81

Рисунок 3 – Індикаторна діаграма 4-х тактного карбюраторного двигуна.

У карбюраторних двигунах, що працюють за схемою з зовнішнім сумішоутворенням паливо й повітря в співвідношеннях, необхідних для повного згоряння, перемішуються поза циліндром, паливо частково випаровується й з повітрям утворює горючу суміш.

У чотирьохтактному карбюраторному двигуні робочий цикл здійснюється за чотири ходи поршня в циліндрі - чотири такти.

І такт (рис. 3а) - у процесі r-a впуску паливноповітряної суміші в циліндр поршень рухається від ВМК до НМК. Впускний клапан відкритий, у циліндрі створюється розрідження, температура суміші зростає в результаті зіткнення її з нагрітими деталями двигуна (клапан, поршень, стінки циліндра й ін.) і змішання із залишковими газами в циліндрі;

ІІ такт (рис. 3б) – під час процесу стиску впускний і випускний клапани закриті, поршень рухається від НМК до ВМК, у міру того, як зменшується обсяг, температура й тиск у циліндрі підвищуються. Відбуваються довипарювання палива й додаткове перемішування його з повітрям. Тиск наприкінці стиску перебуває в межах 500-700 кН/м², температура досягає 250-300 ^оС.

Запалювання паливноповітряної суміші виробляється за допомогою теплового імпульсу, що генерується свічкою. При цьому запалювання відбувається до підходу поршня до ВМК, відповідно при деякому куті повороту колінчастого валу, меншого куту повороту, що відповідає положенню поршня у ВМК. Цей кут називають кутом випередження запалювання палива.

При цьому для спрощення завдання припускають, що все паливо згоряє досить швидко, і за час процесу горіння поршень не встигає істотно змінити своє положення в циліндрі.

Чим вище ступінь стиску двигуна, тим більше тиск і температура горючої суміші наприкінці стиску; згоряння її відбувається з великою швидкістю, потужність й економічність двигуна при цьому підвищуються.

Ступенем стиску називають відношення повного об'єму циліндра до об'єму камери стиску,

де V_м - об'єм, що перебуває вище поршня, коли він знаходиться у ВМК (об'єм мертвого або шкідливого простору);

V_c - робочий об'єм, укладений між двома граничними положеннями поршня.

ІІІ такт (рис. 3в) – під час робочого ходу впускний і випускний клапани закриті, поршень під дією тиску продуктів згоряння рухається від ВМК до НМК. При горінні виділяється тепло та внаслідок чого, температура й тиск газів зростають. Поршень під дією тиску переміщається до НМК, обертаючи через шатун колінчастий вал і виконує при цьому механічну роботу. При горінні суміші тиск газів досягає 3,0 - 3,5 МПа, а температура доходить до 2500⁰С. Для поліпшення процесу звільнення циліндра від продуктів згоряння наприкінці ІІІ такту відкривається випускний клапан.

ІV такт (рис. 3г) – супроводжується виштовхуванням продуктів згоряння із циліндра назовні. Поршень при цьому рухається від НМК до ВМК. Тиск газів, що відробили, вище атмосферного й становить 105 - 120 кПа, температура дорівнює 900 - 1100⁰С. Наприкінці ІV такту відкривається клапан подачі повітря й виконується продувка циліндра повітрям, ця порція повітря називається продувною.

Після досягнення крапки ВМК поршень рухається до НМК, відбувається заповнення циліндра зарядом свіжого повітря й процес роботи двигуна повторюється.

Для підвищення ефективності застосовують дизель із наддуванням, тобто ДВЗ із попереднім стискуванням у компресорі.

или

№2 Індикаторна діаграма дійсного циклу 4-тактного ДВЗ з іскровим запалюванням. Її основні особливості .

Дійсні цикли зображують за допомогою індикатор­них діаграм у координатах р—V або р—, де , — кут повороту колінчастого вала. Останню діаграму називають розгорнутою індикаторною. Індикаторні діаграми одержу­ють експериментальне, записуючи зміни тиску в ци­ліндрі ДВЗ за допомогою спеціальних самописних прила­дів, або розрахунком. В останньому випадку виконують тепловий розрахунок ДВЗ, внаслідок чого знаходять значення тиску і температури газів у характерних точках циклу, на основі яких будують діаграму циклу На рис. 4.1 в координатах р—V тонкими лініями зображено діаг­раму циклу чотиритактного бензинового або газового ДВЗ, побудовану за розрахунковими значеннями тиску газу в характерних точках а, с, z, b, r. Такий цикл нази­вається розрахунковим. У ньому не враховується вплив випередження і запізнення відкриття І закриття впуск­них і випускних клапанів, випередження та вплив швид­кості зміни тиску газів під час згоряння. Після враху­вання названих факторів шляхом відповідної корекції діаграма розрахункового циклу наближається до інди­каторної діаграми дійсного циклу, яка показана на рис. 4.1 товстою лінією. На цій діаграмі точки 1, 2 від­повідають відкриттю і закриттю впускного, а точки 3, 4— відкриттю і закриттю випускного клапанів. На ділянці /1—4 відображено так зване перекриття клапанів, коли одночасно відкриті впускний і випускний клапани. На ділянці 1—г—4—а—2 впускається свіжий за­ряд. У бензинових карбюраторних і газових ДВЗ і в ДВЗ з вприскуванням легкого палива у впускний колек­тор в циліндри двигуна надходить суміш повітря з парою палива або газом — горюча суміш. У циліндрах до неї домішуються залишкові гази від попереднього робочого циклу, внаслідок чого утворюється робоча суміш. У ДВЗ з вприскуванням легкого палива безпосередньо в ци­ліндр у ньому також утворюється робоча суміш. На ділян­ці й—2~с'—с" стискується робоча суміш. На ділянці а—2—с' цей процес політропний. У точці с^’ робоча су­міш запалюється від електричної іскри і тиск починає швидко підвищуватися до точки c"

