имеют место утечки газов через неплотности, что приводит к уменьшению р_с и Т_с.

9.3. Из каких соображений выбирается степень сжатия в дизелях и двигателях с принудительным за­жиганием?

К концу сжатия заряда в дизеле необходимо во всех случаях, включая и пуск холодного двигателя, достичь температуры, при которой впрыснутое топливо хорошо воспламеняется. Этим определяется минимальное значение степени сжатия. С увеличением e улучшается теплоиспользование, но в то же время при его увеличении повышаются нагрузки на КШМ и тепловые нагрузки на головку цилиндров и поршень. Поэтому значение e в дизеле определяется его конструктивными особенностями и условиями эксплуатации. В карбюраторных ДВС допустимое значение зависит от октанового числа бензина – при малом ОЧ может наступить детонация.