Рабочий цикл 4-х тактного карбюраторного ДВС

ЛЕКЦИЯ 11

Тема: РЕАЛЬНЫЕ И ИДЕАЛЬНЫЕ ЦИКЛЫ ДВС

План лекции:

1. Диаграмма фаз газораспределения реальных ДВС.

2.Реальные рабочие циклы ДВС.

3.Идеальные циклы ДВС и их эффективность.

Диаграмма фаз газораспределения реальных ДВС

В реальных ДВС для улучшения наполнения цилиндров горючей смесью или воздухом и лучшей очистки их от отработавших газов клапана открываются и закрываются не в моменты нахождения поршней в мёртвых точках, а с некоторым опережением при открытии и некотором опоздании при закрытии.

Графическое изображение времени открытого и закрытого состояния клапанов в функции от угла поворота коленчатого вала называется диаграммой газораспределения.

Диаграмма газораспределения ДВС

Рис. 1

Как видно из диаграммы в двигателях имеются, периоды, в течении которых впускной и выпускной клапаны открыты одновременно. Такие периоды называются перекрытием клапанов. При перекрытии клапанов происходит подсасывание в цилиндр горючей смеси или воздуха и отсасывание из него отработанных газов за счёт большой инерции потоков свежей горючей смеси и отработанных газов. Следовательно действительные рабочие процессы далеко не точно совпадают с тактами двигателей.

Реальные рабочие циклы ДВС

Пользуясь индикаторными диаграммами, рассмотрим последовательность процессов в ДВС.

Рабочий цикл 4-х тактного карбюраторного ДВС.

Процесс впуска (линия 2. - а -2)

Впускной клапан открывается при движении поршня от НМТ к ВМТ (точка 1), чтобы получить к моменту прихода в ВМТ большее проходное сечение у клапана. Впуск горючей смеси в цилиндр осуществляется за два периода. В первый период смесь поступает при перемещении поршня от ВМТ к НМТ вследствие разрежения создающегося в цилиндре (линия r - a). Во второй период впуск смеси происходит при перемещении поршня от НМТ к ВМТ в течении некоторого времени, соответствующего 40°- 70° поворота коленчатого вала, за счёт созданной перед этим разности давлений (р_о – р_а) и скоростного напора смеси (линия а - 2). Впуск горючей смеси заканчивается в момент закрытия клапана (точка 2). Горючая смесь, поступившая в цилиндр смешивается с остаточными отработанными газами и образует рабочую смесь. Давление смеси в цилиндре в процессе впуска р_а = 70-90 КПа (0,7 - 0,9 ат) и зависит от гидравлических потерь во впускном тракте. Температура смеси в конце впуска повышается до 340 - 350 К вследствие теплообмена с элементами конструкций и смешения с остатками продуктов сгорания, имеющими температуру 900 - 1100 К.

Процесс сжатия (линия 2 - 3)

Сжатие рабочей смеси происходит при закрытых клапанах и перемещении поршня к ВМТ. Вначале сжатия температура стенок выше температуры смеси и тепло передаётся от стенок к смеси. В процессе сжатия температура смеси увеличивается, становится больше температуры стенок и тепло передаётся от смеси к стенкам.

Индикаторные диаграммы ДВС.

а) карбюраторный б) дизельный в) двухтактный ДВС

4-х тактный ДВС 4-х двухтактный ДВС

1 - момент открытия впускного клапана (продувочного канала); 2 - момент закрытия
впускного клапана (продувочного канала); 3 - момент воспламенения; 4 - момент открытия выпускного клапана (выпускного канала); 5 - момент закрытия выпускного клапана
(выпускного канала); 6 – момент открытия впускного канала в 2-х тактном ДВС;
7 - момент закрытия впускного канала в 2-х тактном ДВС.

Рис. 2.

Процесс сжатия заканчивается в момент воспламенения смеси (точка 3). Давление рабочей смеси в конце сжатия , а температура . Процесс горения (линия ).

Горение рабочей смеси начинается раньше прихода поршня в ВМТ (точка 3), от электрической искры пробивающей разрядный промежуток свечи зажигания. После воспламенения фронт пламени распространяется от свечи по всему объёму со скоростью . За время горения коленчатый вал успевает повернуться на . При горении рабочей смеси выделяется большое количество тепла, давление и температура резко увеличиваются. В конце горения давление достигает , а температура .

Процесс расширения (линия z-4).

В процессе расширения газы совершают полезную работу и отдают тепло стенкам цилиндра и головке поршня. Процесс расширения заканчивается в момент открытия выпускного клапана (точка 4), давление к этому моменту падает до , а температура до .

Процесс выпуска (линия 4-с-r-5).

За 40 - 60° до прихода поршня в НМТ) (точка 4) открывается выпускной клапан. Выпуск газов из цилиндра осуществляется за три периода.

В первый период выпуск газа происходит при движении поршня к НМТ за счёт высокого давления продуктов сгорания (линия 4 -С). В этот период из цилиндра удаляется около 60% продуктов сгорания, скорость движения которых в клапанной щели достигает .

Во второй период выпуск газов осуществляется при движении поршня от НМТ к ВМТ (линия С -r) при давлении , а температура . В этот период удаляется ещё до 35% продуктов сгорания.

В третий период выпуск газов происходит при движении поршня от ВМТ к НМТ до момента закрытия выпускного клапана (точка 5) за счёт созданного в цилиндре избыточного давления и скоростного напора отработанных газов. В этот период удаляется ещё 2...3% продуктов сгорания.

2.2. Рабочий цикл четырёхтактного дизельного ДВС.

Рабочий цикл 4-х тактного дизельного ДВС отличается от карбюраторного способом образования и воспламенения горючей смеси. Цикл состоит их тех же процессов, однако значения давлений и температур в характерных точках имеют другие значения.

Процесс впуска (линия z-а-2).

Процесс впуска аналогичен ранее рассматриваемому. Давление впуска . Температура воздуха в процессе впуска повышается до .

Процесс сжатия (линия 2 - 3).

Процесс сжатия аналогичен ранее рассмотренному. Давление в конце сжатия , температура .

Процесс горения (линия 3-z).

Процесс горения топлива начинается с момента подачи топлива в цилиндр (точка 3), т.е. за 15...30° до прихода поршня в ВМТ. В этот момент температура сжатого воздуха на 150...200° выше температуры самовоспламенения. Топливо, поступившее в мелкораспыленном состоянии в цилиндр воспламеняется не мгновенно, а с задержкой в течении некоторого времени (0,001...0,003), называется периодом задержки воспламенения. В этот период топливо смешивается с воздухом, прогревается и испаряется, т.е. образуется рабочая смесь. Подготовленное топливо воспламеняется и сгорает. Как видно из диаграмм изменение давления в цилиндре в период горения отличается у карбюраторных и дизельных двигателей.

В конце горения у дизельного двигателя давление , а температура . Процесс расширения (линия z-4).

Процесс расширения аналогичен ранее рассмотренному. Давление в конце расширения , а температура .

Процесс выпуска (линия 4-С-r5).

Процесс выпуска аналогичен ранее рассмотренному. Давление в процессе выпуска такое же, как в карбюраторном, а температура .