Побудова індикаторних діаграм

Індикаторні діаграми будуються у координатах p-V.

Побудова індикаторної діаграми двигуна внутрішнього згорянняпровадиться на підставі теплового розрахунку.

На початку побудови на осі абсцис відкладають відрізок АВ, що відповідає робочому об'єму циліндра, а за величиною дорівнює ходу поршня в масштабі, який в залежності від величини ходу поршня проектованого двигуна може бути прийнятий 1:1, 1,5:1 або 2:1.

Відрізок ОА, що відповідає обсягу камери згоряння,

визначається із співвідношення:

Відрізок z"z для дизелів (рис. 3.4) визначається за рівнянням

Z, Z = OA (p-1) = 8 (1,66-1) = 5.28мм, (3.11)

тисків = 0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,07; 0,10 МПа в мм так, щоб

отримати висоту діаграми, що дорівнює 1,2...1,7 її основи.

Потім за даними теплового розрахунку на діаграмі відкладають у

обраному масштабі величини тисків у характерних точках а, с, z", z,

b, r. Точка z для бензинового двигунавідповідає pzT.

Індикаторна діаграма чотиритактного дизельного двигуна

За найбільш поширеним графічним методом Брауера політропи стиснення та розширення будують в такий спосіб.

З початку координат проводять промінь ОКпід довільним кутом до осі абсцис (рекомендується приймати = 15 ... 20 °). Далі з початку координат проводять промені ОД та ОЕ під певними кутами та до осі ординат. Ці кути визначають із співвідношень

0.46 = 25 °, (3.13)

Політропу стиснення будують за допомогою променів ОК та ОД. З точки З проводять горизонталь до перетину з віссю ординат; з точки перетину - лінію під кутом 45° до вертикалі до перетину з променем ОД, та якщо з цієї точки - другу горизонтальну лінію, паралельну осі абсцис.

Потім з точки проводять вертикальну лінію до перетину з променем ОК. З цієї точки перетину під кутом 45 ° до вертикалі проводимо лінію до перетину з віссю абсцис, а з цієї точки - другу вертикальну лінію, паралельну осі ординат, до перетину з другою горизонтальною лінією. Точка перетину цих ліній буде проміжною точкою 1 політропи стиснення. Точку 2 знаходять аналогічно, приймаючи точку 1 початок побудови.

Політропу розширення будують за допомогою променів ОК і ОЕ, починаючи від точки Z", аналогічно до побудови політропи стиснення.

Критерієм правильності побудови політропи розширення є прихід її раніше нанесену точку b.

Слід мати на увазі, що побудова кривої політропи розширення слід починати з точки z, а не z ..

Після побудови політропи стиснення та розширення виробляють

заокруглення індикаторної діаграми з урахуванням попередження відкриття випускного клапана, випередження запалення та швидкості наростання тиску, а також наносять лінії впуску та випуску. Для цієї мети під віссю абсцис проводять на довжині ходу поршня S як на діаметрі півколо радіусом R=S/2. З геометричного центру Оґ у бік н.м.т. відкладається відрізок

де L- Довжина шатуна, вибирається з табл. 7 або за прототипом.

Промінь Про 1.З 1 проводять під кутом Qо =, 30° відповідним куту

випередження запалення ( Qо= 20 ... 30 ° до в.м.т.), а точку З 1 зносять на

політропу стиснення, отримуючи точку c1.

Для побудови ліній очищення та наповнення циліндра відкладають промінь Про 1?У 1 під кутом g= 66 °. Цей кут відповідає куту попереднього відкриття випускного клапана або випускних вікон. Потім проводять вертикальну лінію до перетину з політропою розширення (точка b 1?).

З точки b 1. проводять лінію, що визначає закон зміни

тиску на ділянці індикаторної діаграми (лінія b 1.s). Лінія аs,

характеризує продовження очищення та наповнення циліндра, може

бути проведена прямою. Слід зазначити, що точки s. b 1. можна також

знайти за величиною втраченої частки ходу поршня y.

as=y.S. (3.16)

Індикаторна діаграма двотактних двигунівтак само, як і двигунів з наддувом, завжди лежить вище за лінію атмосферного тиску.

