Автомобили: процессы действительных циклов двигателя
Действительный цикл двигателя состоит из ряда последовательных процессов, которые взаимосвязаны и зачастую перекрывают друг друга. В них происходит изменение количества и состава рабочего тела, а также теплообмен между рабочим телом и деталями, формирующими камеру сгорания. Характеристика процессов газообмена. Газообменом называется совокупность процессов выпуска и впуска, обеспечивающих смену рабочего тела. Качество очистки цилиндра от отработавших газов и эффективность наполнения его свежим зарядом определяют показатели рабочего процесса двигателя. В действительном цикле начало и конец процессов газообмена (впуска и выпуска) не соответствуют началу и концу тактов впуска и выпуска.
Процессы газообмена взаимосвязаны друг с другом и оказывают существенное влияние на другие процессы, происходящие в действительном цикле. Например, создание направленного движения заряда в цилиндре путем профилирования и расположения впускных каналов в головке цилиндров способствуют улучшению смесеобразования и сгорания.
Для повышения эффективности газообмена необходимо обеспечить возможно большую пропускную способность проходных сечений клапанов/, с-м2, называемую «время—сечение». Графически она представляет площадь под кривой текущей площади проходного сечения клапана между мертвыми точками в зависимости от времени.
Работа газообмена (насосные потери) в двигателях без наддува и при газотурбинном наддуве отрицательна. При применении приводного компрессора работа газообмена положительна, однако возрастают затраты его на привод.
Процесс выпуска отработавших газов начинается в конце такта расширения за 40...70° поворота коленчатого вала (ПКВ) до прихода поршня в НМТ (точка Ь' на рис. 1.2). При этом давление в цилиндре двигателя без наддува составляет 0,4 ...0,6 МПа. Выпуск отработавших газов вначале происходит со скоростью истечения газов через клапанную щель 500... 700 м/с. В НМТ завершается период свободного выпуска, в течение которого из цилиндра удаляется 50...70 % отработавших газов.
При движении поршня от НМТ к ВМТ выпуск отработавших газов происходит вытеснением поршнем — принудительный выпуск.
В начале выпуска из-за резкого изменения давления образуется волна давления в системе выпуска, которая распространяется в сторону открытого конца трубопровода. Здесь она отражается, теряя часть энергии, и затем в виде волны разрежения перемещается в обратном направлении к выпускному клапану и снова отражается, и т.д.
Момент начала выпуска (открытия выпускного клапана) выбирают исходя из компромисса между необходимостью обеспечения хорошей очистки цилиндра при минимальной затрате работы на принудительный выпуск (желательно открывать раньше) и уменьшения потерь полезной работы газов в период предварения выпуска (желательно открывать позже).
Процесс впуска свежего заряда начинается во время перекрытия клапанов. При отсутствии наддува свежий заряд поступает в цилиндр под действием разрежения при перемещении поршня к НМТ, а при наддуве он нагнетается в цилиндр компрессором.
После начала открытия впускного клапана (точка А), когда рк > р, начинается наполнение цилиндра свежим зарядом. Количество свежего заряда, поступающего в цилиндр двигателя, определяется разностью между давлением окружающей среды или давлением после компрессора и давлением в цилиндре р, которая изменяется в процессе впуска.
После прохождения поршнем НМТ в ходе процесса сжатия при условии рк> ρ впуск свежего заряда будет продолжаться до момента рк - ρ (точка В). Эта фаза впуска называется дозарядкой. Она обусловлена действием сил инерции и волновыми явлениями в системе впуска. В итоге впускной клапан закрывают после прохождения поршнем НМТ через 35...85° ПКВ.
При малой частоте вращения инерция свежего заряда небольшая, а время, отводимое на процесс впуска, велико. Поэтому при Ρ > Рк происходит запаздывание закрытия впускного клапана и поршень вытесняет часть заряда из цилиндра обратно во впускную систему, т. е. происходит обратный выброс.
В процессе впуска внутренние поверхности впускного трубопровода, канала в головке и камеры сгорания имеют температуру больше, чем свежий заряд и нагревают его. Поэтому масса свежего заряда уменьшается и наполнение цилиндра снижается.
