Файл: OSNOVNOJ.docx

Вопрос №1. Термодинамический цикл карбюраторного двигателя.

Рис. 4. Термодинамические циклы поршневых ДВС

а — цикл Отто; б — цикл Дизеля; в — цикл Тринклера,

где Vс — объем камеры сжатия; Vh — рабочий объем; Q₁— подведенная теплота; Q₂— отведенная теплота; L — полезная работа цикла;

Цикл Отто (рис.4, а). По этому циклу работают современные бензиновые и газовые двигатели. Цикл состоит из 4-х термодинамических процессов. Идеальный газ с начальными параметрами p₁, v₁,T₁ сжимается по адиабате 1-2. В изохорном процессе 2-3 рабочему телу от внешнего источника теплоты передается количество теплоты Q₁. В адиабатном процессе 3-4 рабочее тело расширяется до первоначального объема V₄=V₁. В изохорном процессе 4-1 рабочее тело возвращается в исходное состояние с отводом от него теплоты Q₂ в теплоприемник.

 Характеристиками цикла являются:

ε = V₁/ V₂ - степень сжатия;

λ = p₃/p₂ - степень повышения давления;

Термодинамический анализ процессов, составляющих данный цикл, позволяет получить выражение, определяющее термический КПД цикла:

          Термический КПД цикла Отто:  ξ_t = 1 – 1/ε^k-1 ,………………….(4)

откуда видно, что с повышением степени сжатия ε КПД цикла возрастает.

Вопрос №2. Термодинамические циклы дизельных двигателей.

Рис. 4. Термодинамические циклы поршневых ДВС

а — цикл Отто; б — цикл Дизеля; в — цикл Тринклера,

где Vс — объем камеры сжатия; Vh — рабочий объем; Q₁— подведенная теплота; Q₂— отведенная теплота; L — полезная работа цикла;

Цикл Дизеля. Двигатели, в основу работы которых положен цикл с подводом теплоты при постоянном давлении (с постепенным сгоранием), имеют ряд преимуществ по сравнению с двигателями, работающими по циклу с подводом теплоты при постоянном объеме. Они связаны с тем, что в двигателях с постепенным сгоранием осуществляется раздельное сжатие топлива и воздуха. Поэтому здесь можно достигать значительно более высоких степеней сжатия. Воздух при высоких давлениях имеет настолько высокую температуру, что подаваемое в цилиндр топливо самовоспламеняется без всяких специальных запальных приспособлений. Кроме того, раздельное сжатие воздуха и топлива позволяет использовать любое жидкое дешевое топливо - нефть, мазут и проч.

      В двигателях с постепенным сгоранием топлива воздух сжимается в цилиндре, а жидкое топливо распыляется сжатым воздухом от компрессора. Раздельное сжатие позволяет применять высокие степени сжатия (до ε =20 ), исключая преждевременное самовоспламенение топлива. Постоянство давления при горении топлива обеспечивается соответствующей регулировкой топливной форсунки. Конструкция такого двигателя впервые была разработана немецким инженером Дизелем.

Цикл Дизеля (рис.4, б) осуществляется следующим образом. Газообразное рабочее тело с начальными параметрами p₁, v₁, T₁ сжимается по адиабате 1-2. В изобарном процессе 2-3 телу сообщается некоторое количество теплоты  Q₁. В адиабатном процессе 3-4 происходит расширение рабочего тела до первоначального объема. В изохорном процессе 4-1 рабочее тело возвращается в первоначальное состояние с отводом в теплоприемник теплоты Q₂. Характеристиками  цикла являются :

степень сжатия -  ε = V₁/V₂;

степень предварительного расширения - ρ = V₃/V₂.

Термический КПД цикла Дизеля: ξ_t = 1 – (ρk – 1)/ kε^k-1(ρ – 1)……………(5)

Отсюда следует, что с увеличением ε и k КПД увеличивается, а с увеличением ρ - уменьшается.

Вопрос №3. Индикаторная диаграмма ДВС.

. Площадь индикаторной диаграммы характеризует собой работу, которую совершают газы за рабочий цикл двигателя. Работа, затрачиваемая на осуществление тактов впуска и выпуска (работа насосных ходов) , составляет всего около 1-2% от общей работы цикла, поэтому диаграмму действительного цикла обычно строят только для тактов сжатия и расширения. Работу насосных ходов принято относить к механическим потерям двигателя.



Дополнительная информация

Индикаторные показатели рабочего цикла.

К индикаторным показателям относятся

1. среднее индикаторное давление P_i,

2. индикаторная мощность N_i,

3. индикаторный КПД  η_i 

4. индикаторный удельный расход топлива  с.

1)Средним индикаторным давлением цикла поршневого двигателя называют такое условное, постоянное по величине давление P_i, которое, действуя на поршень, совершает работу за один его ход от ВМТ до НМТ, равную полезной (индикаторной) работе газов за рабочий цикл (рис. 6). Величина среднего индикаторного давления может быть определена как отношение работы цикла к рабочему объему цилиндра:

5. p_i =L_i/(V_max –V_min) = L_i/V_h.

Геометрически величина p_i может быть представлена как высота прямоугольника, равновеликого по площади индикаторной диаграмме и имеющего основание, равное рабочему объему цилиндра V_h.

2)Полезная (индикаторная) работа цикла численно равна площади, заключенной внутри индикаторной диаграммы, т.е. представляет собой разность между работой сжатия и работой расширения: L_i = L_р - L_сж.

