Фазы газораспределения. Порядок работы цилиндров. Показатели характеризующие работу двигателя

  За один рабочий цикл газ в цилиндре двигателя совершает индикаторную работу, представляемую на индикаторной диаграмме площадью, ограниченной линиями процессов сжатия, сгорания и расширения. Для конкретных двигателей величина этой работы будет различной в зависимости от применённого цикла, объёма цилиндра, степени сжатия, качества сгорания и коэффициента избытка воздуха.   При этом чем больше выполненная работа, тем больше степень использования данного рабочего объёма цилиндра. Однако судить о величине работы газов в цилиндре двигателя по индикаторной диаграмме, на которой давление газов непрерывно меняется, трудно. Поэтому на практике работоспособность двигателя за цикл оценивают по среднему индикаторному давлению. Для определения индикаторной работы за цикл переменное давление расширяющихся газов заменяют условно постоянным средним давлением, значение которого находят делением площади диаграммы на её длину, равную отрезке между мёртвыми точками. Это среднее давление, вычисленное с учётом масштабов осей координат диаграммы, называют средним индикаторным. В двухтактных двигателях вся площадь индикаторной диаграммы представляет собой в определённом масштабе полезную индикаторную работу. Чем больше индикаторная работа, тем лучше использование рабочего объёма цилиндра двигателя. В поршневых четырёхтактных двигателях на очистку и наполнение затрачивается работа, которая будет отрицательный. В комбинированных двигателях эта работа может быть как отрицательной, так и положительной. Работу газов в период газообмена обычно относят к механическим потерям в двигателе. Максимальные значения среднего индикаторного давления в различных двигателях зависят от многих факторов: способа смесеобразования, осуществляемого цикла, коэффициента избытка воздуха, наполнения цилиндра и т.д. Индикаторная работа, совершаемая газами в цилиндрах, передаётся на фланец отбора мощности через поршень, шатун и коленчатый вал. Эта передача сопровождается механическими потерями вследствие трения поршней и колец о стенки цилиндров, трения в подшипниках кривошипно-шатунного механизма. Кроме того, часть индикаторной работы затрачивается на преодоление аэродинамических потерь, возникающих при вращении и колебании деталей; на приведение в действие механизма газораспределения, топливных, масляных, водяных и продувочных насосов и других вспомогательных механизмов двигателя.

В четырёхтактных двигателях часть индикаторной работы тратится также на удаление продуктов сгорания и заполнение цилиндра свежим зарядом. По аналогии среднее эффективное давление представляет собой некоторое условное постоянное давление, которое действует на поршень в течение хода расширения и совершает работу, равную эффективной работе на валу двигателя. Среднее давление трения также можно представить в виде некоторого постоянного давления на поршень, действие которого в течение хода расширения создаёт работу, равную работе трения. Вращающий момент развиваемый на валу двигателя, характеризует его способность его способность преодолевать сопротивление, создаваемое нагрузкой (потребителем). Зависит вращающий момент от мощности двигателя и частоты его вида. Во время каждого полного рабочего цикла двигателя газов и силы инерции деталей кривошипно-шатунного механизма изменяются как по величине, так и по направлению. В связи с этим вращающий момент, передаваемый через коленчатый вал потребителю, непрерывно изменяется по величине, тем самым и обусловливая неравномерное вращение вала. Мощность, развиваемая газами внутри цилиндра и передаваемая поршню, называется индикаторной мощностью. Агрегатная мощность многоцилиндрового двигателя равна цилиндровой мощности, умноженной на число цилиндров. Индикаторная мощность двигателя зависит от размеров цилиндра, среднего индикаторного давления и частоты вращения.                     С увеличением среднего индикаторного давления и частоты вращения возрастают индикаторная мощность и степень использования рабочего объёма цилиндра. Давление можно повысить, увеличив наполнение цилиндра с помощью наддува. Увеличение частоты вращения вала ограничивается возрастанием теплогидравлических потерь и износа деталей. Поэтому и величину наддува и частоту вращения выбирают, исходя из назначения двигателя. Двигатели, которые должны обладать большим сроком службы, при условии, что их размеры и масса не имеют большого значения, как, например, двигатели, устанавливаемые на электростанциях и крупных судах, выполняют с малой частотой вращения вала. Транспортные двигатели – железнодорожные, тракторные и в особенности авиационные и автомобильные – для обеспечения малой массы и компактности конструкции делают быстроходными. Мощность, развиваемая газами в цилиндре двигателя, через кривошипно-шатунный механизм передаётся на коленчатый вал двигателя и далее к потребителю. При этом часть мощности расходуется внутри двигателя на преодоление сил трения, привод вспомогательных механизмов и на совершение вспомогательных ходов. Мощность двигателя возрастает с увеличением частоты вращения вала двигателя и среднего эффективного давления. Это повышает требования к качеству топлива и качеству его распыливания в цилиндре, так как с повышением частоты вращения все рабочие процессы в двигателе должны совершаться за более короткое время.