Степень загрязнения воздухоочистителя
В процессе эксплуатации двигателя необходимо контролировать степень загрязнения воздухоочистителя, зазоры в приводе впускных клапанов и износ кулачков распределительного валика. Нарушение условий эксплуатации приводит к увеличению сопротивления на впуске и уменьшению параметра «время — сечение» впускных клапанов, что вызывает снижение мощности двигателя.
Процессы газообмена
Фазы газораспределения представляют собой периоды, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала относительно ВМТ и НМТ, в течение которых клапаны открыты. Правильный выбор фаз улучшает очистку цилиндров от отработавших газов и наполнение свежим зарядом, а также уменьшает потери энергии на газообмен. На рис. 3.1, β показана круговая диаграмма фаз газораспределения.
Наддув
При наддуве в четырехтактном ДВС воздух или топли-вовоздушная смесь нагнетается в цилиндр компрессором, а не под воздействием разрежения, как в двигателе без наддува. При установке во впускной системе охладителя наддувочного воздуха после компрессора ее сопротивление возрастает, но при этом растет массовое наполнение цилиндра.
Процесс сжатия
Сжатие свежего заряда в цилиндрах двигателя необходимо для увеличения температурного перепада, при котором осуществляется действительный цикл, и улучшения условий воспламенения и горения топлива. В результате повышается работа газов при расширении продуктов сгорания и улучшается экономичность рабочего процесса.
Процессы смесеобразования и сгорания в двигателях с искровым зажиганием
Распыливание топлива при центральном впрыскивании и в карбюраторах начинается в период, когда струя топлива после ее выхода из отверстия форсунки или распылителя под воздействием сил аэродинамического сопротивления и за счет высокой кинетической энергии воздуха распадается на пленки и капли различных диаметров. По мере движения капли дробятся на более мелкие. С повышением мелкости распыливания растет суммарная поверхность капель, что приводит к более быстрому превращению топлива в пар.
Распределенное впрыскивание топлива
При распределенном впрыскивании топлива на тарелку впускного клапана и работе двигателя на полной нагрузке испаряется 30...50 % цикловой дозы топлива до поступления в цилиндр. При впрыскивании топлива на стенки впускного канала доля испарившегося топлива возрастает до 50... 70 % благодаря увеличению времени на его испарение. Подогрев впускного трубопровода в этом случае не нужен.
Воспламенение и сгорание топлива
Для получения высокого индикаторного КПД двигателя необходимо полностью и своевременно сжечь топливо и выделить топливо при нахождении поршня вблизи ВМТ. Скорость сгорания смеси зависит от ее однородности и турбулизации в камере сгорания. О качестве сгорания можно судить по индикаторной диаграмме (рис. 3.4), на которой условно выделяют три фазы.
Нарушения сгорания
Детонационное сгорание в цилиндре двигателя представляет собой сгорание последних частей заряда в результате его объемного самовоспламенения. Оно сопровождается возникновением ударных волн, скорость которых может в десятки раз превышать скорость распространения фронта турбулентного пламени и достигать 1500 м/с.
Преждевременное воспламенение
Преждевременное воспламенение возникает во время процесса сжатия (до момента появления искры) от накаленных (выше 700...800 °С) зон центрального электрода свечи, головки выпускного клапана, тлеющих частиц нагара. При этом возрастают температура и давление цикла, происходит перегрев двигателя и уменьшение его мощности (рис. 3.5, в). Длительная работа в таком режиме может привести к прогоранию поршня. Для устранения преждевременного воспламенения необходимо быстро закрыть дроссельную заслонку. В эксплуатации следует использовать свечи с требуемым высоким калильным числом (см. разд. 4).
Картонные бочки и контейнеры для упаковки грузов
Картонная бочка — это цилиндрический контейнер с боковой стенкой из бумаги пли картона, оснащенный крышками и имеющий компоненты из аналогичных или других материалов (металла, пластика, фанеры или композиционных материалов). Боковые стенки таких контейнеров, используемых промышленными предприятиями, изготавливают из нескольких слоев бумаги, соединяемых между собой прямой навивкой.
Изготовление картонных бочек и контейнеров
Обычно боковую стенку картонной бочки или контейнера наготавливают прямой навивкой бумаги с рулона вокруг оправки (или другого формующего приспособления), то есть непрерывно. Перед навивкой бумаги па оправку на бумагу наносят адгезив (валиком, вращающимся и поддоне с адгезивом). I la оправку навивают несколько слоев, например, 6, после чего готовый цилиндр снимают с оправки. При такой прямой навивке диаметр цилиндра равен диаметру оправки, а высота - ширине рулона.
