ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Впуск рабочего тела (горючей смеси) из "Основы теории тепловых процессов и машин Часть 2 Издание 3 " Бензин обладает высокой испаряемостью, поэтому легко образует горючую смесь с воздухом. Качество перемешивания бензина с воздухом очень высокое. Практически все молекулы бензина имеют возможность вступить в реакцию окисления кислородом воздуха, поэтому бензин в цилиндре расширительной машины теплового двигателя сгорает почти мгновенно. [c.187] На рис. 10.10 представлена конструктивная схема бензинового двигате-ля . Пусть поршень расширительной машины находится в ВМТ. Кривошип коленчатого вала в этом случае тоже будет находиться в верхнем положении. Это положение кривошипа коленчатого вала выберем в качестве исходного для осуществления анализа работы расширительной машины. Такое положение кривошипа соответствует углу поворота, равному 0°. При положении поршня в ВМТ объем цилиндра расширительной машины минимален (равен К). Минимальный объем цилиндра К называют объемом камеры сжатия (иногда, объемом камеры сгорания). [c.187] Давление среды под поршнем двигателя равно атмосферному давлению Ро) так как эта полость в современных поршневых двигателях соединяется с окружающей средой. Откроем впускной клапан (рис. 10.10). В этом случае давление рабочего тела (оставшихся отработавших газов) также равно атмосферному давлению Ро- Так как давление среды снизу и сверху поршня одинаково, силы, приложенные к поршню сверху и снизу, также равны. Поршень расширительной машины не может перемещаться под действием рабочего тела. [c.188] Исследование рабочего процесса двигателя будем вести с применением свернутой (рис. 10.11) и развернутой (рис. 10.12) индикаторных диаграмм. На диаграммах отмечаются две вертикальные линии, соответствующие положению поршня в ВМТ и НМТ, и проводится горизонтальная линия Ро) соответствующая давлению окружающей среды, действующему на поршень снизу (строится в некотором масштабе). Это давление не изменяется, если не принимать во внимание его колебания по естественным условиям. [c.188] Если график процесса располагается выше линии Ро это означает, что на поршень сверху действует большая сила, чем снизу. Е1сли линия процесса располагается ниже линии ро то на поршень сверху действует меньшая сила, чем снизу. Сила снизу препятствует перемещению поршня. Положению поршня в ВМТ на индикаторной диаграмме (рис. 10.11, 10.12) соответствует точка г. [c.188] В процессе впуска г-о (рис. 10.11,10.12) поршень перемещается от ВМТ к НМТ. Движение поршня от одной мертвой точки к другой (не имеет значения, какая точка является исходной) называют тактам. [c.190] Понятие такт характеризует движение поршня между некоторыми крайними точками, в которых его скорость равна нулю. Понятие процесс характеризует изменение параметров состояния рабочего тела (но не поршня). Следовательно, линия г-а (рис. 10.11) лишь условно характеризует процесс наполнения цилиндра горючей смесью, который происходит в результате движения поршня от ВМТ к НМТ. [c.190] В теории ДВС тактам поршня приписывают наименование того процесса, который осуществляется рабочим телом в цилиндре расширительной машины. При таком наименовании тактов становится понятным, какой процесс происходит в цилиндре теплового двигателя. Например, в процессе впуска рабочего тела г-а (рис. 10.11) поршень совершает такт впуска— поршень движется от ВМТ к НМТ, так как только в этом случае возможно наполнение цилиндра двигателя рабочим телом (горючей смесью). [c.190] Известно , чем больше степень сжатия рабочего тела в расширительной машине, тем больше термический КПД цикла. Однако в бензиновых двигателях степень сжатия ограничивают некоторым верхним пределом, зависящим в первую очередь от свойств бензина. Это ограничение вызвано следующими обстоятельствами. При увеличении температуры горючей смеси при сжатии скорость молекул топлива и воздуха увеличивается. Внутренняя энергия рабочего тела (горючей смеси) определяется суммарной кинетической энергией его молекул. Температура тела является мерой средней скорости молекул. В процессе движения молекулы сталкиваются. Если кинетическая энергия молекул топлива и воздуха большая, то в результате столкновения происходит их разрушение. При таком разрушении атомы водорода и углерода, входяпще в состав углеводородного топлива, могут соединиться с молекулами кислорода, входящего в состав воздуха. В результате этого самопроизвольно начинается реакция окисления топлива. Эта реакция может начаться одновременно по всему объему рабочего тела (происходит взрыв). В результате мгновенного