У індикаторної діаграмидвигуна з наддувом лінія впуску може бути вищою за лінію випуску.

Дослідження роботи реального поршневого двигунадоцільно проводити за діаграмою, в якій дається зміна тиску в циліндрі в залежності від положення поршня за весь

цикл. Таку діаграму, зняту за допомогою спеціального пристрою індикатора, називають індикаторною діаграмою. Площа замкнутої фігури індикаторної діаграми зображує у певному масштабі індикаторну роботу газу за цикл.

На рис. 7.6.1 зображено індикаторну діаграму двигуна, що працює зі швидким згорянням палива при постійному обсязі. Як пальне для цих двигунів застосовують легке паливо бензин, світильний або генераторний газ, спирти та ін.

При ході поршня з лівого мертвого положення в крайнє праве через клапан, що всмоктує, засмоктується горюча суміш, що складається з пар і дрібних частинок палива і повітря. Цей процес зображується на діаграмі кривої 0-1, яка називається лінією всмоктування. Очевидно, лінія 0-1 не є термодинамічний процес, так як в ньому основні параметри не змінюються, а змінюються тільки маса і об'єм суміші в циліндрі. При зворотному русі поршня всмоктувальний клапан закривається, відбувається стиснення горючої суміші. Процес стиску на діаграмі зображується кривою 1-2, яка називається лінією стиснення. У точці 2, коли поршень ще трохи не дійшов до лівого мертвого становища, відбувається запалення горючої суміші електричної іскри. Згоряння горючої суміші відбувається майже миттєво, тобто практично при постійному обсязі. Цей процес на діаграмі зображується кривою 2-3. В результаті згоряння палива температура газу різко зростає та тиск збільшується (точка 3). Потім продукти горіння розширюються. Поршень переміщається у праве мертве становище, і гази роблять корисну роботу. На індикаторній діаграмі процес розширення зображується кривою 3-4, яка називається лінією розширення. У точці 4 відкривається вихлопний клапан, тиск у циліндрі падає майже до зовнішнього тиску. При подальшому русі поршня праворуч наліво з циліндра видаляються продукти згоряння через вихлопний клапан при тиску, що дещо перевищує атмосферний тиск. Цей процес зображується на кривій діаграмі 4-0 і називається лінією вихлопу.

Розглянутий робочий процес відбувається за чотири ходи поршня (такту) або за два обороти валу. Такі двигуни називаються чотиритактними.

З опису роботи процесу реального двигунавнутрішнього згоряння зі швидким згорянням палива при постійному обсязі видно, що він не є замкнутим. У ньому є всі ознаки незворотних процесів: тертя, хімічні реакції у робочому тілі, кінцеві швидкості поршня, теплообмін при кінцевої різниці температур тощо.

Розглянемо ідеальний термодинамічний цикл двигуна з ізохорним підведенням кількості теплоти (v=соnst), що складається з двох ізохор та двох адіабат.

На рис. 70.2 і 70.3 представлений цикл - і - діаграмах, який здійснюється наступним чином.

Ідеальний газз початковими параметрами і стискається по адіабаті 1-2 до точки 2. По ізохор 2-3 робочому тілу повідомляється кількість теплоти. Від точки 3 робоче тіло розширюється по адіабаті 3-4. Нарешті, по ізохоре 4-1 робоче тіло повертається в початковий стан, при цьому відводиться кількість теплоти теплоприймач. Характеристиками циклу є ступінь стиснення та ступінь підвищення тиску.

Визначаємо термічний ККД цього циклу, вважаючи, що теплоємність та величина постійні:

Кількість підведеної теплоти, а кількість відведеної теплоти.

Тоді термічний ККД циклу

Мал. 7.6.2 Мал. 7.6.3

Термічний ККД циклу з підведенням кількості теплоти при постійному обсязі

. (7.6.1) (17:1)

З рівняння (70.1) випливає, що термічний ККД такого циклу залежить від ступеня стиснення та показника адіабати або від природи робочого тіла. ККД збільшується зі зростанням та . Від ступеня підвищення тиску термічний ККД не залежить.

З урахуванням – діаграми (рис. 70.3) ККД визначаємо із співвідношення площ:

= (пл. 6235-пл. 6145)/пл. 6235 = пл. 1234/пл. 6235.

