Сущность и параметры рабочего процесса поршневого двигателя внутреннего сгорания

При курсовом проектировании двигателя на основании теплового расчета определяются параметры в характерных точках цикла и строится сначала нескругленная индикаторная диаграмма (аналогичная диаграмме идеального цикла, см. рис. 7). Затем производится ее скругление (корректирование) – учет особенностей рабочего процесса конкретного типа двигателя: опережения зажигания (или впрыска топлива), неполно

ты и несвоевременности сгорания топлива у ВМТ, фаз газораспределения, работы на газообмен в цилиндре. Эти особенности отражаются в тепловом расчете с использованием известных данных по прототипу и(или) двигателям-аналогам, статистическим данным. Например, если для прототипа nн=5200 мин-1, а у проектируемого двигателя соответственно 5600 мин-1, т.е. величина nн примерно в 1,08 раза выше, то для обеспечения своевременного сгорания топлива у ВМТ проектируемого двигателя его угол опережения зажигания (q°) следует увеличить примерно в 1,1 раза по сравнению с соответствующим значением q° прототипа. Оптимальные регулировочные параметры любого двигателя окончательно устанавливаются при его испытаниях на моторном стенде.

На рис. 9 в качестве примера приведены схемы расчетных индикаторных p-V, p-S диаграмм четырехтактного двигателя без наддува с искровым зажиганием горючей смеси: одна диаграмма нескругленная – на основе теоретического цикла, вторая – скругленная. Начало координат для оси S – в точке А (в ВМТ).

На данном рисунке показаны характерные точки, участки и площадки диаграмм, и дополнения, в том числе изображение фаз газораспределения в градусах поворота коленчатого вала.

Рис. 9. Расчетные нескругленная и скругленная индикаторные диаграммы p-V, p-S четырехтактного двигателя без наддува с искровым зажиганием горючей смеси

Точка r´ – начало открытия впускного клапана с опережением до прихода поршня к ВМТ (точке А), r r´ – фаза (этап) опережения открытия впускного клапана до ВМТ; rа – впуск свежего заряда (топливовоздушной смеси или воздуха) в цилиндр двигателя при движении поршня от ВМТ до НМТ (точке В); на этом участке давление в цилиндре меньше давления окружающей среды р0 из-за многочисленных местных аэродинамических сопротивлений во впускной системе двигателя, в частности из-за сопротивления впускных клапанов и воздушного фильтра.

- аа´´ – запаздывание закрытия впускного клапана после НМТ (фаза дозарядки цилиндра свежим зарядом). До этого участка, когда поршень движется от ВМТ к НМТ с высокой средней скоростью до 16 м/с, также с большой скоростью в цилиндр поступает поток свежего заряда, который, естественно, не может мгновенно остановиться вместе с поршнем в НМТ и продолжает по инерции поступать в цилиндр, несмотря на то что поршень в НМТ меняет направление движения на противоположное. За период дозарядки аа´´ в цилиндр поступает до 15 % общей массы свежего заряда. Однако на отдельных режимах работы двигателя, например, при низкой частоте вращения коленчатого вала в период аа´´ вместо дозарядки наблюдается обратный выброс указанного заряда из цилиндра во впускную систему.

- а´´с´ – политропическое сжатие рабочего тела со средним показателем политропы сжатия n1<k; часть теплоты, образующейся при сжатии рабочего тела, уходит в стенки деталей, образующих надпоршневый объем. Одновременно через неплотности надпоршневого объема часть массы рабочего тела утекает в картер двигателя. Несмотря на это, на участке а´´с´ давление и температура в точке с´ существенно повышаются по политропической зависимости.

Хотя скорость сгорания топливовоздушной смеси в камере сгорания относительно высока (до 40 м/с), этого недостаточно для того, чтобы горючая смесь сгорела полностью и своевременно у ВМТ. Если проигнорировать условие своевременного сгорания топлива и, следовательно, тепловыделения у ВМТ, то будет происходить несвоевременное тепловыделение на линии расширения и выпуска, что неизбежно повлечет ухудшение топливной экономичности и других важных показателей работы двигателя. Поэтому в камере сгорания искру между электродами свечи или топливо в дизеле подают с опережением – до прихода поршня в ВМТ (точка с´), чтобы конец сгорания топлива завершался не позднее 30° поворота коленчатого вала после ВМТ.

- с´f – период задержки воспламенения рабочей смеси (топливовоздушной смеси и остаточных газов). В этот период в зазоре между электродами свечи протекают сложные предпламенные процессы. У дизелей в этот период происходят предпламенные процессы – подготовка к активному самовоспламенению топлива.

- f с´´zд – бурные сгорание топлива и возрастание давления и температуры в камере сгорания. Участок с´´zд – начало расширения рабочего тела и выполнения положительной работы. Точке zд соответствует максимальное давление pzд и температура Тz рабочего цикла (индикаторной диаграммы). Крутизна кривой f с´´ характеризует скорость нарастания давления в цилиндре – жесткость сгорания

.

- zдb´ – политропическое расширение рабочего тела со средним показателем политропы расширения n2<k, обычно n2< n На этом участке продолжает выполняться положительная работа расширения рабочего тела, происходят утечки теплоты в стенки надпоршневого объема, прорыв ОГ через неплотности надпоршневого объема в картер двигателя, возможно интенсивное догорание топлива при различных неисправностях двигателя, например при позднем опережении зажигания.

- b´b´´ – фаза опережения открытия выпускного клапана до НМТ – свободный выпуск (выхлоп). На этом участке давление в цилиндре р>р0 и до 60 % массы ОГ покидают цилиндр под переменным перепадом давлений р-р0 с высокими околозвуковыми скоростями истечения через выпускной клапан и другие местные препятствия выпускной системы, что вызывает интенсивное шумоизлучение, для ограничения которого используются глушители шума и другие технические средства.

- b´´r – принудительное, механическое удаление ОГ из цилиндра под действием поршня, движущегося от НМТ к ВМТ.

- rа´ – запаздывание закрытия выпускного клапана – доочистка цилиндра от ОГ. Эта фаза по физической сущности аналогична фазе аа´´ (дозарядке цилиндра). В ВМТ поршень меняет направление движения, а ОГ по инерции продолжают покидать цилиндр вплоть до посадки выпускного клапана на свое седло (точка а´).

У ВМТ на участке r´rа´ впускной и выпускной клапаны одновременно приоткрыты. Этот участок называется перекрытием клапанов. В дизелях с наддувом данная фаза используется для продувки цилиндров от остаточных газов и внутреннего охлаждения деталей камеры сгорания воздухом.

Участок fc – продолжение политропического сжатия рабочего тела при выключенной свече зажигания или отключенной форсунке в дизеле. Максимальное давление сжатия в ВМТ рс.

 Скачать реферат