Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Лабораторная работа по курсу "Введение в специальность"

"Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя"

Цель работы: Дать основы теоретических знаний по общему устройству и рабочему циклу 4-х тактного ДВС, основные понятия и определения, принятые в теории двигателей.

Рабочий цикл и индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя

Непрерывное преобразование теплоты в механическую работу возможно только путем кругового изменения параметров состояния рабочего тела, т.е. при совершении цикла, в котором работа расширения превышает энергию, затрачиваемую на сжатие.

Совокупность периодически повторяющихся тепловых, химических и газодинамических процессов, в результате осуществления которых термохимическая энергия топлива преобразуется в механическую работу, называется действительным циклом двигателя.

Действительный цикл четырехтактного двигателя совершается за два оборота коленчатого вала и включает процессы:

газообмена - выпуск отработавших газов и впуск свежего заряда;

сжатия;

сгорания;

расширения.

Часть действительного цикла, совершаемая за один ход поршня, называется тактом. Четырехтактный двигатель имеет такты:

впуска;

сжатия;

рабочий ход (расширение);

выпуска,

которые образуют цикл, называемый рабочим.

Последовательность чередования одноименных тактов в различных цилиндрах называется порядком работы двигателя. Порядок работы 8- цилиндрового двигателя 15426378.Рассмотрим рабочий процесс 4- тактного ДВС, используя для иллюстрации каждого такта индикаторную диаграмму (рис. 2.2), представляющую собой зависимость давления в цилиндре от переменного объема цилиндра . Индикаторную диаграмму строят по результатам испытаний двигателя. Линия соответствует нормальному атмосферному давлению.

Такт впуска начинается с движения поршня от ВМТ и продолжается при повороте коленчатого вала от 0 до 1800, пока поршень не достигнет НМТ. К началу такта впуска (точка  на диаграммах) в цилиндре находятся отработавшие газы под небольшим избыточным давлением. Перед началом такта впуска впускной клапан открывается (точка 4). По мере удаления поршня от ВМТ закрывается выпускной клапан (точка 5), и давление в цилиндре становится ниже атмосферного (линия ); оно определяется рядом факторов: сопротивлением впускного тракта, частотой вращения коленчатого вала двигателя и т.п. Среднее давление впуска составляет 80…90 % атмосферного, для дизелей оно немного выше, чем для карбюраторных двигателей.

Под действием перепада давлений горючая смесь (в карбюраторных двигателях) и чистый воздух (в дизелях) поступают в цилиндр. Соприкасаясь с нагретыми стенками впускного трубопровода, головкой и стенками цилиндров и смешиваясь с горячими остаточными отработавшими газами, поступающий в цилиндр свежий заряд нагревается. Поэтому в конце такта впуска газы в цилиндре имеют температуру 40…80 0 С.

Рис.1. Свернутая индикаторная диаграмма четырехтактного ДВС

Наполнение цилиндра горючей смесью или воздухом может быть различным; оно характеризуется коэффициентом наполнения, равным отношению объема поступившего в цилиндр свежего заряда (приведенного к нормальным атмосферным условиям) к объему цилиндра. У карбюраторных двигателей коэффициент наполнения составляет 0,75…0,85, а у дизелей, вследствие меньшего сопротивления впускного тракта, достигает 0,9. Чем больше коэффициент наполнения, т.е. чем больше заряд в цилиндре, тем большую мощность может развить двигатель. В некоторых двигателях для увеличения наполнения цилиндра при такте впуска применяют наддув, при котором заряд в цилиндр поступает под избыточным давлением.

Такт сжатия осуществляется при движении поршня от НМТ к ВМТ и продолжается в течение поворота коленчатого вала от 180 до 3600(линия ). Оба клапана при этом закрыты (впускной клапан закрывается в точке 1). В точке 1 давление в цилиндре становится равным атмосферному. По мере уменьшения объема давление и температура в цилиндре повышаются и достигают в конце такта в карбюраторных двигателях соответственно 0,9…1,5 МПа и 270…480 0С, а в дизелях - 3,5…4,5 МПа и 450…650 0С. Для более эффективного сгорания топлива воспламенение рабочей смеси в карбюраторном двигателе и впрыскивание топлива в дизелях осуществляется не в ВМТ, а несколько раньше - в точке 2.

Такт расширения происходит при закрытых клапанах в течение поворота коленчатого вала от 360 до 540 0 (линия ). При сгорании рабочей смеси резко повышаются температура и давление в цилиндре. Газы под давлением, воспринимаемым поршнем, совершают полезную работу. Работа расширения газов используется наиболее эффективно, когда максимальное значение  газов в цилиндре соответствует положению поршня, при котором угол поворота коленчатого вала составляет 10…150после ВМТ. В этом случае в карбюраторных двигателях  = 4,0…5,5 МПа, а в дизелях  = 7,0…8,0 МПа. Максимальная температура газов в конце сгорания в карбюраторных двигателях достигает 2200…2500 0С, а в дизелях 1600…1900 0С. Во время такта расширения газы совершают полезную работу, поэтому соответствующий ему ход поршня называют рабочим ходом.

Такт выпуска начинается движением поршня от НМТ к ВМТ и продолжается при повороте коленчатого вала от 540 до 7200 при открытом выпускном клапане (линия ). Момент открытия клапана отмечен на диаграмме точкой 3. В течение этого такта поршень выталкивает из цилиндра отработавшие газы в атмосферу, осуществляет очистку цилиндра. Давление в цилиндре в конце такта выпуска составляет 0,1…0,12 МПа, а температура 600…950 0С.

При дальнейшем вращении коленчатого вала снова происходит такт впуска, затем такт сжатия, рабочий ход и такт выпуска и т.д. При работе двигателя указанные такты непрерывно чередуются в такой же последовательности.

Таким образом, в четырехтактном одноцилиндровом двигателе коленчатый вал вращается под действием давления газов только при рабочем ходе. При совершении вспомогательных тактов (выпуска, впуска и сжатия рабочей смеси) противодавление действующих на поршень газов создает сопротивление вращению вала, для преодоления которого необходимо к валу приложить внешний момент. Для повышения равномерности вращения коленчатого вала и осуществления вспомогательных тактов на коленчатом валу устанавливают маховик 16 (рис. 2.1), представляющий собой тяжелый диск, закрепленный на конце коленчатого вала.

Так как маховик имеет значительный вес, он накапливает кинетическую энергию при рабочем ходе и продолжает вращаться по инерции и после окончания рабочего хода. Вместе с маховиком вращается и коленчатый вал, который перемещает поршень в течение всех вспомогательных тактов. При последующем рабочем ходе процесс накопления энергии повторяется. При наличии маховика вращение коленчатого вала совершается более равномерно. Маховик способствует также переводу деталей кривошипно-шатунного механизма через положения, соответствующие мертвым точкам поршня.