Дуже наочно можна проілюструвати залежність ККД від збільшення на діаграмі (рис. 7.70.3).

При рівності площ підведеної кількості теплоти у двох циклах (пл. 67810 = пл. 6235), але при різних ступенях стиску ККД буде більше у циклу з більшим ступенем стиснення, так як теплоприймач відводиться менша кількість теплоти, тобто пл. 61910<пл. 6145.

Однак збільшення ступеня стиснення обмежується можливістю передчасного самозаймання горючої суміші, що порушує нормальну роботу двигуна. Крім того, при високих ступенях стиснення швидкість згоряння суміші різко зростає, що може викликати детонацію (вибухове горіння), яка різко знижує економічність двигуна і може призвести до поломки деталей. Тому для кожного палива має застосовуватись певний оптимальний ступінь стиснення. Залежно від роду палива ступінь стиску в двигунах, що вивчаються, змінюється від 4 до 9.

Таким чином, дослідження показують, що у двигунах внутрішнього згоряння з підведенням кількості теплоти при постійному обсязі не можна застосовувати високі ступені стиснення. У зв'язку з цим двигуни, що розглядаються, мають відносно низькі ККД.

Теоретична корисна питома робота робочого тіла залежить від взаємного розташування процесів розширення та стиснення робочого тіла. Збільшення середньої різниці тисків між лініями розширення та стиску дозволяє зменшити розміри циліндра двигуна. Якщо позначити середній тиск через те теоретична корисна питома робота робочого тіла складе

Тиск називають середнім індикаторним тиском (або середнім цикловим тиском), тобто це умовний постійний тиск, під дією якого поршень протягом одного ходу здійснює роботу, рівну роботі всього теоретичного циклу.

Цикл із підведенням кількості теплоти в процесі

Вивчення циклів із підведенням кількості теплоти при постійному обсязі показало, що для підвищення економічності двигуна, що працює за цим циклом, необхідно застосовувати високі ступені стиснення. Але це збільшення обмежується температурою самозаймання горючої суміші. Якщо ж робити роздільне стиснення повітря та палива, то це обмеження відпадає. Повітря при великому стисканні має настільки високу температуру, що паливо, що подається в циліндр, самозаймається без будь-яких спеціальних запальних пристосувань. І нарешті, роздільне стиснення повітря та палива дозволяє використовувати будь-яке рідке важке та дешеве паливо – нафту, мазут, смоли, кам'яновугільні олії та ін.

Такі високі переваги мають двигуни, що працюють з поступовим згорянням палива при постійному тиску. Вони повітря стискається в циліндрі двигуна, а рідке паливо розпорошується стисненим повітрям від компресора. Роздільний стиск дозволяє застосовувати високі ступені стиснення (до ) і виключає передчасне самозаймання палива. Процес горіння палива при постійному тиску забезпечується відповідним регулюванням паливної форсунки. Створення такого двигуна пов'язують з ім'ям німецького інженера Дизеля, який вперше розробив конструкцію такого двигуна.

Розглянемо ідеальний цикл двигуна з поступовим згорянням палива при постійному тиску, тобто цикл із підведенням кількості теплоти при постійному тиску. На рис. 70.4 і 70.5 зображений цей цикл і діаграмах. Здійснюється він в такий спосіб. Газоподібне робоче тіло з початковими параметрами , стискається по адіабаті 1-2; потім тілу по ізобарі 2-3 повідомляється кілька теплоти. Від точки 3 робоче тіло розширюється по адіабаті 3-4. І нарешті, по ізохоре 4-1 робоче тіло повертається в початковий стан, при цьому теплоприймач відводиться теплота .

Характеристиками циклу є ступінь стиснення та ступінь попереднього розширення.

Визначимо термічний ККД циклу, вважаючи, що теплоємності та їх відношення постійні:

Кількість підведеної теплоти

кількість відведеної теплоти

Термічний ККД циклу

Мал. 7.6.4 Мал. 7.6.5

Середній індикаторний тиск у циклі з підведенням теплоти визначається з формули

Середній індикаторний тиск збільшується зі зростанням та .

Цикл з підведенням кількості теплоти в процесі при , або цикл зі змішаним підведенням кількості теплоти.