На ділянці z_д—с'"—3—Ь' відбувається розширення продуктів згоряння; на ділянці z_д—с'"—3 воно політропне. Після початку відкривання випускного клапана (точка 3) тиск в циліндрі швидко спадає. На ділянці З—Ь'—1—r—4 випускаються відпрацьовані гази. Про­цеси впуску свіжою заряду і випуску відпрацьованих газів називаються процесами газообміну.

№3 Розгорнута індикаторна діаграма ДВЗ з іскровим запалюванням. Три стадії згорання.

Процес згоряння відбувається поблизу в.м.т. за корот­кий відрізок часу, десь 0,001 с. За цей час колінчастий вал повертається на 15... 20 ° і поршень трохи перемі­щується від в.м.т. Тому лінія згоряння на звичайній ді­аграмі дійсного циклу відхиляється від лінії підводу теп­лоти при V = const в ідеальному циклі. Однак відхилення це незначне і на Індикаторній діаграмі в системі координат р — V аналізува­ти процес згоряння важко. Для цієї мети зручніше використову­вати так звану розгор­нуту індикаторну діа­граму, на якій змінення параметрів р, Т і інших зображується в залеж­ності від кута повороту колінчастого вала °, ...п.к.в. рис. 4.17

На індикаторній діаграмі можна виділити три фази згоряння.

Перша фаза (/), або період скритого горіння — від моменту проскакування електричної іскри до початку різкого збільшення тиску на індикаторній діаграмі. В цей період виникає невеликий осередок горіння в зоні роз­ряду між електродами свічки і згоряє 6... 8 % горючої суміші. Тиск газів в циліндрі підвищується в основному за рахунок стиснення поршнем. Тривалість першої фази становить 10 ... ЗО ° п.к.в. (0,0005 ... 0,001 с).

Друга фаза (2) — період швидкого або видимого горіння. Починається з моменту відриву лінії згоряння від лінії стиснення на індикаторній діаграмі і закінчу­ється в момент досягнення максимального тиску в ци­ліндрі. В цей період відбувається швидке розповсю­дження фронту полум'я по всьому об'єму камери зго­ряння.

Основним фактором, що впливає на швидкість роз­повсюдження полум'я, є великомасштабна турбулент­ність. Крім того, фронт полум'я додатково переміщу­ється за рахунок розширення продуктів згоряння, які під впливом нагрівання збільшуються в об'ємі в три-чотири рази. Тривалість другої фази становить 25...30° п.к.в. (0,001 ... 0,002 с). За цей час згоряє 70 ... 80 % ро­бочої суміші. Температура продуктів згоряння підвищу­ється до 2200... 2500 К, а тиск досягає максимального значення 3,5...5,5 МПа. Друга фаза згоряння характе­ризує жорсткість роботи двигуна, яку оцінюють за най­більшою швидкістю наростання тиску на кожен градус кута повороту колінчастого вала і максимальним тиском у камері згоряння р_макс = рzd

Максимальне на­ростання тиску визначають в середній частині другої фази згоряння.

Найбільшу площу індикаторної діаграми, а отже, максимальну потужність двигуна маємо, коли максималь­ний тиск при згорянні досягається при 10... 15° п.к.в. після в.м.т., про що свідчить те, що основна маса палива додього моменту вже згоріла і- Третя фаза (///) називається періодом догоряння. Вона починається від точки максимального тиску газів у циліндрі, яке в третій фазі циклу знижується з-за збільшення об'єму робочої полості при розширенні, а та­кож внаслідок збільшення віддачі теплоти від газів до стінок циліндра та його головки, до кінця згоряння. Ця фаза не має чітко визнаного закінчення. На початку цієї фази процес згоряння ще точиться інтенсивно, тому тем­пература продуктів згоряння продовжує підвищуватися до максимального значення (точка 4), а далі знижу­ється, тому що швидкість розповсюдження пломеню біля стінок камери згоряння знижується через підсилення тепловідводу, ослаблення турбулентності та через нестачу кисню. Приблизна її тривалість становить 20 ... 35 ° п.к.п. (0,001 ... 0,0015 с). У цій фазі виділяється 10 ... 15 % теп­лоти, внесеної з паливом, і вона остаточно формує еко­номічність циклу.