Действительные процессы, индикаторные и эффективные показатели

В реальных условиях на работу двигателя влияют многочисленные факторы, формирующие действительный цикл. В этом цикле теплота подводится при сжигании топлива внутри рабочего цилиндра в смеси с воздухом, что происходит не мгновенно, а во времени. Рабочая смесь, представляющая собой смесь свежего заряда с газами, оставшимися от предыдущего цикла (остаточные газы), в процессе сгорания изменяет свой состав за счет увеличения доли продуктов сгорания. Выпуск отработавших газов уносит неиспользованную теплоту в окружающее пространство. Как процесс сгорания, так и процесс выпуска протекают во времени, поэтому всегда наблюдается их отклонение от соответствующих процессов термодинамического цикла.

В действительном цикле поршневого двигателя процессы протекают с дополнительными потерями теплоты за счет теплоотдачи стенкам; параметры газа при сжатии и расширении изменяются по закону политропы, имеют место химическая неполнота сгорания топлива и утечка заряда из-за неполной герметичности цилиндра. В реальном двигателе за счет опережения зажигания или впрыскивания топлива рабочая смесь воспламеняется до прихода поршня в в.м.т.; при этом давление в конце процесса сжатия повышается. Большое значение имеют углы опережения открытия и запаздывания закрытия клапанов, которые отражает диаграмма фаз газораспределения. Процесс реального сгорания происходит при изменяющемся объеме, а выпускной клапан открывается до прихода поршня в н.м.т.; при этом снижается давление в конце расширения. Все это необходимо учитывать при рассмотрении действительного цикла, параметров газа и коэффициентов полезного действия.

Действительные циклы удобно рассматривать с помощью индикаторной диаграммы (рис. 3.4). Индикаторная диаграмм а — это графическое изображение процессов в координатах «давление р — объем V» («свернутая» диаграмма).

Основные процессы в действительном цикле: сжатие, сгорание и расширение. Они общие для двух- и четырехтактных двигателей.

В указанных двигателях процессы газообмена (основной) или зарядки и очистки цилиндров (вспомогательные) существенно различаются, поэтому их рассматривают раздельно. Индикаторная диаграмма может быть использована в целях диагностирования рабочего цикла.

Рис. 3.4. Схема, индикаторная диаграмма (о) и диаграмма фаз газораспределения (б) четырехтактного карбюраторного двигателя:

1 — карбюратор; 2 — впускной клапан; 3 — свеча зажигания; 4 — выпускной клапан

Уточнение расчетных сил, действующих на детали двигателя, обычно проводят после окончательной доводки рабочего процесса на установившихся режимах характеристики потребителя мощности (тепловозная, винтовая и т. д.). По результатам данных обработки индикаторных диаграмм, снятых на расчетном (обычно номинальная мощность или максимальный крутящий момент) установившемся режиме и соответствующей зависимости силы инерции поступательно движущихся масс определяют максимально допустимое давление сгорания максимально допустимую скорость нарастания давления и величину суммарной силы, действующей по оси цилиндра и приложенной к оси поршневого пальца.

По полученным величинам в соответствии с принятой в расчетах методикой уточняют напряжения в деталях и удельные нагрузки в узлах.