2020-04-07
941
Четырехтактный карбюраторный ДВС. Индикаторная диаграмма ДсИЗ показана на рисунке 4.5
В процессе работы реализуются следующие такты.
Рисунок 4.5. Схема двигателя с искровым зажиганием и его индикаторная
диаграмма:
1 — поплавковая камера; 2 — диффузор карбюратора; 3 — дроссельная заслонка;
4 — свеча зажигания
I такт – впуск. Поворот кривошипа j = 0…1800. Объем изменяется
… 
. Перед началом впуска в камере сгорания 
находятся остаточные газы. Участок 
- заполнение свежим зарядом вследствие разрежения при движении поршня (П) к НМТ; r – начало впуска; a – конец впуска; 
(0.8…0.9) 
- вследствие гидравлических потерь во впускном тракте; 
320…250К – вследствие подогрева и смешения с остаточными газами.
II такт – сжатие. j = 1800…3600, ac –на диаграмме. При 
6.5…10 для современных карбюраторных ДВС 
0.8…1.5 МПа, 
550…750 К – расчетные значения. В действительном цикле в ВМТ 
(1.15…1.25) 
- вследствие начавшегося в тч. f процесса горения от искры. Угловой интервал от момента искры (тч. f) до прихода поршня в ВМТ – угол опережения зажигания (jоз).
III такт – расширение. j = 3600…5400, cc¢z¢b – на диаграмме. Происходит сгорание основной доли поданного топлива, расширение PT, осуществляется полезная работа. Вблизи ВМТ при jz = 100…150 
= 3.5…6.5 МПа; 
=2400… 2800 К; 
3.6…4.2. Возрастание давления вследствие сгорания от до 
характеризуется степенью повышения давления:
.
В конце такта расчетные значения давления и температура 
0.35…0.5 МПа, 
1400…1700 К. В действительном цикле расширение заканчивается раньше НМТ из-за раннего начала открытия выпускного клапана.
Рисунок 4.6. Схема дизеля и его индикаторная диаграмма:
1 — кривошипно-шатунный механизм; 2 — редуктор; 3 — топливный насос
высокого давления; 4 — форсунка; 5 — механизм газораспределения
IV такт – выпуск. j = 5400…7200, осуществляется при избыточном давлении 
(1.05…1.2) 
- вследствие гидравлических потерь в выпускной системе. 
900…1100 К. При расчете действительного цикла принимается, что основная доля теплоты выделяется вблизи ВМТ, т.е. при 
.
Четырехтактный дизель. Типичная индикаторная диаграмма показана на рисунке 4.6. Чтобы обеспечить надежное самовоспламенение топлива в дизелях, степень сжатия должна быть в пределах 
14…23.
I такт – впуск. j = 00…1800. Наполнение цилиндра воздухом, ra – на диаграмме 
(0.85…0.92) 
- больше, чем в карбюраторном вследствие меньших потерь во впускной системе (нет карбюратора). 310…350 К – меньше, чем в ДсИЗ из-за меньшего количества остаточных газов в камере сгорания (КС) и с меньшей температурой.
II такт – сжатие. j = 1800…3600, ac –на диаграмме, 
3.5…6.0 МПа и 
700…900 К – больше, чем в ДсИЗ из-за большего значения 
. В конце такта сжатия до прихода поршня в ВМТ – впрыск топлива. Угол от момента впрыска до ВМТ – угол опережения впрыскивания (jов). Так как сгорание топлива начинается до ВМТ, то давление 
(1.05…1.15) 
, т.е. превышает расчетное 
. Вблизи ВМТ сгорает меньшая часть подаваемого топлива, остальное горит после ВМТ уже при увеличении объема внутренней полости. Поэтому при моделировании действительного цикла дизеля считается, что часть теплоты к РТ подводится при 
, а другая часть – при p = const. В связи с этим 
1.4…2.2, т.е. значительно меньше, чем в карбюраторном двигателе; 
6.0…10.0 МПа; 
1800…2300 К меньше, чем в карбюраторном из-за большего коэффициента избытка воздуха.
III такт – расширение. j = 3600…5400, с¢z b – на диаграмме. Расчетные параметры РТ в конце такта расширения (тч. b): 
0.2…0.4 МПа; 1000…1200 К – ниже, чем в ДсИЗ из-за более высокой 
и большей степени расширения продуктов сгорания.
IV такт – выпуск. j = 5400…7200, b a r – на диаграмме. Принципиально не отличается от карбюраторного. Расчетные параметры: 
(1.05…1.2) - одинаково с ДсИЗ, так как гидравлические потери в выпускной системе те же; 
700…900 К – так как температура в конце расширения ниже, чем в ДсИЗ.
