Тема 4. Дійсні цикли автомобільних двигунів. Процес впуску

1. Загальні відомості про дійсні цикли у ДВЗ. Відмінності дійсних циклів від термодинамічних

2. Діаграма газообміну чотиритактних ДВЗ.

3. Індикаторні діаграми ДВЗ з наддувом

4. Особливості процесу впуску Параметри процесу впуску. Коефіцієнт наповнення.

1. Дійсні цикли ДВЗ складаються з реальних процесів, які відбуваються в

циліндрі двигуна. Основні особливості дійсних циклів: теплота підводиться спалюванням паливоповітряної суміші в надпоршневому просторі; після кожного циклу відбувається заміна робочого тіла; стиск і розширення відбуваються політропно, тобто при наявності теплообміну із зовнішнім середовищем; під час розширення догоряє паливо; теплоємність і хімічний склад газів змінні; є гідравлічні втрати під час руху газів.

У зв'язку з цим ККД дійсного циклу менший за термічний ККД ηt.

Рис.4.1 - Індикаторна діаграма чотирьохтактного карбюраторного двигуна в координатах р-φ : 1 і 2 відповідно початок відкриття і закриття впускного клапана, 3 – подача іскри, 4 і 5 відповідно початок відкриття і закриття випускного клапана

Індикаторні діаграми одержують експериментально, 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.

2. Розглянемо дійсний цикл чотирьохтактного карбюраторного

(рис.4.2,а) і дизельного(рис.4.2,б) двигунів.

Учотирьохтактному ДВЗ цикл складається з п'яти процесів, які

частково перекривають один одного (впуск, стиск, згоряння,

розширення, впуск)

ВПУСК. На початку впуску поршень знаходиться в ВМТ, в цей час весь

об’єм камери стиску V_с заповнений залишковими газами при Т_г , що

залишилися від попереднього циклу і впуск здійснюється за рахунок

розрідження, яке здійснює поршень при русі э ВМТ до НМТ.

Рисунок 4.2 - Індикаторна діаграма дійсного циклу

а – чотиритактного бензинового двигуна; б – чотиритактного

дизельного двигуна

Далі процес впуску співпадає з тактом впуску (лінія r – а) і далі процес триває на початку такту стиску (лінія а – 2 ). Таким чином процес впуску триває (лінія 1– r – а – 2), довше ніж такт впуску, з метою кращого наповнення циліндрів свіжим зарядом.

ПРОЦЕС СТИСКУ. Цей процес здійснюється при русі поршня від НМТ до ВМТ. Після того як закриється впускний клапан точка (2) відбу­вається процес стиску робочої суміші, внаслідок чого підвищується тиск і температура. На індикаторній діаграмі такт стиску зображено лінією (а – с). У зв’язку з тим, що впускний клапан закривається не тоді, коли поршень знаходиться в НМТ, а з деяким запізненням, процес стиску триває менше (лінія 2 – с″) ніж такт стиску. Для найкращого використання утвореної в результаті згоряння палива теплоти треба, щоб процес згорання відбувався при положенні поршня до ВМТ.

ЗГОРЯННЯ. Третій процес дійсного циклу. Він починається напри­кінці такту стиску точка (с′) і проходить з деяким відхиленням поршня від ВМТ. Закінчується процес згоряння в такті розширення точка (с′′′), тоді процес триває між точками (с′ – с′′ – z_д – с′′′).

РОЗШИРЕННЯ. Це четвертий процес, який відбувається протягом такту розширення при русі поршня від ВМТ до НМТ: триває між точками (с′′ – z_д – с′′′- 3), закінчується процес розширення раніше такта розширення при відкритті випускного клапана точка (3).

ВИПУСК. П’ятий процес він здійснюється при такті випуску при русі поршня від НМТ до ВМТ. Але для кращого очищення циліндра випускний клапан відкривається раніше, наприкінці такту розширення (точка 3). При цьому гази виходять за рахунок тиску наприкінці розширення. Це зменшує тиск наприкінці такту розширення і втрати на виштовхування відпрацьованих газів.

3. Індикаторні діаграми ДВЗ з наддувом відрізняються від них формою—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 відпрацювавших газів, що його створює турбіна.

4. Процес впуску (зарядки) необхідний для наповнення циліндра пальною сумішшю або повітрям. Кількість пальної суміші або повітря, яка поступає в циліндр під час впуску, залежить від таких основних чинників:

1) гідравлічного опору систем впуску і випуску;

2) підігрівання свіжого заряду в результаті дотику до гарячих деталей двигуна та перемішування із залишковими відпрацьованими газами з попереднього циклу;

3) наявність у циліндрі, на початку наповнення його свіжим зарядом, залишкових газів.

Процес впуску характеризується значенням параметрів стану робочого тіла в точці (а) діаграми (рис. 4.2), а також узагальненими параметрами: коефіцієнтом наповнення ηv та коефіцієнтом залишкових газів γ. Для процесу впуску визначаємо:

Густину заряду ρ0 при То і Ро:

ρ0 = Ро / RTo , кг/м.куб.