Бензиновый двигатель

протекает при  наличии теплообмена между рабочей  смесью и стенками (цилиндра,

головки и днища  поршня). В начале сжатия температура  рабочей смеси ниже

температуры стенок, поэтому теплота передается смеси  от стенок. По мере

дальнейшего сжатия температура смеси повышается и  становится выше температуры

стенок, поэтому  теплота от смеси передается стенкам. Таким образом процесс

сжатия осуществляется по политропе, средний показатель которой n=1.33...1.38.

Процесс сжатия заканчивается  в момент воспламенения рабочей  смеси. Давление

рабочей смеси  в цилиндре в конце сжатия 0.8 - 1.5МПа, а температура 600 - 750

К.

Процесс сгорания. Сгорание рабочей смеси начинается раньше прихода поршня к

ВМТ, т.е. когда  сжатая смесь воспламеняется от электрической  искры. После

воспламенения фронт  пламени горящей свечи от свечи  распространяется по всему

объему камеры сгорания со скоростью 40 - 50 м/с. Несмотря на такую высокую

скорость сгорания, смесь успевает сгореть за время, пока коленчатый вал

повернется на 30 - 35 .При сгорании рабочей смеси  выделяется большое

количество теплоты  на участке, соответствующим 10 - 15 до ВМТ и 15 - 20 после

НМТ, вследствие чего давление и температура образующихся в цилиндре газов

быстро возрастают. В конце сгорания давление газов  достигает 3 - 5 МПа, а

температура 2500 - 2800 К.

Процесс расширения. Тепловое расширение газов, находящихся  в цилиндре

двигателя, происходит после окончания процесса сгорания при перемещении

поршня к НМТ. Газы, расширяясь, совершают полезную работу. Процесс теплового

расширения протекает  при интенсивном теплообмене  между газами и стенками

(цилиндра, головки  и днища поршня). В начале расширения  происходит догорание

рабочей смеси, вследствие чего образующиеся газы получают теплоту. Газы в

течение всего  процесса теплового расширения отдают теплоту стенкам.

Температура газов  в процессе расширения уменьшается, следовательно,

изменяется перепад  температуры между газами и стенками. Процесс теплового

расширения, заканчивающийся  в момент открытия выпускного клапана,. Процесс

теплового расширения происходит по политре, средний показатель которой

n2=1.23...1.31. Давление  газов в цилиндре в конце  расширения 0.35 -0.5 МПа, а

температура 1200 - 1500 К.

Процесс выпуска. Выпуск отработавших газов начинается при открытии выпускного

клапана, т.е. за 40 - 60 до прихода поршня в НМТ. Выпуск газов из цилиндра

осуществляется  за два периода. В первый период выпуск газов происходит при

перемещении поршня до НМТ за счет того, что давление газов в цилиндре

значительно выше атмосферного .В этот период из цилиндра удаляется около 60%

отработавших газов  со скоростью 500 - 600 м/с. Во второй период выпуск газов

происходит при  перемещении поршня от НМТ до закрытие выпускного клапана за

счет выталкивающего действия поршня и инерции движущихся газов. Выпуск

отработавших газов  заканчивается в момент закрытия выпускного клапана, т. е.

через 10 – 20 после  прихода поршня в ВМТ. Давление газов  в цилиндре в

процессе выталкивания 0.11 - 0.12 МПа, температура газов в конце процесса

выпуска 90 - 1100 К .

    

Рабочий цикл четырехтактного  двигателя 

Рабочий цикл дизеля существенно отличается от рабочего цикла карбюраторного

двигателя способом образования и воспламенения  рабочей смеси.

Процесс впуска. Впуск  воздуха начинается при открытом впускном

клапане  и заканчивается в момент закрытия его. Процесс впуска воздуха

происходит также, как и впуск горючей смеси  в карбюраторном двигателе..

Давление воздуха  в цилиндре в течении процесса впуска составляет 80 - 95 кПа

и зависит от гидравлических потерь во впускной системе двигателя. Температура

воздуха в конце  процесса выпуска повышается до 320 - 350 К за счет

соприкосновения его с нагретыми деталями двигателя  и смешивания с остаточными

газами.

Процесс сжатия. Сжатие воздуха, находящегося в цилиндре, начинается после

закрытия впускного  клапана и заканчивается в  момент впрыска топлива в камеру

сгорания Давление воздуха в цилиндре в конце  сжатия 3.5 - 6 МПа, а

температура 820 - 980 К.

Процесс сгорания. Сгорание топлива начинается с момента  начала подачи топлива

в цилиндр, т.е. за 15 - 30 до прихода поршня в ВМТ. В  этот момент температура

сжатого воздуха  на 150 - 200 С выше температуры самовоспламенения. топливо,

поступившее в мелкораспыленном состоянии в цилиндр, воспламеняется не

мгновенно, а с  задержкой в течение некоторого времени (0.001 - 0.003 с),

называемого периодом задержки воспламенения. В этот период топливо

прогревается, перемешивается с воздухом и испаряется, т.е. образуется рабочая

смесь. Подготовленное топливо воспламеняется и сгорает. В конце сгорания

давление газов  достигает 5.5 - 11 МПа, а температура 1800 - 2400 К.