окисления (сгорания) бензина мгновенно нарастает давление рабочего тела (смеси образующихся газов). Чем больше давление рабочего тела, тем больше усилие, приложенное к поршню. Таких ударных нагрузок поршень не может выдержать и разрушается. Взрывное сгорание бензина в цилиндре расширительной машины называют детонацией. Для исключения взрывного эффекта рабочее тело в цилиндре расширительной машины сжимают до такого давления, при котором детонация бензина невозможна. [c.191] В процессе сжатия а-с (рис. 10.11, 10.12) поршень совершает такт сжатия (второй по счету). Если стенки поршня и цилиндра являются тепловыми изоляторами, то сжатие рабочего тела будет происходить адиабатически. Параметры рабочего тела в точке с можно определить, используя зависимости, приведенные выше. [c.191] В точке с (рис. 10.11,10.12) с помопц ю специального устройства (свечи) инициируется процесс сгорания топлива. На центральный электрод свечи (рис. 10.10) подается высокое напряжение, в результате чего между ним и корпусом возникает искровой разряд. Прохождение разряда между электродами свечи эквивалентно нагреванию горючей смеси (подводу к ней энергии в тепловой форме). [c.191] В 1888 г. шведский ученый Сванте Аррениус выдвинул гипотезу, что прежде чем вступить в реакцию, молекулы должны получить некоторое минимальное количество энергии, необходимой для перехода из одного химического состояния в другое. Существует некоторый энергетический барьер (рис. 10.14), преодолев который молекулы веществ могут вступить в химическую реакцию. Этот энергетический барьер между энергией молекулы в исходном состоянии и ее наибольшей энергией вдоль пути реакции был назван энергией активации Еа (рис. 10.15). [c.191] Из выражения (10.61) видно, что при увеличении энергии активации Еа константа скорости реакции к уменьшается. Следовательно, скорость реакции уменьшается при повышении ее энергетического барьера. [c.192] Энергия активации Еа — это та минимальная дополнительная энергия, которую необходимо сообщить молекулам при заданных температуре и давлении среды (рабочего тела в цилиндре двигателя), чтобы их столкновение привело к разрушению внутримолекулярных связей. [c.192] Значение энергии активации зависит также от исходного состояния реагирующих веществ (топлива и окислителя), прежде всего от температуры и давления. Чем выше температура, тем больше средняя скорость молекул топлива и воздуха в цилиндре расширительной машины. Чем больше скорость молекул, тем больше их кинетическая энергия. При сжатии внутренняя (кинетическая) энергия горючей смеси увеличивается. В этом случае энергия активации уменьшается. При большом сжатии можно достичь такой температуры рабочего тела (горючей смеси), при которой энергия активации равна нулю Еа = 0). В этом случае реакция окисления бензина может начаться самопроизвольно. Как правило, такая реакция окисления начинается по всему объему горючей смеси, что приводит к взрывному характеру. Возникает детонация, о которой говорилось выше. Чтобы этого не допустить, горючую смесь в цилиндре бензинового двигателя сжимают до состояния, недостаточного для возникновения самопроизвольной реакции окисления, а недостающую энергию активации подводят к горючей смеси извне посредством электрического разряда. В этом случае процесс сгорания топлива возникает между электродами свечи, и пламя последовательно распространяется по всему объему цилиндра расширительной машины двигателя. Топливо окисляется последовательно в узком слое, разделяющем несгоревшую часть топлива от сгоревшей части. Эту зону называют фронтом пламени. Фронт пламени распространяется подобно волнам на воде, образующимся при бросании камня. Перед фронтом пламени находится несгоревшая горючая смесь, за фронтом — продукты сгорания топлива. [c.193] Жэк будет в последующем затрачена на сжатие рабочего тела. В процессе расширения кривошип коленчатого вала поворачивается на угол 360 — 540°. Вращаясь по инерции, маховик (рис. 10.10) продолжает вращать кривошип коленчатого вала двигателя, в результате чего происходит движение поршня от НМТ к ВМТ (четвертый такт) при открытом выпускном клапане (процесс Ь-г на рис. 10.11 и 10.12) и выпуск отработавшего рабочего тела. В точке г рабочий цикл двигателя замыкается условно (через окружающую среду). После замыкания цикл повторяется аналогично. [c.194] В ходе цикла поршень совершает четыре такта, поэтому такой двигатель называют четырехтактным. [c.194] На рис. 10.13 показаны фазы (периоды) открытого состояния впускного и выпускного клапанов. Этот график называют диаграммой фаз газораспределения. [c.194] Вернуться к основной статье