Принципы, показатели и условия работы двигателей.

Классификация автомобильных ДВС. Действительные циклы поршневых ДВС.

1.1. Дайте классификацию автомобильных ДВС по основным признакам. Охарактеризуйте отличия разных типов двигателей по признакам классификации.

По способу воспламенения смеси различают ДВС с принудительным зажиганием и дизели, работающие от сжатия. В ДсИЗ используют два вида топлива: жидкость (бензин) и газ. ДсИЗ могут быть карбюраторные и газовые, в которых ТВС приготовляется вне цилиндров (в карбюраторе) – с внешним смесеобразованием; также есть двигатели с впрыском топлива непосредственно в цилиндр или во впускной трубопровод (на впускной клапан). Дизель относится к двигателям с внутренним смесеобразованием. Также по способу регулирования мощности: ДсИЗ относятся к двигателям с количественным регулированием (изменяется количество подаваемой ТВС), а дизели – с качественным регулированием (изменяется только количество подаваемого топлива). По способу осуществления цикла различают 2- и 4-тактные ДВС; такт есть процесс, протекающий в цилиндре при перемещении между ВМТ и НМТ, т.о. в 4-тактном ДВС рабочие процессы совершаются за 2 оборота коленвала, а в 2-тактном – за один.

1.2. Изобразите в координатах р-V действительный цикл 4-тактного дизеля и двигателя с принуди­тельным зажиганием. Укажите начало и окончание каждого рабочего процесса; почему они не совпа­дают с началом и окончанием тактов?

Действительный цикл – рис. 1.1. Такт впуска r-a, такт сжатия a-c, расширения с-b и выпуска b-r. В т. 3 происходит воспламенение заряда, а в т. z достигается максимум давления. В действительном процессе такт и процесс не совпадают. Для лучшей организации процессов газообмена клапаны открываются до начала соответствующего такта и закрываются по его окончании: тт. 1 и 2 – открытие и закрытие впускных клапанов; тт. 4 и 5 – открытие и закрытие выпускных клапанов. Также в действительном цикле за счёт начала процесса сгорания точка c’ находится выше точки с.

1.3. Перечислите основные отличия действительного цикла от термодинамического.

Расчётный термодинамический цикл отличается от действительного следующими допущениями: все процессы обратимы; газообмена нет; количество рабочего тела неизменно; вместо процесса горения – подвод теплоты от источника; выпуск заменён на отвод теплоты; сжатие и расширение адиабатны.

Принципы, показатели и условия работы двигателей.

2.1. В чем заключаются основные отличия рабочих процессов двигателей с искровым зажиганием и дизелей?

С целью обеспечения достаточной температуры для самовоспламенения степень сжатия в дизелях назначается намного большей, чем в ДсИЗ (e=14…23). Процесс наполнения цилиндров свежим зарядом (в дизеле – воздух) и значения параметров РТ в конце такта впуска определяются: гидравлические потери во впускной системе дизеля значительно меньше (нет карбюратора и дросселя); во впускной системе нет отвода теплоты от свежего заряда при испарении топлива ввиду отсутствия последнего в заряде дизеля. Поэтому давление в конце впуска (т. а) в дизеле больше. Температура в т. а ниже из-за того, что при больших степенях сжатия к свежему заряду подмешивается меньше ОГ. Особенностью такта сжатия в дизеле являются более высокие термодинамические параметры рабочего тела в точке с, что объясняется большей величиной степени сжатия. Если в карбюраторном двигателе сгорание происходит при уже подготовленной смеси, то в дизеле приготовление происходит за очень короткий промежуток и при этом значительная часть топлива впрыскивается во время процесса сгорания. Это приводит к тому, что вблизи ВМТ в дизеле сгорает меньшая часть топлива, а догорает оно при увеличившемся объёме. Результатом этого является то, что степень повышения давления l=1,4…2,2 меньше, чем в карбюраторном двигателе. Более низкие температуры в дизеле в конце сгорания являются следствием более высокого a. Давление и температура в конце такта расширения ниже, чем в карбюраторном двигателе из-за большей степени сжатия. Такт выпуска каких-либо разительных отличий не имеет.

2.2. Опишите различия в протекании процессов газообмена 2- и 4-тактного ДВС.

Процессы сжатия, сгорания и расширения в 2- и 4-тактных двигателях принципиальных различий не имеют, и особенности заключаются в различных способах газообмена. Первый такт состоит из части процесса сгорания и процесса расширения. В конце такта открывается выпускное окно, после чего начинается свободное истечение ОГ. При дальнейшем движении поршня в сторону НМТ он открывает продувочное окно. После чего вплоть до НМТ через оба окна осуществляется продувка цилиндра свежим зарядом. Она заканчивается в начале следующего такта с закрытием продувочного окна. После этого вплоть до закрытия выпускного окна осуществляется вытеснение части заряда. Далее следует сжатие, в конце которого происходит воспламенение. Отличительной особенностью является то, что часть рабочего объёма называется потерянным и используется для организации процесса газообмена.

2.3. Дайте определения основных показателей цикла и двигателя. В чем состоит их важность?

Индикаторная работа L_i представляет собой избыточную работу, полученную за такты сжатия и расширения: L_i=L_p-|L_сж|, но на практике в качестве показателя работоспособности цикла используется среднее индикаторное давление: p_i=L_i/V_h – индикаторная работа, снимаемая с единицы рабочего объема. Экономичность действительного цикла оценивается индикаторным КПД, показывающим, какая доля теплоты, введенной в цикл с топливом Q₁, преобразуется в индикаторную работу: h_i=L_i/Q₁. Индикаторная работа, получаемая за 1 с, называется индикаторной мощностью: N_i=L_i/t_ц. Для оценки экономичности двигателя используется удельный индикаторный расход топлива g_i, показывающий какое количества топлива расходуется на производство единицы индикаторной работы: g_i=q_ц/L_i=10³G_T/N_i. Уровень механических потерь в двигателе оценивается механическим КПД, показывающим какая доля индикаторной работы преобразуется в эффективную: h_м=L_e/L_i. Совокупные потери в двигателе оцениваются эффективным КПД, показывающим, какая доля теплоты, введенной с топливом, преобразуется в эффективную работу: h_e=L_e/Q₁=h_ih_м. Для оценки экономичности двигателя в основном используется удельный эффективный расход топлива: g_e=10³G_T/N_e. Все индикаторные и эффективные показатели связаны между собой механическим КПД: h_м=L_e/L_i=N_e/N_i=p_e/p_i=g_e/g_i.