Двигуни з поступовим згорянням палива мають деякі недоліки. Одним із них є наявність компресора, що застосовується для подачі палива, на роботу якого витрачається 6–10% від загальної потужності двигуна, що ускладнює конструкцію та зменшує економічність двигуна. Крім того, необхідно мати складні пристрої насоса, форсунки тощо.

Прагнення спростити та покращити роботу таких двигунів призвело до створення безкомпресорних двигунів, у яких паливо механічно розпорошується при тисках 50-70 МПа. Проект безкомпресорного двигуна високого стиску зі змішаним підведенням кількості теплоти розробив російський інженер Г. В. Трінклер. Цей двигун позбавлений недоліків обох типів розібраних двигунів. Рідке паливо паливним насосом подається через паливну форсунку в головку циліндра у вигляді дрібних крапельок. Потрапляючи в нагріте повітря, паливо спалахує і горить протягом усього періоду, поки відкрита форсунка: спочатку при постійному обсязі, а потім при постійному тиску.

Ідеальний цикл двигуна зі змішаним підведенням кількості теплоти зображений у – та – діаграмах на рис. 70.6 та 70.7.

.

Визначимо термічний ККД циклу за умови, що теплоємності і показник адіабати постійні:

Перша частка підведеної кількості теплоти

Друга частка підведеної кількості теплоти

Кількість відведеної теплоти

За результатами досліджень будують графіки залежності дебіту свердловини від забійного тиску Р заб або від депресії (Р пл -Р заб), які називаються індикаторними діаграмами (ІД).

Індикаторні діаграми (ІД) видобувних свердловинрозташовуються нижче осі абсцис, а водонагнітальних- вище за цю осі.

Обидві індикаторні діаграми (Q = f(Р заб) і Q = f()) будують у випадках, коли свердловини експлуатуються при порівняно великих депресіях (понад 0,5...1,0 МПа). Помилки вимірювань при цьому зазвичай не призводять до великого розкиду точок при побудові ВД в координатах Q = f(Р заб) (тим більше Q = f()).

При малих депресіях (порядку 0,2 ... 0,3 МПа) розкид точок може бути настільки великим, що індикаторну діаграму координат Q = f (Р заб) побудувати не вдається. У цих випадках кожному режимі слід вимірювати і Р заб, і Р пл, а індикаторну діаграму будувати в координатах Q = f(). Депресія, обумовлена ​​кожному режимі, має меншу відносну помилку, ніж Р заб, т.к. при вимірах за один спуск приладу абсолютні помилки Р пл і Р заб приблизно однакові і тому на різницю = Р пл Р заб майже не впливають. Або використовують не глибинні манометри, а глибинні диференціальні манометри.

Якщо процес фільтрації рідини в пласті підпорядковується лінійному закону, тобто індикаторна лінія має вигляд прямої, залежність дебіту гідродинамічно досконалої свердловини від депресії на вибої описується формулою Дюпюї

де Q - об'ємний дебіт свердловини у пластових умовах; Р пл - середній тиск на круговому контурі радіуса R до.

Мал. 5.2. Індикаторна діаграма Q=f(Р заб)

Вважається, що тиск на вибої через деякий час після зупинки свердловини стає приблизно рівним середньому пластовому тиску, що встановився на круговому контурі з радіусом, що дорівнює половині середньої відстані між досліджуваною свердловиною і сусідніми, що її оточують.

Q=f(Р заб) призначена для оцінки величини пластового тиску, який можна визначити шляхом продовження індикаторної лінії до перетину з віссю ординат (Рис. 5.2). Це відповідає нульовому дебіту, тобто свердловина не працює і Р заб Р пл = Р к.

Індикаторна діаграма Q=f() будується визначення коефіцієнта продуктивності свердловин До.

У межах справедливості лінійного закону фільтрації рідини, тобто при лінійній залежності Q = f (), коефіцієнт продуктивності є величиною постійної і Мал. 5.3 Індикаторна діаграма Q = f()

чисельно дорівнює тангенсу кута нахилу індикаторної лінії до осі дебітів (осі абсцис). По коефіцієнту продуктивності свердловин, визначеному методом відборів, що встановилися, можна обчислити також інші параметри пласта.

