Теплообмін у процесі стиску.

Тема 5. Дійсні цикли автомобільних двигунів. Процес стиску і згорання.

1. Роль і місце процесу стиску в робочому циклі ДВЗ.

2. Вплив показників процесу стиску на роботу двигуна.

3. Теплообмін в процесі стиску.

4. Сумішоутворення в газових , карбюраторних і дизельних двигунах.

5. Основи згоряння паливоповітряних сумішей.

6. Процес згоряння в бензинових і дизельних двигунах.

Процес стиску у ДВЗ служить:

для збільшення температурного перепаду у циклі і ступеню розширення продуктів згоряння, що сприяє підвищенню термічного ККД двигуна;

для створення умов для стійкого запалювання і ефективного згоряння робочої суміші, що необхідно для якісного перетворення теплоти в корисну роботу.

У дизелях і газодизелях процес стиску—спосіб запалювання робочої суміші, тобто для цих двигунів він принципово необхідний. Отже, в кінці стискутемпература в циліндрі повинна бути достатньою для самозаймання вприснутого палива.

У двигунах з примусовим запалюванням процес стиску не є принципово

необхідним, але без застосування його, як було сказано раніше, не можна одержати високі показники циклу і двигуна.

Обмежувальною умовою для підвищення стиску у двигунах з примусовим запалюванням є забезпечення бездетонаційного згоряння, яке в значній мірі визначається якістю палива, що оцінюється октановим числом бензину.

Приблизні раціональні межі ε для автомобільних двигунів: карбюраторні двигуни 6,5...11,0; газові двигуни 7,0...12,0; дизелі без наддуву15...21; дизелі з наддувом 11...16.

Теплообмін у процесі стиску.

У дійсному циклі процес стиску супроводжується такими факторами: відбувається теплообмін між газами і стінками циліндра; гази просочуються крізь нещільності між поршнем і циліндром.

Тому дійсний процес стиску не адіабатний, а політропний і описується рівняннями політропи:

де n1, — показник політропи стиску

Для спрощення розрахунків беруть середнє за процес стале значення показника n1, яке для автомобільних двигунів лежить у межах

n1 = 1,34...1,38.

У бензинових ДВЗ показник n1 менший, ніж у дизелів внаслідок затрати частини теплоти на випаровування рідкого (краплин і плівки) палива, що міститься в горючій суміші. Чим більше значення показника п1, тим крутіше проходить політропа.

Рис. 2. Вплив показника політропи стиску n1 на її крутість

Розрахунок процесу стиску.

Після встановлення значення показника n1 тиск рс і температура Тс наприкінці стиску, тобто в точці с індикаторної діаграми; обчислюються за рівняннями політропи стиску:

Звідки:

Значення параметрів процесу стиску для автомобільних двигунів наведені в табл. 1

Процеси сумішеутворення і згоряння.

У ДВЗ процесу згоряння передує процес приготування паливо-повітряної суміші необхідного складу. Повнота і швидкість згоряння визначаються не тільки загальним співвідношенням кількості палива і повітря в суміші, яке характеризується коефіцієнтом надлишку повітря (α), але й однорідністю суміші,швидкістю, місцем і часом її утворення. В карбюраторних і газових двигунах сумішеутворення переважно зовнішнє, в дизелях — внутрішнє, в газодизелях — комбіноване.

Сумішеутворення в газових і карбюраторних двигунах включає в себе комплекс взаємопов'язаних процесів:

дозування палива і повітря, розпилювання, випаровування палива (в карбюраторних двигунах) і перемішування його з повітрям.

У газових двигунах процес змішування газу з повітрям відбувається переважно під час їх руху по впускному тракту від змішувача до циліндра двигуна завдяки молекулярній дифузії одного газу в інший. При цьому однорідність суміші буде тим вища, чим ближче відношення об'ємів змішуваних газів до одиниці. Для інтенсифікації дифузійних процесів у впускній системі збільшують поверхні змішування, турбулізують заряд, що сприяє переміщуванню не тільки окремих молекул, але й об'ємів компонентів.

Сумішеутворення у дизелях починається з початком вприскування палива і закінчується майже одночасно з кінцем його згоряння. На характер процесу в порівнянні з карбюраторним двигуном впливають такі особливості: гірша випарність дизельного палива в порівнянні з бензинами; протікання процесу сумішеутворення протягом значної його частини разом з процесами вприскування палива і згоряння; більша нерівномірність у часі розподілу палива в об'ємі камери згоряння.

Процеси сумішеутворення в дизелях включають в себе вприскування і розпилювання палива, розподіл його в об'ємі камери згоряння, нагрівання, випаровування палива, змішування парів палива з повітрям.

Основи згоряння паливоповітряних сумішей

Згоряння палива протікає в газовій фазі. Сам процес згоряння являє со-

бою швидко минучу хімічну реакцію між компонентами горючої суміші, під час якої виділяється теплота, з'являється світіння і утворюється рух у газовому середовищі. В горінні беруть участь молекули палива, в яких є вуглець, водень, а в деяких паливах і кисень, та молекули кисню повітря.

Згідно законам хімічної кінетики для виникнення реакції необхідно, по-

перше, щоб молекули, що реагують, зіткнулись між собою, а по-друге, щоб ці молекули були активні, тобто енергія їх повинна перевищувати деяку межу, за якою відбувається руйнування внутрішньомолекулярних зв'язків молекул, що реагують, та заміщення їх новими зв'язками. Це критичне значення енергії називається енергією активації Е. Якщо