Рабочие циклы ДВС Рабочий цикл четырехтактного двигателя Рабочий цикл 4 -х тактного двигателя состоит из четырех тактов и осуществляется на протяжении 4 -х ходов поршня, т. е. за два оборота коленчатого вала. Первый такт (рис 1. 1, а) – наполнение цилиндра воздухом. Поршень движется от ВМТ к НМТ. Через впускной клапан 1 компрессор К, приводимый газовой турбиной ГТ, подает в цилиндр воздух под давлением рк = 0, 14 – 0, 30 МПа На графике (линия da). В двигателе без наддува воздух поступает из атмосферы за счет всасывающего действия поршня. Для улучшения наполнения цилиндра воздухом впускной клапан открывается с опережением до прихода поршня в ВМТ (точка d), а закрывается – после НМТ (точка а). Угол опережения открытия клапана φоп. вп = 50 -800 п. к. в. (поворота коленчатого вала) до ВМТ обеспечивает достаточное проходное сечение под клапаном к моменту начала движения поршня вниз и последующую продувку камеры сжатия по окончании выхлопа.
Схемы рабочего цикла 4 -х тактного двигателя с наддувом.
Угол запаздывания закрытия клапана φз вп = 30 -600 п. к. в. за НМТ обеспечивает дозарядку цилиндра воздухом за счет инерции его потока, движущегося во впускном трубопроводе с большой скоростью (до 70 м/с). Параметры воздуха в цилиндре в конце наполнения (в точке а): ра = 0, 13 – 0, 29 МПа (ра<рк сказывается дросселирование воздуха во впускной системе) и Та = 38 – 52 0 С (Та< Тк - охлаждение наддувочного воздуха после ГТК). Второй такт (рис 1. 1 б)- сжатие воздуха, подача и самовоспламенение топлива. Поршень движется от НМТ к ВМТ. Процесс сжатия (линия ас) начинается с момента закрытия впускного клапана и заканчивается в ВМТ. Параметры сжатия (в точке с): рс = 4 -12 МПа; Тс = 530 – 9000 С. В конце процесса сжатия (в точке нп) в цилиндр через форсунку под давлением Рт = 20 – 200 МПа начинает подаваться топливо. Угол опережения подачи топлива φнп. =2 -300 пкв (в зависимости от частоты вращения двигателя) необходим для осуществления физикохимических процессов подготовки топлива к самовоспламенению в среде сжатого, нагретого воздуха и начала его сгорания при положении поршня в районе ВМТ.
Третий такт (рис 1. 1 в) – продолжение сгорания топлива и расширение продуктов сгорания (рабочий ход). В начале такта происходит интенсивное сгорания топлива с выделением большого количества тепла, давление и температура смеси продуктов сгорания и воздуха, несмотря на увеличение объема цилиндра в связи с начавшимся движением поршня вниз резко растут. В точке z давление достигает максимума и составляет pz = 9 – 16 МПа, Тz = 1600 – 20000 С. Подача топлива заканчивается по прошествии 15 – 200 за ВМТ (точка кп), но сгорание еще продолжается и в зависимости от скорости процесса сгорания, зависящего от качества распыливания топлива, смесеобразования и наличия избытка воздуха, завершается через 40 и более градусов п. к. в. В некоторых случаях не исключено догорание в самом конце расширения газов вплоть до открытия выпускного клапана в точке 2. Параметры в конце расширения (точка в): рв = 0, 3 – 0, 9 МПа и Тв = 630 – 9500 С.
Четвертый такт (рис 1. 1 г) – выпуск газов начинается до НМТ. Угол опережения открытия выпускного клапана φо вып = 40 – 600 п. к. в. до НМТ обеспечивает увеличение энергии газов, отбираемых на привод газотурбонагнетателя и совершенствование очистки цилиндра от продуктов сгорания. Но, в тоже время, раннее открытие выпускного клапана уменьшает полезную работу газов в цилиндре. Процесс выпуска газов (линия bdr) продолжается в течение всего хода поршня вверх и заканчивается после перехода им ВМТ через 40 – 600 пкв. Угол поворота вала φ п , в течение которого открыты одновременно впускной и выпускной клапаны (линия dr), называется углом перекрытия клапанов. Перекрытие обеспечивает хорошую продувку камеры сжатия и охлаждение ее стенок свежим воздухом.
РАБОЧИЙ ЦИКЛ ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Рабочий цикл осуществляется за два хода поршня – за один оборот коленчатого вала и состоит из таких же процессов, что и рабочий цикл четырехтактного двигателя. Однако наполнение и выпуск являются не самостоятельными тактами, требующими двух ходов поршня, а совмещены: наполнение - с тактом сжатия, а выпуск - с тактом расширения. При этом выпуск газов из цилиндра осуществляется не выталкиванием их поршнем, а путем продувки цилиндра воздухом, подаваемым в него под давлением, создаваемым продувочным насосом или турбокомпрессором.
