Краткое описание процессов, происходящих в одном цикле двигателя внутреннего сгорания. Расчет параметров одного цикла и построение индикаторной диаграммы

2. Краткое описание процессов, происходящих в одном цикле двигателя внутреннего сгорания   Выходные характеристики двигателя внутреннего сгорания (ДВС). а так : его размеры и масса определяются в основном при расчете кривошипно- шатунного механизма с использованием законов термодинамики. Известно, что теоретические циклы отличаются от реальных наличием тепловых и механических потерь: на трение, насосных (при впуске и выпуске), на провод вспомогательных агрегатов. Это приводит к снижению эффективности превращения тепла от сгорания топлива в механическую работу. Рассмотрим действительный цикл работы четырехтактного ДВС по мере происходящих в нем процессов.

2.1 Процесс впуска Ход поршня при впуске начинается по окончании хода выпуска. Поэтому в камере сгорания с объемом V_c в это время находятся отработавшие газы при повышенной температуре Т = 700 °С и давлении р_r, превышающем атмосферное p_ат Основной задачей при впуске является наиболее полное заполнение цилиндра свежим зарядом. Улучшению наполнения цилиндра и повышению мощности   двигателя способствуют низкие значения следующих факторов: температуры цилиндра (хорошее охлаждение); температуры смеси; давления остаточных газов; разрежения в цилиндре при впуске.    На последний фактор влияют в основном сопротивления во всасывающей системе (воздухоочиститель — карбюратор коллектор). Поэтому становиться понятной необходимость работы при чистом фильтре, открытых воздушной и дроссельной заслонках, полированной внутренней поверхности коллекторе. давление при впуске р_а может быть больше атмосферного р_ат, только у двигателей с наддувом и составляет р_а = 0,103...0,105МПа.

2.2 Процесс сжатия К концу этого процесса давление смеси р_с возрастает до значений р_с = 0.9…1,5 МПа у карбюраторных ДВС и р_с - 3,0.. .5,5 МПа у дизелей.

 Температура при этом повышается соответственно до значений 300 °С и 600 °С, необходимых для воспламенения и сгорания.    В начале сжатия свежий заряд подогревается, заимствуя тепло от стенок цилиндра и днища поршня, а в конце тепло, появляющееся от сжатия заряда, отдается в систему охлаждения. Из-за теплообмена процесс является политропным: рГПI = соп1 Показатель политропы n₁, постоянно меняется и зависит от частоты вращения коленчатого вала n_с, температуры Т, формы камеры сгорания, размеров цилиндра, интенсивности охлаждения и т.д. 2.3. Процесс сгорания и расширения В конце такта сжатия до прихода поршня в верхнюю мертвую точку (ВМТ) происходит воспламенение смеси от электрической искры (карбюраторные ДВС) пли самовоспламенение топлива, впрыскиваемого форсункой (дизели). При сгорании температура повышается до значений 1600...200 °С, давление газов до p_z = 6...8 МПА у дизельных ДВС и р_z  = 4,5...5 М ‘а ‘; карбюраторных ДВС. После прохода ВМТ начинается процесс расширения., при котором совершается полезная работа. Процесс, как и в предыдущем такте, происходит при наличии теплообмена, он также описывается политропным законом , но с другим показателем политропы n₂. Этот показатель в расчетах также принимается постоянным, средним за процесс. В конце такта расширения температура снижается до Т = 700…1000 °C а давление до p_b = 0,25...0,40 МПа. 1.4 Процесс выпуска В первый период процесса при открытии выпускного клапана в момент, когда до прихода поршня в НМТ остается примерно 15% его хода, отработавшие газы удаляются за счет энергии расширяющегося газа со скоростью до900 м/с. Во второй период газы вытесняются поршнем, движущимся от НМГ к ВМТ, и на это затрачивается работа. Скорость газов снижается до 60…100 м/с.     В первый период, несмотря на то, что он примерно в три раза короче в второго, удаляется около 70 % отработавших газов. Поэтому в существующих ДВС имеется опережение в открытии выпускного клапана, несмотря на потери полезной работы. Иначе больше мощности потеряется на выталкивание поршнем отработавших газов. давление в конце процесса выпуска равно примерно р_r = 0,105...0,125 МПа.

3. Расчет параметров одного цикла и построение индикаторной диаграммы

Расчет параметров цикла проводим параллельно с построением индикаторной  диаграммы.

В координатах p – V по оси V откладываются условные отрезки равные V=1 и V=e V=e₁, где e - степень сжатия, при неизвестных объемов за единицу их измерения принимается объем камеры сгорания Vc. Через концы этих отрезков проводятся вертикальные линии. Параллельные оси р, которые ограничивают зону индикаторной диаграммы. При этом рабочий объем равен:

,

,

Давление в конце такта сжатия, МПа:

где n₁ – показатель политропы сжатия, определяемой по формуле В.А. Петрова [2];

р_а – давление при впуске, МПа.

где n_c заданная частота вращения коленчатого вала, об/мин.

,

МПа.

Давление в конце сгорания, МПа:

,

где l - степень повышения давления

МПа.

Давление в конце такта расширения для карбюраторного двигателя:

,

где n₂ – показатель политропы расширения, определяемый по формуле В.А, Петрова [2]:

,

,

МПа.

Среднее теоретическое индикаторное давление p_iT для карбюраторного двигателя МПа:

,

МПа.

Действительно индикаторное давление с учетом коэффициента скругления диаграммы n принимается равным 0,93 согласно рекомендованным значением:

,

.