§ 7. Процесс выпуска
У автотракторных двигателей для наиболее полной очистки ци- линдров от отработавших газов (продуктов сгорания) выпускной кла- пан открывается за 40—70° до прихода поршня в н. м. т. и закрыва- ется на 10—25° позже того, как поршень минует в. м. т.
При опережении, открытия выпускного клапана к моменту прихо- да поршня в н. м. т. значительная часть отработавших газов под дей- ствием собственного избыточного давления выходит из цилиндра с большой скоростью. Это уменьшает работу на выталкивание газов из цилиндра во время движения поршня от н. м. т. к в. м. т.
Запаздывание закрытия выпускного клапана дает возможность ис- пользовать для лучшей очистки цилиндра инерцию отработавших газов, имеющих большую скорость.
Значение давления выпуска рг изменяется в пределах 0,114- 4-0,12 МПа, а температура Тг в конце выпуска 7004-1100 К. У дизелей она меньше, чем у карбюраторных двигателей.
Удалить все отработавшие газы из цилиндра практически невоз- можно, часть их неизбежно остается, переходя от каждого цикла к последующему в виде остаточных газов.
Степень загрязнения вновь поступившего заряда оставшимися в цилиндре отработавшими газами характеризует коэффициент остаточ- ных гаэов у, представляющий собой отношение массы остаточных га- зов Gr (кг) к массе вновь поступившего заряда Go (кг):
Чем меньше коэффициент у, тем больше наполнение цилиндра и, значит, выше мощность двигателя. У двухтактных двигателей коэффи- циент y всегда больше, чем у четырехтактных. Это объясняется несо- вершенством продувки и весьма ограниченным временем, отводимым на процесс выпуска у двухтактных двигателей. При полной нагрузке двигателя коэффициент y колеблется в следующих пределах:
v
четырехтактные карбюраторные двигатели 0,06—0,18
четырехтактные дизели 0,03—0,06
двухтактные двигатели с кривошнпно-камерной продувкой . 0,25—0,35 двухтактные дизели с продувочным насосом 0,02—0,08
§ 8. Показатели, характеризующие рабочий цикл
двигателя
К параметрам, характеризующим действительный рабочий цикл двигателя, относятся среднее индикаторное давление, индикаторная мощность, индикаторный коэффициент полезного действия и индика- торный удельный расход топлива.
В результате осуществления рабочего цикла часть тепловой энер- гии, выделяющейся при сгорании топлива, превращается в механиче- скую.
Работа за один цикл, определяемая по индикаторной диаграмме, называется индикаторной работой цикла.
Индикаторные диаграммы на рисунках 14, 16, 18 и 20 (толстая линия) отличаются от построенных по расчету (тонкая линия) в точ-
ках с, z', z и Ь. Это объясняется сле- дующим: в точке с — воспламене- нием рабочей смеси с опережением, то есть до того как поршень придет в в. м. т.; в точках z7 и z — некото- рым временем, необходимым для сгорания рабочей смеси и догора- нием ее при расширении; в точке b — опережением открытия выпуск* ного клапана или выпускного окна.
Заштрихованная площадка Fn со знаком плюс на индикаторной ди- аграмме (рис. 25) соответствует по- лучаемой полезной работе с учетом несовершенства протекания отдель- ных процессов и потерь теплоты через стенки цилиндра, а заштри- хованная площадка со знаком ми- нус F0 — потерям на сопротивление движению газов при впуске и вы- пуске. Действительная индикатор- ная работа за цикл с учетом всех потерь будет характеризоваться площадью Fi—Fa—Fo.
Площади на индикаторной ди- аграмме можно определить при помощи специального прибора—пла ниметра, обводя контур фигуры.
Для удобства расчетов площадь Ft изображают в виде прямо- угольника, основание которого равно длине I индикаторной диаграммы. Высота h этого прямоугольника представляет в масштабе среднее ин- дикаторное давление pi (МПа), то есть такое условное постоянное давление газов в цилиндре, при котором работа, произведенная газом за один такт, равняется индикаторной работе за цикл.
Значения среднего индикаторного давления Pi у двигателей, рабо- тающих без наддува, находятся вследующих пределах: четырехтакт- ные карбюраторные двигатели 0,65-г-1,2 МПа, четырехтактные и двух- тактные дизели 0,64-1,1 МПа. У двигателей, работающих с наддувом, давление р,- значительно больше.
Индикаторная работа цикла Ап (МДж) может быть определена по формуле
AA^pt3fs = ptVht (10)
где d и S — соответственно диаметр цилиндра и ход поршня, м.
Если за 1 мин коленчатый вал двигателя делает п оборотов, то за 1 с он сделает п/60 оборотов. В четырехтактном двигателе цикл совер- шается за два оборота коленчатого вала, поэтому число циклов в се- кунду для четырехтактного двигателя равно —— , а для двухтактного
60-2
п
ёоЛ""
Индикаторная мощность (МВт) четырехтактного двигателя, имею- щего i цилиндров,
р.
1
С'
г,
ШР*
SRSXkvv^NC;
гп
'ovNxvs
*
"С
к
н
-с
i
1
Ж
Рг
RrrТГ
1
%
Н }у
*
И"1
Рис.
25. Определение среднего инди-
каторного
давления по действитель-
ной
индикаторной диаграмме.
v Pi Vh in 103 ' 60-2
Используя формулу (4), заменяем величину Vhi на объем цилинд- ров, выраженный в литрах, и получаем индикаторную мощность четы- рехтактного двигателя (кВт):
PiVjitг
(12)
120
Для двухтактного двигателя формула (12) имеет следующий вид:
Pi V„ п
(13)
60
В зависимости от совершенства конструкции и технического со- стояния двигатель расходует то или ииое количество топлива для вы- полнения одной и той же полезной работы. Чем больше теплоты, вы- деленной сгоревшим в цилиндре топливом, преобразуется в полезную работу, тем экономичнее двигатель.
Массу топлива, расходуемую двигателем в единицу времени, назы- вают расходом топлива.
(И)
или
в киловаттах (кВт)
(И)
St
Степень использования теплоты, которая может быть выделена при сгорании топлива, поданного в двигатель для получения индикаторной работы, определяется индикаторным коэффициентом полезного дей- ствия (к. п. д.).
Индикаторным к. п. д. (ц,) называют отношение теплоты Qu эквивалентной индикаторной работе цикла, к расчетной теплоте QT сгорания топлива, затраченной на получение этой работы:
= (15)
Чт
При работе в номинальном режиме1 индикаторный к. п. д. авто- тракторных карбюраторных двигателей составляет 0,26-7-0,35, а дизе- лей 0,38-^0,45.
Индикаторный удельный расход топлива и индикаторный к. п. д. характеризуют, насколько экономично протекает действительный ра- бочий цикл.