3)Мощность, которую развивают рабочие газы внутри цилиндра двигателя, называется индикаторной мощностью (N_i). Основной величиной, влияющей на мощность двигателя, является расход воздуха. Расход воздуха может быть увеличен различными путями: увеличение рабочего объема цилиндра V_h, числа цилиндров i, числа оборотов n и давления наддува р_к. Наиболее рациональным способом увеличения расхода воздуха и соответственно мощности двигателя является применение наддува.

4)Степень использования теплоты в реальном цикле оценивается индикаторным КПД – это отношение индикаторной работы, к подведенной теплоте.

ξ_i = L_i/Q₁

Основными факторами, влияющими на индикаторный КПД, являются степень сжатия ε и коэффициент избытка воздуха

5)Экономичность двигателя оценивается удельным расходом топлива (количество топлива, расходуемое двигателем на единицу мощности в час). Если удельный расход определяется по индикаторной мощности, то он называется индикаторным удельным расходом топлива:

c_i = G_т/N_i.

Вопрос №4. Принцип работы ДВС с внешнем смесеобразованием.

По способу смесеобразования и воспламенения топлива двигатели внутреннего сгорания подразделяют на две группы с внешним смесеобразованием и принудительным зажиганием от электрической искры — карбюраторные бензиновые и газовые с внутренним смесеобразованием и воспламенением впрыскиваемого под давлением топлива от соприкосновения с воздухом, сильно нагретым в цилиндре в результате высокого сжатия,— дизельные.

В двигателях с зажиганием от электрической искры, т. е. в основном в карбюраторных и газовых двигателях, можно выделить три фазы сгорания топлива. Первая фаза — от момента проскакивания электрической искры до момента образования очага сгорания. Этот период физико-химической подготовки топлива к сгоранию представляет собой период задержки воспламенения. В течение этого периода, включая и образование небольших очагов сгорания около свечи зажигания, давление в цилиндре почти не изменяется. Вторая фаза — распределение пламени по основной части камеры сгорания. В этот период сгорает наибольшая масса топлива и давление в цилиндре достигает максимального значения. Третья фаза — догорание несгоревшего топлива в процессе расширения газов. В период догорания выделяется от 5 до 25% тепла, получаемого при сгорании топлива в цилиндре двигателя. Учитывая наличие задержки воспламенения, для получения максимума давления непосредственно после прохождения поршнем в. м. т. зажигание следует производить до прихода поршня в в. м. т. (вмт – верхняя мертвая точка).

Вопрос №5. Принцип работы ДВС с внутреннем смесеобразованием.

Вопрос №6. Принцип работы 2-х тактных и 4-х тактных ДВС.

Принцип работы двухтактного двигателя достаточно прост. Весь рабочий цикл в таких устройствах состоит всего из 2 тактов, а именно из сжатия и расширения. 4 тактный агрегат отличается от данной модели тем, что в нем впуск  выпуск смеси осуществляется в виде отдельного рабочего процесса. Здесь же, эти два действия совмещены со сжатием и расширением. Сам принцип работы заключается в следующем:

1. Сначала происходит движение поршня, направленного от нижней, так называемой мертвой точки, в верхнюю. Этот процесс совмещен еще с одним, который заставляет через продувочное окно доставлять в камеру горючее с воздухом. Так же в это самое время приоткрывается выпускное окно. Через него выходят все отработанные газы. Именно так начинается процесс сжатия.

2. Одновременно со стартом процесса сжатия начинает образовываться разреженное воздушное пространство в кривошипной камере. Это способствует тому, что сюда из карбюратора начинает поступать свежая порция горючего. Когда поршень достигает верхней мертвой точки, смесь начинает воспламеняться от свечей зажигания, соответственно, выполняется полезная работа, которая толкает его вниз.

3. В это время в кривошипной камере начинает создаваться избыточное давление. Оно действует на горючее, которое начинает сжиматься. Когда верхняя точка поршня достигает выпускного окна, то оно открывается, и выпускает все отработанные газы. Отсюда они попадают напрямую в глушитель. Двигаясь дальше, поршень постепенно открывает продувочное окно. То горючее, которое находилось до этого времени в кривошипной

камере, постепенно подается внутрь цилиндра. Когда рабочий орган опускается до нижней мертвой точки, то можно говорить о том, что работа 2 такта завершена, а это означает, что все начинается с самого начала. По сути, двухтактный двигатель по принципу работы сильно отличается от того, что нам предлагает 4 тактный.

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов.  Поршень - металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в промежутке между поршнем и стенками цилиндра. Пoршень снабжен металлическим стержнем - пальцем, соединение с шатуном. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

1. Впуск - четырёхтактный двигатель

В процессе впуска поршень четырёхтактного двигателя идёт из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). Одновременно кулачком распредвала открывается впускной клапан, - в цилиндр четырёхтактного двигателя затягивается свежая топливно-воздушная смесь.

2. Сжатие - четырёхтактный двигатель

Пoршень четырёхтактного двигателя поднимается из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую топливную смесь. Одновременно и значительно поднимается температура горючей смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия (не путать с компрессией). Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Но, для четырёхтактного двигателя с б́ольшей степенью сжатия требуется топливо с б́ольшим октановым числом, которое дороже.

3. Сгорание и расширение (рабочий ход поршня) - четырёхтактный двигатель

Незадолго до окончания такта сжатия горючая смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания. Во время следования поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси именуется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы давление газов достигло максимальной величины когда пoршень будет находиться в ВМТ. Тогда использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Скороть горения топлива практически не меняется, то есть занимает фиксированное время, следовательно чтобы достичь максимальной производительности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания пропорционально уровню оборотов коленвала. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором воздействующим на прерыватель). В более современных двигателях для регулировки угла используется электронное опережение зажигания.