Действительные циклы, происходящие в цилиндрах двигателей, значительно отличаются от рассмотренных теоретических. В реальном двигателе теплота не подводится извне мгновенно, а получается в результате сгорания топлива в цилиндре. При этом возникают дополнительные потери, не рассматривавшиеся выше. В действительном цикле состав и количество газа в течение цикла не остаются неизменными, так как рабочая смесь топлива и воздуха превращается в смесь отработавших газов. По окончании цикла отработавший газ не возвращается в первоначальное состояние, а принудительно удаляется из цилиндра. На его место поступает свежий заряд. На преодоление сопротивления потоков свежего заряда и отработавших газов затрачивается часть полезной работы. И наконец, в реальном двигателе стенки цилиндров теплопроводны, и в течение цикла некоторая часть теплоты отводится в окружающую среду.
Рис. 1. Теоретические циклы двигателей внутреннего сгорания
Рис. 2. Индикаторные диаграммы действительных циклов двигателей внутреннего сгорания
Таким образом, в действительном цикле происходят процессы, вызывающие дополнительные по сравнению с теоретическим циклом потери теплоты. Следовательно, КПД действительного цикла ниже КПД теоретического. Очевидно, более совершенным будет такой действительный цикл, в котором указанные выше потери теплоты будут наименьшими.
Данные, характеризующие протекание отдельных процессов, их совокупность и совершенство действительного цикла двигателя, получают, как правило, экспериментально путем снятия индикаторной диаграммы, т. е. записи изменения давления в цилиндре в функции объема (в координатах р—У). В современных автотракторных двигателях индикаторную диаграмму снимают либо с помощью малоинерционных регистрирующих приборов (шлейфных или катодных осциллографов), либо с помощью пневмоэлектрических индикаторов давления. На рис. 10 показаны индикаторные диаграммы четырехтактных двигателей и двухтактного дизеля, причем в увеличенном масштабе (в нижней части рисунка) изображены диа-граммы процессов впуска и выпуска.
|
|
В четырехтактном карбюраторном двигателе процесс впуска горючей смеси начинается в точке, соответствующей началу открытия впускного клапана, и заканчивается в точке 2, когда впускной клапан полностью закрылся. Начало впуска происходит до подхода поршня кв.м.т., а окончание — после прохождения н.м.т., т. е. общая продолжительность впуска больше 180° угла поворота коленчатого вала и характеризуется линией 1—5—а—2. Среднее давление смеси в цилиндре в период впуска ниже атмосферного ро, следовательно, заполнение цилиндра свежим зарядом происходит под действием перепада давлений.
Далее происходит процесс сжатия. При этом поступившая в цилиндр горючая смесь перемешивается с остатками отработавших газов, образуя однородную рабочую смесь. Сжатие рабочей смеси (линия 2—3) сопровождается плавным повышением ее температуры и давления. В конце процесса сжатия, когда поршень подходит кв.м.т., между электродами свечи зажигания происходит электрический разряд, в результате которого возникает небольшой очаг раскаленного газа, являющийся основой для прогревания окружающих его слоев рабочей смеси. Последовательное прогревание этих слоев до температуры воспламенения смеси (линия 3—с) происходит с одновременным увеличением давления в цилиндре. Воспламенение и горение рабочей смеси сопровождается резким нарастанием давления и температуры. Горение смеси продолжается и во время процесса расширения (линия z—4) и заканчивается при достижении пламенем наиболее удаленных зон камеры сгорания. При расширении тепловая энергия превращается в механическую. Удаление из цилиндра отработавших газов начинается в точке 4, соответствующей началу открытия выпускного клапана. При этом поршень движется еще к н.м.т., и газы выходят в атмосферу под действием избыточного давления в цилиндре. К приходу поршня в н.м.т. давление в цилиндре падает и при дальнейшем движении поршня кв.м.т. газы выталкиваются через выпускной клапан при незначительном избыточном давлении, что требует затрат энергии на процесс выпуска. Выпуск отработавших газов (линия 4—1—5) заканчивается в момент закрытия выпускного клапана.
|
|
В четырехтактном дизеле процесс впуска воздуха в Цилиндр (линия 1—5—а—2) происходит аналогично рассмотренному выше впуску горючей смеси в карбюраторном двигателе. После закрытия впускного клапана (точка 2) происходит сжатие заряда, состоящего из смеси атмосферного воздуха с остаточными газами, сопровождающееся повышением давления и температуры.при приближении поршня к в.м.т. в камеру сгорания впрыскивается топливо. В период 3—с происходит процесс перемешивания топлива со сжатым воздухом, предшествующий воспламенению топлива (период задержки воспламенения). После того как в отдельных зонах с наиболее благоприятными условиями происходит воспламенение рабочей смеси, переходящее в интенсивное горение, давление и температура в цилиндре резко возрастают, а затем в течение некоторого промежутка времени остаются почти неизменными. Процесс расширения совершается на участке z—4, во время которого тепловая энергия, выделившаяся при сгорании топлива, превращается в механическую. С открытием выпускного клапана начинается выпуск отработавших газов (линия 4—1—5), который происходит также, как и в карбюраторном двигателе.
|
|
Действительный цикл двухтактного двигателя происходит за один оборот коленчатого вала. На рис. 2, в показана индикаторная диаграмма цикла двухтактного дизеля с щелевой продувкой. Процессы сжатия, сгорания и расширения в двухтактных двигателях принципиально не отличаются от аналогичных процессов в четырехтактных. Процессы же впуска и выпуска происходят за более короткий промежуток времени, чем в четырехтактных при движении поршня вблизи н.м.т. В конце процесса расширения (точка 1) поршень открывает впускные окна, и отработавшие газы выходят в атмосферу под действием избыточного давления в цилиндре. При этом давление в цилиндре резко снижается и в точке становится ниже давления рк, создаваемого продувочным насосом (компрессором). В этот момент поршень, перемещаясь к н.м.т., открывает продувочные окна, через которые начнет поступать воздух, вытесняющий из цилиндра отработавшие газы через выпускные окна. Происходит одновременная очистка и наполнение цилиндра (линия 4—а). При обратном движении к в.м.т поршень вначале перекрывает продувочные окна, прекращая доступ воздуха в цилиндр из продувочного насоса (компрессора). В момент полного закрытия продувочных окон давление в цилиндре превышает атмосферное р0 на величину, зависящую от давления, создаваемого насосом рк. Выход воздуха из цилиндра прекратится в точке, когда поршень перекроет выпускное окно, и с этого момента начинается процесс сжатия, протекающий так же, как и в четырехтактном дизеле.