Изготовление крышки картонных бочек и контейнеров
Картонные бочки и контейнеры считаются «открытой» тарой. Это означает наличие у них съемной крышки, соответствующей по диаметру корпусу. Крышку изготавливают из дерева, пластика, стали пли картона. Она удерживается на месте стяжным кольцом, обычно стальным (рис. 7.6). Следует отметить, что существует п другой) вид контейнеров, имеющих иную конструкцию и известных как «контейнеры с глухой (несъемной) крышкой», где крышка «намертво» прикреплена к корпусу. Такие контейнеры изготавливают из полимерных материалов или стали п применяют для упаковки жидких или полужидких продуктов. Сверху на таких контейнерах предусматривают два отверстия диаметром 5 см, закрытые пробками.
Использование картонных бочек и контейнеров
Картонные бочки и контейнеры применяют для транспортировки порошкообразных, гранулированных, пастообразных, вязкопластичных и других материалов. Как мы уже отмечали, картонные бочки и контейнеры используют в основном в химической, фармацевтической и пищевой промышленности.
Использование барьерных материалов
Использование какого-либо барьерного материала и герметизации позволяет использовать такие картонные бочки и контейнеры без дополнительного полиэтиленового вкладыша или мешка. В картонные бочки и контейнеры с облицовкой из покрытой силиконом бумаги можно фасовать горячие расплавы термопластичных полимеров, затвердевающих при охлаждении. Для извлечения изделия такую бочку или контейнер обычно разрезают или нагревают с помощью специального оборудования.
Декорирование, штабелирование и транспортировка
На поверхность стандартных темно- или светлокоричневых картонных бочек и контейнеров можно при помощи валиковой системы нанести цветной или бесцветный лак, получив тем самым моющуюся поверхность, фирменные цвета (цвета бренда) и, как отмечалось выше, влагонепроницаемое покрытие. Используют краски как на органической, так и на водной основе.
Бумажное литьё (упаковка из формованной бумажной массы)
Одним из наиболее массовых видов упаковки из бумажного литья (формованной бумажной массы) в европейских странах и Северной Америке являются хорошо знакомые потребителям бугорчатые прокладки, лотки и коробки для яиц.
Изготовление
Первоначально существовали две технологии формования — под давлением и вакуум-формование. В первом случае волокнистая масса подается в форму, в которой изделие формуется под действием давления и горячего воздуха. Операции осуществляются при этом полуавтоматически, в связи с чем снижается производительность. Кроме того, получаемые изделия толще, с большими отклонениями в толщине стенок. Процесс формования под давлением не очень подходит для изготовления сложных конструкций, и впоследствии он был вытеснен формованием методом всасывания.
Сушка изделий
Сушку изделий выполняют двумя способами — путем циркуляции тепла в длинных обогреваемых газом сушильных устройствах из алюминия или путем горячего формования в пресс-форме, при котором для дальнейшего прессования и сушки изделий используются дополнительные нагреваемые узлы. Такая сушка в формах позволяет получать изделия с очень высоким качеством поверхности, способные конкурировать с вакуум- и термоформованными изделиями из полимерных материалов как по эстетическим показателям, так и по точности размеров.
Транспортная упаковка
Поставщики материалов для упаковки жидких продуктов учитывают требования транспортной упаковки, хранения и реализации изделий. Готовые упаковки складывают пли группируют для последующего вторичного упаковывания в стретч-пли термоусадочную пленку в рукавах (гильзах) или на лотках. Для транспортной упаковки коробок (пакетов) пирамидальной, клинообразной пли подушкообразной формы предусмотрены особые виды тары, в частности, специальные пластмассовые ящики, используемые в местах реализации.
Экологические аспекты
Промышленность по производству картонной упаковки для жидких пищевых продуктов прикладывает много усилий для разъяснения их преимуществ с точки зрения охраны окружающей среды. Эти усилия в основном касаются преимуществ, общих для бумажной и картонной упаковки, и здесь мы их рассматривать не будем. Ниже мы остановимся на вопросах охраны окружающей среды, относящихся именно к упаковке жидких продуктов.
| 
НА ГЛАВНУЮ
