Действительные циклы двигателей.

Действительный цикл - периодически повторяющаяся совокупность процессов, происходящая в каждом цилиндре работающего двигателя.

Действительные процессы отличаются от идеальных следующим:

-частичной потерей теплоты в систему охлаждения и окружающую среду;

-политропностью процессов сжатия и расширения;

-немгновенностью и неполнотой сгорания топлива;

-наличие процессов впуска и выпуска и связанных с ними гидравлических и механических потерь.

Одновременное изображение всех процессов в виде графиков носит название индикаторной диаграммы. Они изображаются в координатах PV и Pφ (Рис. 9)

Рис. 9. Индикаторные диаграммы двигателей: а и б – карбюраторного и дизельного двигателей в координатах PV, в – карбюраторного двигателя в координатах Pφ; ra – впуск; ac – сжатие; cz – сгорание; zb – расширение; br – выпуск; т.r – точка разрыва цикла где происходит смена рабочего тела, выбрасываются отработавшие газы и поступает свежий заряд; А – момент открытия впускного клапана; Б – момент закрытия впускного клапана; В – момент возникновения искры; Г – момент открытия выпускного клапана; Д – момент закрытия впускного клапана

Отличительные явления присущи действительному циклу, приводят к возникновению дополнительных потерь по сравнению с теоретическими циклами. Вследствие этого _t действительного цикла меньше чем _t теоретического.

Для характеристики действительного цикла используются следующие КПД:

-_i – индикаторный КПД характеризующий экономичность работы. Предствляет собой отношения количества теплоты Q_i , превращенной в работу газов за цикл ко всей подведенной теплоте Q₁:

-_о- относительный КПД, показывает степень приближения действительного цикла к теоретическому:

[0,65…0,69]

Рис 10 Индикаторная диаграмма четырехтактного кар­бюраторного двигателя

Площадь, заключенная внутри контура индикаторной диаграммы на 5– 6% меньше, чем площадь теоретического цикла. Это объясняется тем, что вследствие опережения впрыска топлива или зажигания, процесс сжатия плавно переходит в процесс сгорания (fck). Потери площадей kzz₁^/ и lbb₁ объясняется не мгновенным сгоранием и предварительным открытием выпускного клапана. Отношение площади индикаторной диаграммы к площади теоретического цикла – коэффициент полноты диаграммы:

Значение лежит в пределах = 0,920,97.

Основы теории наддува.

Одно из основных направлений развития ДВС заключается в увеличении мощности, путем соответствующего повышения среднего давления цикла. Увеличение мощности напрямую связано с увеличением подачи топлива. Для полного сгорания топлива необходимо 14,9 кг воздуха. При увеличении подачи топлива без увеличения подачи воздуха возрастание мощности не происходит из-за неполноты сгорания топлива. Увеличение количества топлива достигается с помощью подачи в цилиндр воздуха под избыточным давлением. Такой способ увеличения мощности двигателя называется наддувом.

В настоящее время наибольшее распространение получил турбонаддув. Основным агрегатом является турбокомпрессор (ТКР), включающего турбину и компрессор, расположенные на одном валу. Отработавшие газы, пройдя по выпускному трубопроводу попадают на лопасти турбины, приводя ее во вращение с частотой 50000 об/мин, а на бензиновых – 80000-120000 об/мин, а в двигателях малого объема до 130000 об/мин. С такой же частотой вращается и компрессор. Компрессор засасывает воздух из окружающей среды (Р₀,Т₀), сжимает его и подает в цилиндр под избыточным давлением и повышенной температуре (Р_к,Т_к).

Рис. 11. Наддув двигателя:1 – форсунка; 2 – центробежный компрессор; 3 – клапан максимального давления наддува; 4 – радиальная турбина

Если давление наддува P_k=0.15…0.16 МПа, то наддув называется средним, если P_k=0,20…0,25 МПа – высоким. В результате повышения давления с Р₀ до Р_к происходит увеличение плотности воздуха, что приводит к увеличению мощности N_e в 1,5 – 2 раза при сохранении экономических и экологических показателей.

Давление наддува всегда ограничивается максимальной величиной (Р_к0,25МПа) из-за опасности повреждения деталей. С этой целью на ТКР устанавливают клапан, открывающий дополнительный канал и пропускающий часть отработавших газов мимо турбины на выхлоп в случае превышения максимального давления наддува Р_{к max}.

В поршневых двигателях с газотурбинным наддувом возможны две схемы осуществления рабочего цикла с продолжением расширения

• при переменном давлении газов перед турбиной (импульсный наддув)

• при постоянном давлении газов перед турбиной