2. Действительные циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания. Отличительные особенности действительного цикла. Индикаторные диаграммы четырехтактных двигателей.

Действительные циклы, совершающиеся в цилиндрах реальных двигателей, существенно отличаются от замкнутых теоретических циклов:

1. В действительном цикле состав и количество газа не постоянны. После окончания каждого действительного цикла отработавший газ не возвращается в свое первоначальное состояние и не остается в цилиндре, а удаляется из него, уступая место новому заряду, т.е. действительный цикл по существу является разомкнутым.

2. В действительном цикле процессы сжатия и расширения протекают при наличии теплообмена между газом и стенками цилиндра по политропам с переменными показателями.

3. Процесс сгорания, протекающий при переменном объеме и давлении, характеризуется конечными скоростями и заканчивается на линии расширения.

4. Теплоемкость рабочего тела в действительном цикле не остается постоянной.

5. В действительном цикле имеют место тепловые и гидравлические потери при процессах наполнения цилиндра свежим зарядом и его освобождения от отработавших газов.

Действительные циклы двигателей изображаются в виде индикаторных диаграмм в p-v – координатах, которые получают экспериментальным путем с помощью специального прибора, называемого индикатором.

Индикаторные диаграммы четырехтактных двигателей представлены на рис. 2.1.(на рис.2.1 даны расчетные диаграммы, фактический характер изменения давления в цилиндре при газообмене иллюстрируется рис. 2.2).

В бензиновом двигателе (рис. 2.1, а) ) впускной клапан открывается с некоторым опережением до в.м.т. (точка r' ) и процесс впуска смеси топлива и воздуха характеризуется линией r'–d–a–a''. Поступление смеси заканчивается в момент закрытия впускного клапана (точка a'' ). Горючая смесь, поступившая в цилиндр, смешивается с продуктами сгорания, оставшимися в цилиндре от предыдущего цикла (остаточные газы), и образует рабочую смесь.

После окончания процесса впуска рабочая смесь, находящаяся в цилиндре двигателя, сжимается. Точка c' на индикаторной диаграмме характеризует момент образования электрической искры. После образования искры начинается сгорание топливовоздушной смеси. Сгорание продолжается также на некотором участке процесса расширения.

Процесс удаления отработавших газов (выпуск) начинается при открытии выпускного клапана. В этот момент давление в цилиндре значительно выше атмосферного, вследствие чего в начальной стадии процесса отработавшие газы вытекают из цилиндра через клапан с критической скоростью.

а) б)

Рис. 2.1 Индикаторные диаграммы четырехтактных двигателей:

а – бензиновый двигатель; б – дизельный двигатель

К приходу поршня в н.м.т. давление в цилиндре значительно падает, и при дальнейшем движении поршня от н.м.т. к в.м.т. отработавшие газы выталкиваются в атмосферу.

При работе двигателя без наддува продукты сгорания выталкиваются при незначительном по сравнению с атмосферным избыточным давлении. Процесс выпуска и выталкивания (линия b'–b''–d–a') заканчивается к моменту закрытия выпускного клапана в точке a'.

В четырехтактном дизеле (рис. 2.1 б) ) при открывании впускного клапана (точка r') в цилиндр поступает только воздух. Как и в двигателе с искровым зажиганием, после закрытия впускного клапана (точка a'') при движении поршня к в.м.т. в цилиндре происходит сжатие при наличии теплообмена между поступившим воздухом и стенками цилиндра. В отличие от бензинового двигателя в данном случае сжимаются только воздух и остаточные газы.

Рис. 2.2 Индикаторная диаграмма и диаграмма фаз газораспределения четырехтактного двигателя без наддува.

Точка c' на индикаторной диаграмме соответствует моменту начала впрыска топлива в камеру сгорания. В этот момент температура сжатого воздуха выше той, при которой топливо может воспламениться без постороннего источника зажигания.

После некоторого периода, в течение которого впрыснутое топливо подготовляется к воспламенению (период задержки воспламенения), происходит воспламенение в точке f, а затем и интенсивное горение топлива. Оно сопровождается сначала резким повышением давления, а затем в течение небольшого времени протекает при почти постоянном давлении. Расширение заканчивается в момент открытия выпускного клапана (точка b').

Выпуск отработавших газов в дизеле происходит так же, как в двигателе с искровым зажиганием.

Таким образом, действительные циклы поршневых двигателей состоят из процессов:

- газообмена, включающего выпуск отработавших газов, продувку камеры сгорания и впуск свежего заряда (воздуха в дизеле или топливовоздушной смеси в двигателях с искровым зажиганием);

- сжатия, сопровождающегося повышением внутренней энергии рабочего тела;

- сгорания, сопровождающегося выделением теплоты;

- расширения (рабочий ход).

Характер протекания процессов сжатия, сгорания и расширения не зависит от тактности двигателя и определяется лишь способом организации процесса смесеобразования и воспламенения смеси. Процесс газообмена зависит от тактности двигателя. В четырехтактном двигателе его продолжительность составляет более чем два хода поршня; в двухтактном – только часть хода поршня.