Звідки коефіцієнт гідропровідності

І проникність пласта у привибійній зоні

Наведені вище формули справедливі для випадку дослідження гідродинамічно досконалої свердловини (що розкрила пласт на всю його товщину і має відкриті забій) і величні, що вимірюються (дебіт, динамічна в'язкість та ін) приведені до пластових умов.

Реальні індикаторні діаграми не завжди виходять прямолінійними (Мал. 5.4). Викривлення індикаторної діаграми характеризує характер фільтрації рідини у привибійній зоні пласта.

Мал. 5.4. Індикаторні криві при фільтрації за пластом однофазної рідини: 1 - фільтрація, що встановилася, за лінійним законом Дарсі; 2- фільтрація, що не встановилася, або фільтрація з порушенням лінійного закону Дарсі при великих Q; 3 – нелінійний закон фільтрації.

Викривлення індикаторної лінії у бік осі P (рис. 5.4, крива 2) означає збільшення фільтраційних опорів порівняно з випадком фільтрації згідно із законом Дарсі. Це пояснюється трьома причинами:

1. Перевищення швидкості фільтрації в ПЗП критичних швидкостей при яких лінійний закон Дарсі порушується (V>V кр)

2. Утворенням навколо свердловини області двофазної (нафта + газ) фільтрації при Р заб<Р нас. Чем меньше Р заб, тем больше радиус этой области.

3. Зміни проникності та розкритості мікротріщин у породі при зміні внутрішньопластового тиску внаслідок зміни Рзаб.

Викривлення ВД у бік осі Q (рис. 5.4, крива 3) пояснюється двома причинами:

1) неякісні виміри під час проведення досліджень;

2) неодноразовим вступом у роботу окремих прошарків або пропластків.

Продуктивні пласти, зазвичай, неоднорідні. Глибинні дебітограми для них:

Площа заштрихованого прямокутника прямо пропорційна до дебіту кожного пропластка. Зі зменшенням Р заб (тобто зі зростанням P=Р пл -Р заб) росте працююча товщина пласта (h еф.), звідки за формулою Дюпюї росте Q (рис 5.4, крива 3). Помилка визначення пластового тиску може призвести до викривлення початкової ділянки індикаторної діаграми, побудованої в координатах Q=f().

Мал. 5.5. Індикаторна діаграма: 2 - вимірюваний пластовий тиск відповідає фактичному; 1, 3 - заміряний пластовий тиск відповідно завищено та занижено проти фактичного.

Очевидно, якщо заміряний пластовий тиск виявиться вищим за фактичний, то побудована індикаторна діаграма (рис. 5.5, крива 1) буде розташовуватися нижче за фактичну. При цьому фактичні точки розташовуватимуться паралельно, але вище побудованих за вимірюваними значеннями. Екстраполяція на початок координат створює видимість викривлення індикаторної кривої до осі депресії.

Якщо заміряний пластовий тиск виявиться нижчим за фактичний, то індикаторна діаграма у своїй початковій ділянці при екстраполяції його на початок координат може стати опуклою до осі дебітів (рис. 5.5, крива 3 ). Це може призвести дослідника до висновку, що вся крива має опуклий до осі дебітів вигляд. Для випадку викривлення індикаторної лінії у бік осі депресій (Рис. 5.6 а) при порушенні лінійного закону фільтрації швидкість фільтрації поблизу перфораційних отворів стає настільки великою, що числа Рейнольдса перевищують критичні. Рівняння індикаторної лінії записують у вигляді:

а саму індикаторну діаграму індикаторну лінію для її спрямування зображують у координатах

де аі b- Постійні чисельні коефіцієнти.

Отримаємо індикаторну пряму в координатах Др/ Q=f(Q) відсікає на осі ординат відрізок, рівний а , з тангенсом кута нахилу до осі Q , рівним b (Рис. 5.6, б). У цьому випадку коефіцієнт продуктивності До є величиною змінної, що залежить від дебіту свердловини.

Мал. 5.6 Індикаторна діаграма при нелінійному законі фільтрації: а – ВД у координатах Др – Q; б - ВД в координатах Др/Q - Q.

