Действительные циклы ДВС (1)

Действительные циклы ДВС
Изменение давление газа в цилиндре работающего двигателя в зависимости от хода поршня или объема P = ƒ(S,V), называется свернутой индикаторной диаграммой, зависимость давления в цилиндре от угла поворота кривошипа P = ƒ(ϕ), называется развернутой индикаторной диаграммой.

Процесс впуска
Где α – угол опережения открытия впускного клапана, β – угол запаздывания закрытия впускного клапана.
Коэффициент наполнения – это отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр двигателя в процессе впуска (М1) к тому количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объеме (Мо) при условии на впуске (pо, То, рк, Тк). При расчете рабочего цикла принимается давление окружающей среды
pо= 0,1 МПа, а температура То = 293 К.
ηv = ,
Отношение количества остаточных газов в цилиндре от предыдущего цикла (Мr), к количеству свежего заряда поступившего в цилиндр (М1) называется коэффициентом остаточных газов γr
γr = .

Процесс сжатия
Из курса термодинамики известно, что процесс сжатия происходит по политропе. Сжатие рабочего газа в цилиндре необходимо для увеличения температуры. Процесс сжатия начинается после закрытия впускного клапана (точке а2). Вначале хода сжатия температура заряда ниже средней температуры деталей ЦПГ, тепло идет от стенок к газу, кривая показателя политропы сжатия n′1 выше точки показателя адиабаты к (n′1> к1).
В точке 2 температура стенок и газа становятся равными за счет сжатия заряда, температура которого повышается, поэтому показатели политропы сжатия n1, и адиабаты к также становятся равными (n′1 = к).
На участке 2–3 за счет сжатия температура заряда становится выше, чем температура стенок, теперь тепло идет от газа к стенкам, а значит, показатель политропы сжатия становится меньше показателя адиабаты n′1< к.
В дизеле к концу сжатия необходимо (для надежного самовоспламенения топливовоздушной смеси), чтобы температура воздуха к моменту впрыска топлива была больше температуры самовоспламенения на всех режимах работ, в том числе при пуске
Тс >Тs.
Причем температура в конце сжатия Тс должна превышать температуру самовоспламенения топлива Тs на 200 – 400 oС.
В двигателе с воспламенением от искры температура в конце сжатия ограничивается возникновением преждевременного воспламенения, т.е.
Тc < Тs.

Процесс сгорания в бензиновых двигателях
Для упрощения принимается, что сгорание происходит мгновенно при V=const. Газы не совершают полезной работы, а вся выделенная теплота расходуется на увеличение их внутренней энергии.
При этом допущении уравнение баланса тепла запишется следующим образом
Qz = Qc + Qсг.
Количество теплоты после сгорания (точка z) равно количеству теплоты содержащейся в газах до сгорания (точка с) плюс количество теплоты выделившееся при сгорании (Qсг).

Процесс сгорания в дизелях
Принято считать, что процесс сгорания в дизелях происходит по смешанному циклу, то есть подвод тепла осуществляется при V=const и Р = const.
Уравнение баланса теплоты для дизеля можно записать в следующем виде:
Q VC + Q СГ =
где Q vc – количество теплоты в цилиндре до сгорания;
Q сг – количество теплоты выделившееся в процессе сгорания;
– количество теплоты в точке z′;
– количество теплоты в эквивалентной работе расширения на участке z′– z.

Процесс расширения
Процесс расширения сопровождается целым рядом явлений:
догоранием на линии расширения (у бензиновых двигателей оно мало, у дизелей до 100о п.к.в. после ВМТ);
непрерывная передача теплоты к окружающим деталям в условиях переменных давлений, поверхностей охлаждения, перепада температур, продолжительности отдачи тепла;
частичная и переменная утечка газов из цилиндра.
Реальный процесс расширения происходит по политропе с переменным показателем n2.
Таким образом:
при n′2≤к′2 происходит интенсивный подвод теплоты;
при n′2=0, n′2<к′2 подвод теплоты уменьшается;
при n′2=к′2 процесс расширения происходит по адиабате, т.е подвод теплоты равняется отводу;
при n′2>к′2 отвод теплоты становиться больше подвода.

Процесс выпуска
Процесс выпуска начинается с момента открытия выпускного клапана, когда еще идет такт расширения и поршень ещё не дошел до нижней мертвой точки (точка в1), и заканчивается после ВМТ (точка в2), т.е. процесс выпуска также длится более 180о на величину опережения открытия (γ) и запаздывания закрытия выпускного клапана (ϕ).
В период от точки а1 до в2 открыты оба клапана. Угол опережения открытия впускного клапана ϕ определяется по минимуму потерь на выталкивание отработавших газов и минимума потерь работы расширения. Давление в конце выпуска обычно берётся на основании экспериментальных данных.

Индикаторная «р – V»-диаграмма
четырёхтактного безнаддувного дизеля

Схемы изменения давления рабочего тела в процессах впуска безнаддувном и наддувном двигателях