Расчет параметров одного цикла и построение индикаторной диаграммы ДВС

Описание процессов, происходящих в одном цикле ДВС

 

Рассмотрим действительный цикл работы четырехтактного дизельного двигателя по мере происходящих в нем процессов.

Процесс впуска

Первый такт – впуск горючей смеси.

Во время такта впуска (рис. 1, а), когда поршень 1 движется от В.М.Т. к Н.М.Т., а впускной клапан 3 открыт, в цилиндр 2 поступает атмосферный воздух, который, нагреваясь в процессе сжатия, воспламеняет топливо, впрыскиваемое в конце такта сжатия. Гидравлическое сопротивление впускного трубопровода повышает давление воздуха в конце такта впуска до 0,08 МПа. Температура воздуха в цилиндре составляет 50–80° С.

Процесс сжатия

Второй такт – сжатие смеси.

Во время такта сжатия (рисунок 1, б), когда впускной 3 и выпускной 5 клапаны закрыты, температура, и давление воздуха в цилиндре значительно возрастают. Вследствие высокой степени сжатия (е=7,8) давление и температура воздуха достигают значений 3,419МПа и 600 °С соответственно. В конце такта в цилиндр через форсунку 4 (рисунок, 1, в) впрыскивается топливо. В зависимости от формы камеры сгорания и типа форсунки давление впрыска находится в пределах 8…40 МПа.

Процесс сгорания и расширения

Третий такт – расширение, или рабочий ход.

Впрыснутое распыленное топливо, перемешиваясь со сжатым воздухом, самовоспламеняется и сгорает. При этом температура газов к концу сгорания повышается до 1600 °С, а давление до 7,864МПа. В конце такта расширения температура снижается до 700…1000⁰С, а давление до 0,677МПа. Под давлением газов, образующихся в результате сгорания топливовоздушной смеси, поршень перемещается от В.М.Т. к Н.М.Т., совершая механическую работу (рисунок 1, в).

Процесс выпуска

Четвертый такт – выпуск отработавших газов.

Продукты сгорания выходят из цилиндра в атмосферу (рисунок 1, г). Температура выпуска равна 600…700 °С, а давление газов – 0,125МПа.

 

 

Расчет параметров одного цикла и построение индикаторной диаграммы ДВС

 

Объем камеры сгорания:

 

V_c = 1 (в условных единицах). (1)

 

Полный объем:

 

V_a = e × V_c, (2)

 

где e – степень сжатия;

V_a = 8×1 = 8.

Показатель политропы сжатия:

n₁ =1,41 – 100/n_e, (3)

 

где n_e – номинальная частота вращения коленвала, об./мин;

n₁= 1,41 – 100/4500 = 1,39

Давление в конце такта сжатия, МПа:

 

p_c = p_a × e ^n1, (4)

 

где p_a – давление при впуске, МПа;

p_c = 0,09×8 ^1,39 = 1,62 МПа

Промежуточные точки политропы сжатия (табл. 1):

 

p_x = (V_a / V_x) ⁿ¹ × p_a, (5)

 

При p_x = (8 / 1) ^1,39 × 0,09=1,62 МПа

 

Таблица 1. Значения политропы сжатия

Vx
px, МПа	0,62	0,35	0,24	0,17	0,13	0,11	0,09

 

Давление в конце такта сгорания, МПа:

 

p_z = l × p_c, (6)

 

где l – степень повышения давления;

p_z = 3,8 × 1,62 = 6,16 МПа

Показатель политропы расширения:

 

n₂ =1,22 – 130/n_e, (7)

n₂ = 1,22 – 130/4500 = 1,19

Давление в конце такта расширения:

 

p_b = p_z / e ⁿ²_, (8)

 

p_b= 6,16/8^1,19= 0,52 МПа

Промежуточные точки политропы расширения (табл. 2):

 

p_x = (V_b / V_x) ⁿ² × p_b. (9)

 

При p_x = (8 / 1) ^1,19 × 0,52= 6,16 МПа

 

Таблица 2. Значения политропы расширения

Vx
px, МПа	2,71	1,67	1,19	0,91	0,73	0,61	0,52

 

Среднее теоретическое индикаторное давление, МПа:

 

, (10)

МПа.

 

Среднее давление механических потерь, МПа:

 

, (11)

 

где – средняя скорость поршня в цикле. Предварительно = .

МПа

Действительное индикаторное давление, МПа, с учетом коэффициента скругления диаграммы n=0,95:

 

, (12)

 

где – давление выхлопных газов, МПа.

МПа

Среднее эффективное давление цикла:

 

, (13)

 

МПа

Полученные расчетом данные используем для построения индикаторной диаграммы (рисунок 2).