Лекция 4
Рабочие процессы в двигателях
1 Процессы в цилиндре и работа поршневого ДВС
2 Индикаторная диаграмма
3Скоростная характеристика
4 Неравномерность и порядок работы цилиндров
5 Форсирование двигателей
6 Требования к техническому состоянию
1 Процессы в цилиндре и работа поршневого двс
Совокупность процессов, происходящих в цилиндре и сопровождаемых однократным получением механической энергии называется рабочим процессом. У 4-хтактных ДВС (рисунки 1, 2, 3) рабочий процесс происходит за 2 оборота коленчатого вала или за 4 такта (такт – часть рабочего процесса, осуществляемого за одно перемещение поршня с одного крайнего положения к другому). Соответствующие такты называются: впуск- воздух (горючая смесь) поступает в цилиндр; сжатие- воздух (горючая смесь) сжимается и воспламеняется; рабочий ход давление в цилиндре от сгорания рабочей смеси повышается и перемещает поршень (происходит получение механической энергии); выпуск отработавшие газы удаляются из цилиндра.
а – такт впуска; б – такт сжатия; в – такт расширения (рабочий ход); г – такт выпуска; 1 – поршень; 2 – цилиндр; 3 – газопровод; 4 – впускной клапан; 5 – свеча зажигания; 6 – выпускной клапан; 7 – газопровод; 8 – шатун; 9 – коленчатый вал
Рисунок 1– Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя
а — такт впуска; б — такт сжатия; в — такт расширения (рабочий ход); г — такт выпуска; 1 — топливный насос; 2 — форсунка; 3 — воздухоочиститель; 4 —впускной клапан; 5 — выпускной клапан; 6 — цилиндр; 7 — поршень
Рисунок 2– Рабочий цикл четырехтактного дизеля
1 — подвижные элементы кривошипно-шатунного механизма; 2 — неподвижные элементы кривошипно-шатунного механизма; 3 — свеча зажигания; 4 — форсунка; 5 — дроссельная заслонка; 6 — расходомер; 7 — воздухоочиститель; 8— электронный блок управления; 9 — топливный фильтр; 10 — топливный насос; 11 — топливный бак
Рисунок 3– Рабочий цикл четырехтактного двигателя с впрыскиванием бензина
2 Индикаторная диаграмма
Рабочий процесс 4-хтактного ДВС представляется индикаторной диаграммой (рисунок 4) в координатах p-v, (давление в цилиндре, рабочий объем цилиндра). Параметры рабочего процесса приведены в таблице 1.
Индикаторные диаграммы (рисунок 5) строятся на основе экспериментальных данных (действительная) и расчетных данных (теоретическая).
Отношение площади действительной индикаторной диаграммы к теоретической называется коэффициентом полноты диаграммы (0,92-0,96).
1-2 – впуск; 2, 3, 4 – сжатие; 4, 5, 6 – рабочий ход; 6-1 – выпуск; 3 – момент воспламенения; 5 – точка наибольшего давления; Р0 атмосферное давление; ВМТ, НМТ – верхняя и нижняя мертвые точки; Vp рабочий объем;
Рисунок 4 – Индикаторная диаграмма
Таблица 1-Характеристики рабочего процесса двигателей
Точки |
Бензиновый Температура, 0 С Давление, МПа |
Дизельный Температура, 0 С Давление, МПа |
1 |
500-900 0,10-0,12 |
500-700 0,11-0,12 |
2 |
75-125 0,07-0,09 |
40-60 0,08-0,095 |
4 |
300-450 0,8-1,5 |
550-750 4-5 |
5 |
2100-2400 3,5-5,0 |
1800-2000 6-9 |
6 |
900-1200 0,3-0,7 |
700-900 0,3-0,5 |
а – карбюраторного; б – дизеля; p- давление в цилиндре; V–объём над поршнем; Vh, Vc- рабочий объем и объем камеры сгорания; р0 – атмосферное давление; 1- точка атмосферного давления; 2-точка воспламенения смеси; 3, 4 – точки открытия и закрытия выпускного клапана; 5, 6 – точки открытия и закрытия впускного клапана; r4a- впуск; a1627- сжатие; 7z3b- рабочий ход; b5r- выпуск
Рисунок 5 – Индикаторная диаграмма четырёхтактных двигателей
Процесс сгорания (рисунок 6), который происходит вблизи ВМТ, начинается с момента проскакивания электрической искры или с момента самовоспламенения рабочей смеси (у дизеля). Он включает несколько фаз.
От момента его начала и протекания зависят мощностные, экономические и экологические параметры двигателя.
φо.з.– угол опережения зажигания (впрыска топлива); ПКВ- поворот коленчатого вала; θ1, θ11, θ111-соответственно начальная, основная и фаза догорания
Рисунок 6- Схема процесса сгорания в цилиндре