Індикаторна діаграма дійсного циклу чотиритактного бензинового ДВЗ

Дійсні цикли зображують за допомогою індикаторних діаграм у координатах р - V або р - ϕ , де ϕ - кут повороту колінчастого вала. Останню діаграму називають розгорнутою індикаторною. Індикаторні діаграми одержують експериментальне, записуючи зміни тиску в циліндрі ДВЗ за допомогою спеціальних самописних приладів, або розрахунком. В останньому випадку виконують тепловий розрахунок ДВЗ, внаслідок чого знаходять значення тиску і температури газів у характерних точках циклу, на основі яких будують діаграму циклу. На рис. 4.1 в координатах р - V тонкими лініями зображено діаграму циклу чотиритактного бензинового або газового ДВЗ, побудовану за розрахунковими значеннями тиску газу в характерних точках а, с, z, b, r. Такий цикл називається розрахунковим. У ньому не враховується вплив випередження і запізнення відкриття і закриття впускних і випускних клапанів, випередження запалювання або впорскування палива та вплив швидкості зміни тиску газів під час згоряння. Після врахування названих факторів шляхом відповідної корекції діаграма розрахункового циклу наближається до індикаторної діаграми дійсного циклу, яка показана на рис. 4.1 товстою лінією. На цій діаграмі точки 1, 2 відповідають відкриттю і закриттю впускного, а точки 3,4 - відкриттю і закриттю випускного клапанів. На ділянці 1 - 4 відображено так зване перекриття клапанів, коли одночасно відкриті впускний і випускний клапани. Точками с/ і с/// позначені початок і кінець згоряння.

Рис. 4.1. Індикаторна діаграма дійсного циклу чотиритактного бензинового ДВЗ з іскровим запалюванням

На ділянці 1 - r - 4 - а - 2 впускається свіжий заряд. У бензинових карбюраторних і газових ДВЗ і в ДВЗ з впорскуванням легкого палива у впускний колектор в циліндри двигуна надходить суміш повітря з паливом або газом – горюча суміш. У циліндрах до неї домішуються залишкові гази від попереднього робочого циклу, внаслідок чого утворюється робоча суміш. У ДВЗ з впорскуванням легкого палива безпосередньо в циліндр у ньому також утворюється робоча суміш.

На ділянці а – 2 – с/ - с// стискується робоча суміш. На ділянці а - 2 - с/ цей процес політропний. У точці с/ робоча суміш запалюється від електричної іскри і тиск починає швидко підвищуватися до точки с//.

В розрахунковому циклі згоряння закінчується в точці z і в цей точці тиск продуктів згоряння досягає найбільшого значення рz .

Але в дійсному циклі тиск газів не досягає розрахункового значення рz , оскільки швидкість згоряння робочої суміші скінчена і за період її згоряння поршень встигає переміститися від в.м.т. до точки с///; тому об’єм надпоршневого простору збільшується. Фактичний максимальний тиск при згорянні приймається рівним

рzд =0,85 рz . (4.1)

Тому згоряння в дійсному циклі відбувається на ділянці с - с// - zд - с///, причому на ділянці zд - с/// має місце так зване догоряння, яке помітно не впливає на тиск газів.

На ділянці zД - с/// -3 - b/ відбувається розширення продуктів згоряння, на ділянці zд - с/// - 3 воно політропне. Після початку відкривання випускного клапана

(точка 3) тиск в циліндрі швидко спадає. На ділянці 3 - b/ - r - 4 - випускаються відпрацьовані гази. Процеси впуску свіжою заряду і випуску відпрацьованих газів називаються процесами газообміну.

Рис. 4.2. Індикаторна діаграма дійсного циклу чотиритактного дизеля без наддуву

На рис. 4.2 показані суміщені діаграми розрахункового і дійсного циклів чотиритактного дизеля або газодизеля.

У циліндри дизеля під час впуску надходить повітря (у газодизелі змішане з газом). Там до нього домішуються залишкові гази, але частка їх відносно повітря незначна. У точці с/ самозаймається паливо, впорскнуте через форсунку. У цей час температура повітря у циліндрі на 150...250 К вища від температури самозаймання палива. На індикаторній діаграмі можна виділити такі характерні ділянки: 1 - r - 4 - а - 2 - впуск повітря; а - 2 - с/ - стискання робочої суміші за політропою; с/ - с - с// - z/ - z - с/// - згоряння палива за циклом із змішаним підведенням теплоти; z - с/// - 3 - b/ - розширення (до точки 3 політропне), а потім швидке спадання тиску в циліндрі, 3 - b/ - 1 - r – 4 - випускання відпрацьованих газів.

Швидкість згоряння в дизелях у 2-3 рази вища, ніж у бензинових двигунах, а ступінь підвищення тиску під час згоряння менший. Тому лінію с// - z/ на ділянці підведення теплоти при V=const на діаграмі дійсного циклу проводять вертикально, а лінію z/ - z на ділянці підведення теплоти при p = const - горизонтально. На індикаторній діаграмі краю ділянки z/ - z округляють. Порівняно з бензиновим двигуном в дизелі і газодизелі процес згоряння закінчується значно дальше від в.м.т. (точка с///).

На рис. 4.1, 4.2 показано індикаторні діаграми ДВЗ без наддуву. Індикаторні діаграми ДВЗ з наддувом відрізняються від них проходженням ділянок впуску і випуску. Це пов’язано з тим, що свіжий заряд подається в циліндри ДВЗ під надлишковим тиском, а в ДВЗ з газотурбінним наддувом, крім того, підвищується тиск у випускній системі у зв'язку з опором рухові відпрацьованих газів, що його створює турбіна.

Рис. 4.3. Діаграми газообміну чотиритактних ДВЗ:

а - без наддуву; б - з наддувом від привідного нагнітача;

в – з газотурбінним наддувом при р_к < р_вип ;

г – з газотурбінним наддувом при р_к > р_вип

На ділянку газообміну (процеси впуску і випуску) великий вплив має тиск р_вип у випускній системі. На рис. 4.3 показано діаграми газообміну чотиритактних ДВЗ без наддуву (рис.4.3, а), та з різними способами наддуву (рис. 4.3, б-г). При наддуві за допомогою приводного нагнітача (рис. 4.3, б) тиск р_вип такий самий як у ДВЗ без наддуву. Тому тиск на лінії впуску r – а вищий, ніж на лінії випуску, але трохи нижчий від тиску наддуву р_к через опір на впускних клапанах.

При газотурбінному наддуві (рис. 4.3, в, г) тиск рвип може бути більшим чи меншим від тиску наддуву р_к . Якщо р_к < р_вип (в), то лінія впуску проходить нижче від лінії випуску, але вище від лінії атмосферного тиску р₀ . Якщо р_к > р_вип (г), то лінія впуску проходить вище від лінії випуску.

Лекція _____