Индикаторная диаграмма

1.1.Отличие действительных циклов четырехтактных двигателей от теоретических.

Действительным циклом двигателя называется совокупность периодически повторяющихся тепловых, химических и газодинамических процессов, в результате которых термохимическая энергия топлива преобразуется в механическую работу.

1.Действительные циклы являются разомкнутыми.

2.Вместо подвода теплоты в действительных циклах происходит процесс сгорания.

3.Изменяется химический состав рабочего тела.

4.Теполоёмкость рабочего тела постоянно меняется.

5.Идёт постоянный теплообмен между рабочим телом и окружающими его деталями.

1.2. Индикаторная диаграмма.

Индикаторной диаграммой называется зависимость изменения давления (p) от изменения объёма (v) рис.1. Индикаторные диаграммы используются для изучения и анализа процессов, протекающих в цилиндре двигателя. Так, например, площадь свёрнутой индикаторной диаграммы, ограниченная линиями сгорания, сжатия и расширения (рис.1 красная штриховка) соответствует полезной работе или индикаторной работе L_i действительного цикла. Величиной индикаторной работы характеризуется полезный эффект действительного цикла:

L_i = Q₁ – Q₂, где:Q₁- количество подведённой теплоты.

Q₂- тепловые потери действительного цикла. В действительном цикле Q₁зависит от массы и теплоты сгораемого топлива, вводимого в двигатель за цикл.

Экономичность действительного цикла оценивают индикаторным КПД , который представляет собой отношение теплоты, преобразованной в полезную работу L_i, к теплоте подведённого в двигатель топлива:

= .Подставляя значение L_i, формулу индикаторного КПД

можно записать так: = (Q₁–Q₂) / Q₁ = 1- . В современных двигателях тепловые потери составляют 55 – 70%.

По индикаторной диаграмме (рис.1) можно определить процессы действительного цикла четырёхтактного двигателя.

Процессы, составляющие рабочий цикл двигателя, можно разбить на две группы:

а).Процессы сжатия, сгорания и расширения образуют рабочую часть цикла.

б).Процессы выпуска и впуска. Эта группа процессов образует вторую часть рабочего цикла. Поскольку осуществление процессов выпуска и впуска обеспечивает смену рабочего тела в цилиндре, эти процессы называются процессами газообмена.

Рис.1.Свёрнутая индикаторная диаграмма четырёхтактного двигателя с принудительным воспламенением.

1.Процесс впуска свежего заряда(кривая frdak).

2.Выпуск отработавших газов (кривая b¹b^”frd).

3.Процесс сгорания (кривая с¹с^»zz^»).

4.Процесс расширения (кривая с^»zb¹b^»).

При впуске свежего заряда поршень движется, освобождая объём, который заполняется горючей смесью в карбюраторных двигателях и чистым воздухом в дизелях.

Начало впуска определяется открытием впускного клапана (точка f), конец впуска – его закрытием (точка k). Начало и конец выпуска соответст-

вено в точкахb¹ и d.

Не заштрихованная зона b¹bb^” на индикаторной диаграмме соответствует потере индикаторной работы вследствие падения давления в результате открытия выпускного клапана до прихода поршня в НМТ.

Сжатие фактически осуществляется с момента закрытия впускного клапана (кривая k-c^»). До закрытия впускного клапана (кривая a-k) давление в цилиндре остаётся ниже атмосферного (p₀).

В конце процесса сжатия топливо воспламеняется (точка с^’) и быстро сгорает с резким нарастанием давления (точка z).

Так как воспламенение свежего заряда происходит не в ВМТ, и сгорание протекает при продолжающим перемещении поршня, расчётные точки с и z¹ не соответствуют реально протекающим процессам сжатия и сгорания. В результате площадь индикаторной диаграммы (заштрихованная зона), а значит и полезная работа цикла меньше термодинамической или расчётной.

Воспламенение горючей смеси осуществляется от электрического разряда. Образовавшиеся в результате сгорания топлива газообразные продукты создают давление на поршень, вследствие чего совершается такт расширения или рабочий ход. При этом тепловая энергия преобразуется в механическую работу.