2. Расчетный цикл двигателя

В теории ДВС рассматриваются три вида циклов:

- идеальный (термодинамический) цикл;

- расчетный цикл;

- действительный (рабочий) цикл.

Цикл, по которому работает реальный двигатель, называется действительным или рабочим. Рабочий цикл является разомкнутым из-за наличия процессов газообмена. Процессы, составляющие рабочий цикл являются необратимыми, то есть происходят с потерями энергии. Рабочий цикл изображается индикаторной диаграммой, снимаемой в каждом цилиндре с помощью прибора – механического индикатора.

Индикаторная диаграмма – это зависимость давления рабочего тела в цилиндре от положения поршня, то есть от объема цилиндра над поршнем, или от хода поршня. На индикаторной диаграмме рабочего цикла отображаются и процессы газообмена (рис. 2.1).

Рис. 2.1 – Рабочие циклы четырехтактного (а) и двухтактного (б) дизелей

Расчетный цикл отличается от идеального. В расчетном цикле

- изменяется количество рабочего тела при сгорании топлива, состав рабочего тела (соотношение между чистыми продуктами сгорания и воздухом), термодинамические свойства рабочего тела;

- химическая энергия топлива выделяется не мгновенно из-за конечной скорости сгорания и диссоциации продуктов сгорания;

- в процессе расширения происходит догорание топлива и ассоциация продуктов сгорания;

- рабочее тело имеет переменные теплоемкости, которые зависят от состава газов и температуры газов;

- есть тепловые потери и аэродинамические потери при наполнении цилиндра воздухом.

Расчетный цикл базируется на относительно простом, но достаточно точном методе теплового расчета Гриневецкого – Мазинга, разработанном в 1907 году в МВТУ им. Баумана, который позволяет определить расчетные значения параметров в характерных точках цикла, энергетические и экономические показатели работы двигателя.

Расчетный цикл представляет собой совокупность пяти последовательно протекающих процессов: наполнение, сжатие, сгорание топлива, сгорание-расширение и выпуск. Основные расчетные формулы для каждого из перечисленных процессов получаются совместным решением уравнения состояния идеального газа, уравнений баланса энергии и массы. Процесс выпуска и его влияние на процесс наполнения в рамках данного метода расчета не рассматриваются.

Расчет рабочего цикла заканчивается определением индикаторных показателей двигателя кроме мощности. Эффективные и геометрические характеристики двигателя от расчетного цикла не зависят. В этом заключается один из главных качественных недостатков метода Гриневецкого-Мазинга, а именно, отсутствие зависимости между параметрами рабочего цикла и скоростью поршня.

Графическое изображение расчетного цикла в рабочих координатах (рис. 2.2) называется диаграммой расчетного цикла. На этой диаграмме не отображаются процессы газообмена (на диаграмме четырехтактного двигателя отсутствуют такты газообмена, а на диаграмме двухтактного двигателя - «хвостовая» часть).

Рис. 2.2. Диаграмма расчетного цикла

Обозначения на рисунке

- рабочий объем цилиндра;

- объем камеры сгорания (камеры сжатия);

- объем цилиндра в конце видимого сгорания;

- объем цилиндра в начале сжатия (в конце расширения);

p_а - давление в цилиндре в начале сжатия;

p_с - давление в цилиндре в конце сжатия;

p_z - максимальное давление в цилиндре (давление сгорания);

p_в - давление в цилиндре в конце расширения.

Для двухтактных дизелей введем следующие понятия

- потерянная доля хода поршня на процессы газообмена из-за наличия продувочных (выпускных) окон;

- потерянная часть хода поршня на процессы газообмена.

Эти же понятия можно рассматривать применительно к объему

Принципиальное отличие четырехтактных двигателей от двухтактных состоит в организации процессов газообмена: последовательно или параллельно происходят процессы выпуска отработавших газов из цилиндра и наполнения цилиндра воздухом.