7.Нагрузка.

Изменение коэффициента наполнения η_v от нагрузки определяется типом двигателя.

В карбюраторном двигателе нагрузка регулируется изменением положения дроссельной заслонки (количеством смеси). При увеличении нагрузки дроссельная заслонка открывается, сопротивление на впуске уменьшается и количество смеси, подаваемой в цилиндр, увеличивается. В связи с чем, давление Р_а и температура двигателя возрастают. Повышение Р_а приводит к увеличению η_v. При этом, поскольку Р_r и T_r практически не зависят от нагрузки, а вследствие увеличения количества свежего заряда его подогрев, несмотря на повышение температуры деталей, почти не изменяется, зависимость близка к линейной (Рис. 17).

Рис. 17.Зависимость коэффициента наполнения от нагрузки:

1 – четырехтактный дизель; 2 — карбюраторный двигатель.

Дросселирование смеси, применяемое в карбюраторных двигателях для уменьшения нагрузки, сопровождается снижением давления во впускном трубопроводе и в цилиндре, усилением подогрева свежего заряда, ростом коэффициента остаточных газов γ, что приводит к снижению η_v

В дизелях нагрузка регулируется количеством впрыскиваемого топлива (качеством смеси). Для увеличения мощности в цилиндр впрыскивается большее количество топлива. Сопротивление впускного трубопровода остается постоянным, а изменяется лишь температурное состояние деталей двигателя, что усиливает подогрев свежего заряда Т. По этой причине происходит снижение η_v.

Коэффициент остаточных газов.

В процессе поступления свежий заряд, смешиваясь с остаточными газами, находящимися в цилиндре в объеме камеры сгорания, нагревается, в результате чего уменьшается плотность, а следовательно и наполняемость цилиндра. Поэтому при работе двигателя стремятся к уменьшению остаточных газов за счет следующих мероприятий:

• подбора фаз газораспределения (увеличение продолжительности впуска и перекрытия клапанов)

• подбора размеров клапанов

• увеличения 

Для оценки степени очистки используют коэффициент остаточных газов:

После преобразований получаем

=0,03…0,06 – для дизелей без наддува

=0,01…0,03 – для дизелей с наддувом

=0,06…0,12 – для карбюраторных и газовых двигателей

Из уравнения видно, что уменьшение  происходит при увеличении , Т_r, _ и уменьшении Р_r.

В четырехтактных двигателях к концу такта выпуска остаточные газы занимают объем камеры сгорания V_c .

Величина P_r определяется давлением среды, в которую происходит впуск. Т_r зависит от состава смеси, теплообмена при расширении и выпуске. Объем V_c однозначно зависит от степени сжатия  и уменьшается с увеличением . Следовательно увеличение  всегда сопровождается уменьшением M_r.

Коэффициент остаточных газов  в бензиновых двигателях всегда выше, чем в дизельных вследствие меньших значений . С уменьшением нагрузки  в карбюраторных двигателях увеличивается, а в дизелях остается практически неизменной величиной.

P_r = 0,11…0,125 МПа – для всех типов двигателей

T_r = 700…900 K – для дизелей

T_r = 900…1100 K – для бензиновых и газовых двигателей.

Процесс сжатия.

ccccccc^'

Рис. 18 Изменение давления р и

показателя политропы n₁ в такте сжатия

Процесс сжатия осуществляется при движении поршня от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. На индикаторной диаграмме этот процесс изображен политропой ас. Предварительное сжатие свежего заряда необходимо для создания условий эффективного протекания процесса сгорания.

В первоначальный момент времени температура стенок цилиндра выше температуры свежего заряда и теплота передаётся от стенок газу (участок ас'). Текущий показатель политропы сжатия n₁ больше показателя адиабаты. По мере движения поршня к ВМТ температура газов повышается и в некоторый момент, примерно в середине хода поршня, становится равной температуре стенок и наступает мгновенный адиабатный процесс, когда текущие значения показателя политропы n₁ равны показателю адиабаты к₁ . При дальнейшем сжатии заряда температура стенок становится меньше температуры газов и теплота отдается стенкам цилиндра. Опытным путем установлено, что количество теплоты, передаваемое от рабочего тела стенкам на участке с^|с всегда больше количества теплоты переданной на участке ас^| , следовательно средний показатель n₁<k. Его величина характеризует характер теплообмена между зарядом и стенками, указывает на величину потерь. При тепловом расчете используется средний показатель политропы сжатия:

[1,35…1,4]

Чем меньше значение n₁ , тем больше количество теплоты отдается стенкам. Условия теплообмена определяются следующим:

• разностью между температурами свежего заряда и теплопередающими поверхностями

• относительной площадью теплопередающей поверхности

• количеством свежего заряда, находящегося в цилиндре во время сжатия

• временем теплообмена

Основной путь снижения потерь при сжатии – это повышение n₁ за счет:

• увеличения частоты вращения n

• применения материалов уменьшающих теплообмен между газами и деталями КШМ

• применения воздушного охлаждения

• наддува

Определение параметров в конце сжатия осуществляется с использованием уравнения политропы:

Из уравнения видно, что Р_с и Т_с зависят от  и n₁ . Из назначения процесса сжатия величины что Р_с и Т_с должны быть высокими, что возможно за счет увеличения . Увеличение  вызывает улучшение экономичности, а увеличение Р_с вызывает рост нагрузок на детали КШМ, следовательно возрастает износ и механические потери, что сводит на нет улучшение экономичности.

К концу сжатия заряда в дизеле необходимо достичь температуры, при котором впрыскнутое топливо хорошо самовоспламеняется (на 200…300° выше температуры самовоспламенения). Этим определяется минимальное значение . С увеличением  возрастает теплоиспользование, но и возрастает теплонапряженность деталей. Поэтому значение  в дизеле определяется конструктивными особенностями и условиями эксплуатации. В карбюраторных ДВС допустимое значение  зависит от октанового числа бензина: при недостаточно высоком октановом числе возможно возникновение детонации.

Двигатели с наддувом имеют меньшую степень сжатия . Если в бензиновых двигателях без наддува величина степени сжатия лежит в пределах =9,5 – 10, в дизелях 16 – 23, то с надувом 8 – 8,5 и 13 – 16,5 соответственно. Дело в том, что увеличение давления заряда в начале сжатия на величину степени повышения давления в компрессоре , приводит к соответствующему возрастанию давления Р_с в конце сжатия. Бензиновый двигатель не сможет надежно работать из-за детонации на основных рабочих режимах, а в дизелях снижение  связано с возрастанием тепловой напряженности деталей.