28. Индикаторная диаграмма

Если термодинамические циклы изображают зависимость изменения абсолютного давления (р) от изменения удельного объема (υ), то действительные циклы изображаются как зависимости изменения давления (р) от изменения объема (V) (свернутая индикаторная диаграмма) или изменения давления от угла поворота коленчатого вала (φ), которая называется развернутой индикаторной диаграммой.

На рис. 1 и 2 показаны свернутая и развернутая индикаторные диаграммы четырехтактных двигателей.

Развернутая индикаторная диаграмма может быть получена экспе­риментально с помощью специального прибора — индикатора давления. Индикаторные диаграммы можно получить и расчетным путем на основе теплового расчета двигателя, но менее точные.

Рис. 1. Свернутая индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя с принудительным воспламенением

Рис. 2. Развернутая индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля

Индикаторные диаграммы используются для изучения и анализа процессов, протекающих в цилиндре двигателя. Так, например, площадь свернутой индикаторной диаграммы, ограниченная линиями сжатия, сгорания и расширения, соответствует полезной или индикаторной работе L_iдействительного цикла

29. Процессы газообмена

Очистка цилиндров двигателя от продуктов сгорания и наполнение их свежим зарядом называется процессом газообмена.

Количество свежего заряда, оставшегося в цилиндре после завершения процесса газообмена существенно влияет на мощность, развиваемую двигателем.

В четырехтактных двигателях процессы газообмена протекают на протяжении двух ходов поршня, который в это время работает подобно насосу, поэтому эти процессы иногда называют насосными, а ходы поршня, соответствующие этим процессам — насосными ходами.

В двигателе с наддувом воздух из окружающей среды нагнетается компрессором под давлением р_к, которое больше р₀. При этом температура воздуха повышается до температуры Т_к.

На рис. 3 представлена схема впускной и выпускной систем четырехтактного карбюраторного двигателя без наддува, а на рис. 4 — дизеля с наддувом. В безнаддувном двигателе воздух поступает из окружающей среды при давлении р₀и температуре Т₀.

Рис. 3. Схема впускной и выпускной систем карбюраторного двигателя без наддува: 1 — воздушный фильтр; 2 — диффузор карбюратора; 3 — глушитель шума отработавших газов

На рис. 4 показана система турбонаддува, где для привода компрессора используется кинетическая энергия отработавших газов, но возможен и механический привод, когда компрессор приводится в действие от коленчатого вала.

Рис. 4. Схема впускной и выпускной систем дизеля с наддувом: 1 — воздушный фильтр; 2— насосное колесо компрессора; 3 — турбинное колесо компрессора

Процесс газообмена начинается с момента открытия выпускного клапана (рис. 5, точка b'), а заканчивается с закрытием впускного клапана (точка а₀).

Рис. 5. Индикаторная диаграмма процессов газообмена

Процесс впуска осуществляется при движении поршня от ВМТ (точка r) к НМТ (точка а). Количество свежего заряда, поступающего в цилиндр в течение процесса впуска, зависит от общего гидравлического сопротивления впускной системы, т. е. от разности между давлением окружающей среды р₀и давлением в цилиндре р_а, которая изменяется по мере перемещения поршня от ВМТ к НМТ.

В начале процесса впуска в цилиндре двигателя происходит снижение давления газов, оставшихся от предыдущего цикла (так называемых остаточных газов) как за счет увеличения объема цилиндра при движении поршня к НМТ, так и за счет продолжающегося выпуска через выпускной клапан до точки d. С момента уменьшения давления в цилиндре до давления на впуске или несколько ниже через впускной клапан начнет поступать свежий заряд и к моменту прихода поршня в НМТ (точка а) в цилиндре установится давление р_а, величина которого меньше давления р_ВП на впуске:

,

где △р_а — потери давления на впуске, зависящие от сопротивления впускной системы и режимов работы двигателя.

Чем меньше потеря давления во впускной системе к моменту прихода поршня в НМТ, тем большее количество свежего заряда заполнит цилиндр.

Процесс выпуска отработавших газов начинается в конце такта расширения за 40...70° поворота коленчатого вала до прихода поршня в ВМТ (точка b' на рис. 5). При этом происходит свободный выпуск под действием остаточного давления газа в цилиндре (0,4...0,6 МПа в двигателе без наддува). За время свободного выпуска удаляется до 50...70 % отработавших газов. При движении поршня от НМТ к ВМТ происходит принудительный выпуск оставшихся газов.