Двухтактный ДВС. Из рассмотрения принципа действия четырехтактного двигателя следует, что для преобразования тепла в работу используются только два хода поршня, а именно: такты сжатия и расширения. Два других хода поршня связаны только со сменой рабочего тела и поршень по существу выполняет функции насоса. Поэтому представляется целесообразным смену рабочего тела выполнять с помощью специального агрегата — продувочного насоса, что и реализуется в двухтактных двигателях. Действительный цикл реализуется за два хода поршня между ВМТ и НМТ, что соответствует одному обороту коленчатого вала. Отличается от четырехтактного способами газообмена. Схема и индикаторная диаграмма показаны на рисунках 1.5 и 1.6 Двигатель состоит из КШМ, продувочного нагнетателя, выпускного и продувочного окна
Очистка цилиндра от отработавших газов и его наполнение свежим зарядом в двухтактном двигателе осуществляется в конце процесса расширения и в начале процесса сжатия.
Системы газораспределения двухтактных двигателей могут быть как клапанными, так и бесклапанными. Хорошие очистка и наполнение цилиндра достигаются соответствующим выбором формы и расположения продувочных окон. Наиболее широкое распространение получили двухтактные двигатели с контурными схемами продувки. В этих схемах поток продувочного воздуха поднимается снизу вверх по контуру цилиндра и его крышки, а затем направляется вниз к выпускным окнам. Основное, преимущество контурных схем продувки — сравнительная простота конструкции и эксплуатации.
Рисунок 4.7. Схема устройства двухтактного двигателя
В нижней части цилиндра обычно выполняются окна впуска и окна выпуска, причем окна выпуска выполняются более высокими. Нижний обрез тех и других совпадает с кромкой поршня при положении его в.н.м.т.
Воздух от специального продувочного насоса подается под некоторым избыточным давлением (0,01—0,03 МПа) к окнам впуска и вытесняет из цилиндра через окна выпуска отработавшие газы в атмосферу, при этом с ними выходит и часть свежего воздуха.
При движении поршня к в.м.т. сначала перекрываются впускные окна, а затем и выпускные окна, на что затрачивается 10—15% хода поршня. На индикаторной диаграмме (Рисунок 4.7) процесс сжатия изображается линией ас. В конце процесса сжатия в цилиндр начинает впрыскиваться топливо, которое самовоспламеняется.
В двухтактных и четырехтактных двигателях давление и температура рабочего тела повышаются и достигают максимальных значений примерно при одних и тех же положениях поршня. Процессы сгорания и расширения изображаются линией «czb».
При открытии поршнем выпускных окон (точка. b) давление в цилиндре резко падает (процесс 
), а при дальнейшем движении поршня к н.м.т. открываются окна впуска (точка 
) и в цилиндр начинает поступать воздух. После окончания процессов наполнения и очистки цилиндра (линия bb'ra) начнется процесс сжатия. Для улучшения очистки цилиндров и уменьшения расхода воздуха на продувку подбирают соответствующее расположение продувочных окон, их форму и размеры, а также конфигурацию днища поршня.
Таким образом, в двухтактном двигателе процесс сжатия происходит только после закрытия продувочных окон.
Часть хода поршня от н.м.т. до положения полного закрытия органов газораспределения называется потерянной. В соответствии с этим для двухтактных двигателей различают два понятия рабочего объема цилиндра.
Полному ходу поршня 
соответствует полный рабочий объем 
, а ходу поршня от положения, при котором закрываются органы газораспределения, до в.м.т. — полезный рабочий объем 
.
Отношение потерянного хода поршня 
к полному S' называется коэффициентом или долей потерянного хода 
:
 . | (4.3) |
Рис 4.8. Индикаторная диаграмма двухтактного двигателя
Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется геометрической степенью сжатия 
:
.
 . | (4.4) |
Отношение объема цилиндра в начале процесса сжатия к объему камеры сгорания называется действительной степенью сжатия:
 . | (4.5) |
Действительная степень сжатия меньше геометрической и зависит от доли потерянного хода.
Учитывая выражения (4.3) и (4.4), из выражения (4.5) можно получить зависимость между геометрической и действительной степенью сжатия:
 . | (4.6) |
В технических описаниях двухтактных двигателей, если нет специальной оговорки, приводится обычно действительная степень сжатия.
Рис. 4.9. Схема работы четырехтактного дизеля без наддува.
Рисунок4.10 Схема работы двухтактного двигателя с внутренним смесеобразованием и прямоточной клапанно-щелевой схемой газообмена и индикаторные диаграммы:
а — первый такт (сгорание, расширение, выпуск, продувка и наполнение); б—второй такт (выпуск, продувка и наполнение, сжатие);
1 — впускной патрубок; 2 — продувочный насос; 3 — поршень; 4 — выпускные клапаны; 5 форсунка; 6 — выпускной патрубок;7 — воздушный ресивер; 8 — впускное окно
Рисунок 4.11. Диаграммы рабочего цикла и газораспределения четырехтактных дизелей.
