2.2.6. Процесс выпуска

Выпускной клапан начинает открываться в конце процесса расширения с опережением относительно НМТ на угол 40 ... 75° и закрывается после ВМТ с запаздыванием на угол 10 ... 40°. Процесс выпуска в четырехтактных двигателях условно можно разделить на три периода:

1. Свободный выпуск.

В начале открытия выпускного клапана давление в цилиндре составляет 0.4 ... 0.6 МПа, а давление в выпускном трубопроводе 0.105 ... 0.12 МПа. Под действием этого перепада давлений происходит истечение газов из цилиндра с начальной скоростью 500 ... 700 м/с. Продолжительность первого периода соответствует примерно углу опережения открытия выпускного клапана. При свободном выпуске за относительно малое время из цилиндра удаляется 50 ... 65% отработавших газов.

2. Принудительный выпуск.

Считается, что принудительный выпуск продолжается во время движения поршня от НМТ к ВМТ. Истечение газа из цилиндра в этот период происходит главным образом вследствие изменения объема цилиндра в соответствии с законом движения поршня. Скорость истечения газа и перепад давления в выпускном клапане определяются скоростью перемещения поршня, отношением площади поперечного сечения клапанной щели к площади поршня, характером нестационарного потока газа в выпускном трубопроводе. Температура и давление газа в цилиндре в период принудительного выпуска изменяются незначительно.

3. Продувка.

Продувка осуществляется в период перекрытия клапанов, когда в зависимости от соотношения давления газа в цилиндре, во впускном и выпускном трубопроводах движение отработанных газов может быть в разных направлениях. Качественная очистка цилиндров от отработавших газов обеспечивается в двигателях с настроенной системой газообмена.

2.3. Индикаторные и эффективные показатели двигателя

2.3.1. Индикаторные показатели рабочего цикла

Индикаторные показатели характеризуют эффективность действительного рабочего цикла. К индикаторным показателям относятся среднее индикаторное давление P_i, индикаторная мощность N_i, индикаторный КПД η_i и индикаторный удельный расход топлива g_i.

Средним индикаторным давлением называют такое условное, постоянное по величине давление P_i, которое, действуя на поршень, совершает работу за один его ход от ВМТ до НМТ, равную полезной работе газов за рабочий цикл (рис. 2.8). Работа газов равна площади заключенной внутри индикаторной диаграммы. Полезная работа газов за один цикл определяется разностью площадей F₁ и F₂.

Рис. 2.8. Индикаторная диаграмма и среднее индикаторное давление

Расчетная работа газов в цикле дизеля, без учета работы насосных ходов, равна сумме работ изобарного процесса предварительного расширения и политропного процесса расширения, исключая работу политропного процесса сжатия:

.

Выразив составляющие:

и подставив в них выведенные ранее формулы:

получим выражение:

.

Как видно из рис. 2.8, расчетную работу за цикл можно выразить следующим образом через расчетное среднее индикаторное давление P_pi:

.

Приравняв два выражения расчетной работы газов за цикл и подставив известные соотношения:

;  ,

получим выражение для расчетного среднего индикаторного давления для дизельного двигателя:

или

.

Для карбюраторных ДВС, где  ,  , расчетное среднее индикаторное давление определяется следующей формулой:

,

,  _д = 0,92…0,97.

Индикаторная мощность– это мощность, развиваемая газами в цилиндре двигателя.

где τ – число тактов рабочего цикла.

В реальном цикле помимо теоретически неизбежных тепловых потерь (отвод теплоты холодному источнику) часть теплоты теряется вследствие неполного сгорания топлива, отвода тепла в окружающую среду и с отработанными газами. Степень использования теплоты в реальном цикле оценивается индикаторным КПД – это отношение индикаторной работы, к расчетной теплоте сгорания топлива.

где G – количество топлива сгоревшего в цикле.

Связь между индикаторным КПД и средним индикаторным давлением выражается формулой:

,

где ρ_о – плотность воздуха.

Показателем, который характеризует экономичность действительного цикла, является удельный индикаторный расход топлива, равный отношению часового расхода топлива G_Т к индикаторной мощности

.

Связь между удельным индикаторным расходом топлива и индикаторным КПД выражается формулой:

.