Процесс расширения. Тепловое расширение газов, находящихся  в цилиндре,

начинается после  окончания процесса сгорания и заканчивается  в момент

закрытия выпускного клапана. В начале расширения происходит догорание

топлива. Процесс  теплового расширения протекает  аналогично процессу теплового

расширения газов  в карбюраторном двигателе.. Давление газов в цилиндре к

конце расширения 0.3 - 0.5 МПа, а температура 1000 - 1300 К.

Процесс выпуска. Выпуск отработавших газов начинается при открытии выпускного

клапана и заканчивается  в момент закрытия выпускного клапана. Процесс выпуска

отработавших газов  происходит также, как и процесс  выпуска газов в

карбюраторном двигателе. Давление газов в цилиндре в процессе выталкивания

0.11 - 0.12 МПа, температура  газов в конце процесса выпуска  700 - 900 К.

    

Рабочие циклы двухтактных  двигателей 

Рабочий цикл двухтактного двигателя совершается за два  такта, или за один

оборот коленчатого  вала. Рассмотрим рабочий цикл двухтактного карбюраторного

двигателя с кривошипно-камерной продувкой,

Процесс сжатия горючей  смеси, находящейся в цилиндре, начинается с момента

закрытия поршнем  окон цилиндра при перемещении поршня от НМТ к ВМТ. Процесс

сжатия протекает  также, как и в четырехтактном карбюраторном двигателе,

Процесс сгорания происходит аналогично процессу сгорания в четырехтактном

карбюраторном двигателе.

Процесс теплового  расширения газов, находящихся в  цилиндре, начинается после

окончания процесса сгорания и заканчивается в момент открытия выпускных окон.

Процесс теплового  расширения происходит аналогично процессу расширения газов

в четырехтактном карбюраторном двигателе .Процесс выпуска отработавших газов

начинается при  открытии выпускных окон, т.е. за 60 65 до прихода поршня в

НМТ, изаканчивается через 60 - 65 после прохода поршнем НМТ, на диаграмме

изображается линией 462. По мере открытия выпускного окна давление в цилиндре

резко снижается, а за 50 - 55 до прихода поршня в НМТ  открываются продувочные

окна и горючая  смесь, ранее поступившая в кривошипную  камеру и сжатая

опускающимся поршнем, начинает поступать в цилиндр. Период, в течение

которого

происходит одновременно два процесса - впуск горючей смеси  и выпуск

отработавших газов,- называют продувкой. Во время продувки горючая смесь

вытесняет отработавшие газы и частично уносится вместе с  ними. При дальнейшем

перемещении к ВМТ поршень перекрывает сначала продувочные окна, прекращая

доступ горючей  смеси в цилиндр из кривошипной  камеры, а затем выпускные и

начинается в  цилиндре процесс сжатия.

    

ПОКАЗАТЕЛИ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ  РАБОТУ ДВИГАТЕЛЕЙ

    

Среднее индикаторное давление и индикаторная мощность 

Под средним индикаторным давлением Pi понимают такое условное постоянное

давление, которое  действуя на поршень в течение  одного ,рабочего хода,

совершает работу, равную индикаторной работе газов в  цилиндре за рабочий

цикл.

Согласно определению, среднее индикаторное давление –  отношени индикаторной

работы газов  за цикл Li к единице рабочего объема цилиндра Vh, т.е. Pi=Li/Vh.

При наличии индикаторной диаграммы, снятой с двигателя , среднее индикаторное

давление можно  определить по высоте прямоугольника, построенного на основании

Vh, площадь которого равна полезной площади индикаторной диаграммы,

представляющей  собой в

некотором масштабе индикаторную работу Li.

Определить с  помощью планиметра полезную площадь F индикаторной диаграммы

(м^2) и длину l индикаторной диаграммы (м), соответствующую рабочему объему

цилиндра, находят  значение среднего индикаторного давления Pi=F*m/l, где m -

масштаб давления индикаторной диаграммы,Па/м.

Средние индикаторные давления при номинальной нагрузке у четырехтактных

карбюраторных двигателей 0.8 - 1.2 МПа, у четырехтактных дизелей 0.7 - 1.1

МПа, у двухтактных  дизелей 0.6 - 0.9 МПа.

Индикаторной мощностью  Ni называют работу, совершаемую газами в цилиндрах

двигателя в единицу  времени.

Индикаторная работа (Дж), совершаемая газами в одном цилиндре за один рабочий

цикл, Li=Pi*Vh.

Так как число  рабочих циклов, совершаемых двигателем в секунду, равно 2n/T,

то индикаторная мощность (кВт) одного цилиндра Ni=(2/T)*Pi*Vh*n*10^-3, где n

- частота вращения  коленчатого вала, 1/с, T - тактность двигателя - число

тактов за цикл (T=4 – для четырехтактных двигателей и T=2 - для двухтактных).

Индикаторная мощность многоцилиндрового двигателя при  числе цилиндров i

Ni=(2/T)*Pi*Vh*n*i*10^-3 .

    

Эффективная мощность и средние  эффективные давления 

Эффективной мощностью  Ne называют мощность, снимаемую с коленчатого вала

двигателя для  получения полезной работы.

Эффективная мощность меньше индикаторной Ni на величину мощности механических

потерь Nm, т.е. Ne=Ni-Nm.

Мощность механических потерь затрачивается на трение и  приведение в действие

кривошипно-шатунного  механизма и механизма газораспределения, вентилятора,

жидкостного, масляного  и топливного насосов, генератора тока и других