Схема работы двухтактного двигателя
Первый такт (рис 1. 2 а) - вторая часть газообмена, сжатие воздуха, подача и воспламенение топлива. Поршень движется от НМТ к ВМТ, воздух, предварительно сжатый до давлений 0, 14 - 0, 18 МПа (при наличии продувочного насоса) и до 0, 20 -0, 30 МПа(при наличии ГТК), из ресивера 4 через продувочные окна (щели) 1 поступает в цилиндр. Этот воздух вытесняет продукты сгорания, оставшиеся в цилиндре от предыдущего цикла, через выпускные окна или выпускные клапаны 2 в коллектор выпускных газов 3. В момент закрытия продувочных и выпускных окон или клапанов (линия a' d' a) процесс газообмена заканчивается и начинается процесс сжатия (линия ac), который продолжается до прихода поршня в ВМТ. Параметры воздуха в конце сжатия (в точке С): рс = 4 – 10 МПа и Тс = 480 - 9000 С. В конце сжатия в цилиндр с опережением до прихода поршня в ВМТ (точка С) впрыскивается топливо, которое в районе ВМТ самовоспламеняется и далее сгорает.
Второй такт (рис 1. 2 b) - сгорание топлива, расширение продуктов сгорания и первая часть газообмена. Под действием давления газов поршень движется вниз, совершая рабочий ход. В момент открытия выпускных окон или выпускного клапана 2 (в точке b) при угле φ0 вып = 88 – 940 п. к. в. до НМТ (для выпускных окон φ0 вып = 60 – 700 п. к. в. до НМТ) процесс расширения (линия zb) заканчивается и благодаря наличию положительной разницы давления между цилиндром и выпускным коллектором начинается процесс выпуска газов в коллектор. Из коллектора газы поступают в выпускную систему или при наличии ГТК – на привод газовой турбины. Параметры в конце расширения (в точке b): рb = 0, 35 – 0, 9 МПа; Тb = 530 – 9000 С; параметры в точке z: рz = 9 – 16 МПа и Тz = 900 – 20000 С. После снижения давления в цилиндре до давления продувочного воздуха рs поршнем открываются продувочные окна (в точке d), начинается продувка цилиндра и наполнение его свежим воздухом (фаза φо пр). Продувка продолжается до прихода поршня в НМТ (линия da') и заканчивается при ходе поршня вверх (фаза φз. пр. ) после закрытия продувочных окон (в точке d').
Из сравнения рабочих циклов 4 -х и 2 -х тактных дизелей следует, что при прочих равных условиях – размеры и число цилиндров, частота вращения, мощность двухтактного двигателя теоретически должна быть в 2 раза больше мощности четырехтактного двигателя. В действительности она больше в 1, 6 – 1. 8 раза, так как величина рабочего хода 2 -х тактного двигателя меньше, т. к. его часть затрачивается на процессы газообмена. Более того, газообмен менее совершенен, так как его продолжительность составляет 120 – 1400 п. к. в. , в то время как в четырехтактном двигателе он занимает 2 хода поршня и составляет ориентировочно 4800 п. к. в.
Виды индикаторных диаграмм Графические изображения индикаторного цикла, представляющее собой диаграмму изменения давления р в цилиндре в функции объема, угла поворота или хода поршня называются индикаторными диаграммами. Нормальной индикаторной диаграммой называют диаграмму P=f(S) или P=f(V) (см. рис 1. 1 г и рис 1. 2 б). Такую диаграмму снимают на работающем дизеле с помощью специального прибора (механического или электронного), называемого индикатором. Графическое представление – моментов открытия и закрытия впускных и выпускных органов газообмена (клапанов или окон), выраженных в градусах поворота коленчатого вала, называемых фазами газораспределения, изображают на круговой диаграмме газораспределения. Так же изображаются и фазы топливоподачи, и воздухораспределения. Развернутой индикаторной диаграммой называют изображение индикаторного цикла, представляющее собой диаграмму изменения давления р в цилиндре в функции угла поворота коленчатого вала.
Рис 1. 3 Круговые диаграммы газораспределения: а) четырехтактного дизеля с наддувом; б) двухтактного дизеля с контурной схемой газообмена; в) двухтактного дизеля с прямоточно-клапанной схемой газообмена.
Скачать презентацию Рабочие циклы ДВС Рабочий цикл четырехтактного двигателя Рабочий
Рабочие циклы ДВС.ppt