Відрізок а , що відсікається на осі ординат може бути виражений як

де, (з 1 і з 2 - фільтраційні опори, зумовлені недосконалістю свердловини за ступенем і характером розтину).

По відрізку а , що відсікається на осі Др/ Q , знаходяться гідропровідність та проникність пласта

Коефіцієнт b залежить від конструкції вибою свердловини.

ДІЙСНІ ЦИКЛИ ДВС

Відмінність дійсних циклів чотиритактних двигунів від теоретичних

Найбільший ККД можна теоретично отримати лише в результаті використання термодинамічного циклу, варіанти якого були розглянуті у попередньому розділі.

Найважливіші умови протікання термодинамічних циклів:

· Незмінність робочого тіла;

· відсутність будь-яких теплових та газодинамічних втрат, крім обов'язкового відведення теплоти холодильником.

У реальних поршневих ДВЗ механічна робота виходить у результаті протікання дійсних циклів.

Дійсним циклом двигуна називається сукупність теплових, хімічних і газодинамічних процесів, що періодично повторюються, в результаті яких термохімічна енергія палива перетворюється в механічну роботу.

Дійсні цикли мають такі важливі відмінності від термодинамічних циклів:

Дійсні цикли є розімкненими, і кожен із них здійснюється з використанням своєї порції робочого тіла;

Замість підведення теплоти у дійсних циклах відбувається процес згоряння, що протікає з кінцевими швидкостями;

Змінюється хімічний склад робочого тіла;

Теплоємність робочого тіла, що представляє собою реальні гази хімічного складу, що змінюється, в дійсних циклах постійно змінюється;

Йде постійний теплообмін між робочим тілом і оточуючими його деталями.

Все це призводить до додаткових втрат теплоти, що веде до зниження ККД дійсних циклів.

Індикаторна діаграма

Якщо термодинамічні цикли зображують залежність зміни абсолютного тиску ( р) від зміни питомого обсягу ( υ ), то дійсні цикли зображуються як залежності зміни тиску ( р) від зміни обсягу ( V) (згорнута індикаторна діаграма) або зміни тиску від кута повороту колінчастого валу (φ), яка називається розгорнутою індикаторною діаграмою.

На рис. 1 і 2 показані згорнута та розгорнута індикаторні діаграми чотиритактних двигунів.

Розгорнуту індикаторну діаграму можна отримати експериментально за допомогою спеціального приладу - індикатора тиску. Індикаторні діаграми можна отримати і розрахунковим шляхом на основі теплового розрахунку двигуна, але менш точні.

Мал. 1. Згорнута індикаторна діаграма чотиритактного двигуна
із примусовим займанням

Мал. 2. Розгорнута індикаторна діаграма чотиритактного дизеля

Індикаторні діаграми використовуються для вивчення та аналізу процесів, що протікають у циліндрі двигуна. Так, наприклад, площа згорнутої індикаторної діаграми, обмежена лініями стиснення, згоряння та розширення, відповідає корисній або індикаторній роботі L i дійсного циклу. Величиною індикаторної роботи характеризується корисний ефект дійсного циклу:

, (3.1)

де Q 1- кількість підведеної у дійсному циклі теплоти;

Q 2- теплові втрати дійсного циклу.

У дійсному циклі Q 1залежить від маси та теплоти згоряння палива, що вводиться в двигун за цикл.

Ступінь використання теплоти, що підводиться (або економічність дійсного циклу) оцінюють індикаторним ККД η i, який являє собою відношення теплоти, перетвореної на корисну роботу L iдо теплоти підведеного в двигун палива Q 1:

, (3.2)

З урахуванням формули (1) формулу (2) індикаторного ККД можна записати так:

, (3.3)

Отже, тепловикористання у цьому циклі залежить від величини теплових втрат. У сучасних ДВС ці втрати становлять 55 -70%.

Основні складові теплових втрат Q 2:

Втрати теплоти з газами, що відпрацювали, в навколишнє середовище;

Втрата теплоти через стінки циліндра;

Неповнота згоряння палива через місцеву нестачу кисню в зонах горіння;

Витік робочого тіла з робочої порожнини циліндра через нещільність прилеглих деталей;

Передчасний випуск газів, що відпрацювали.

Для порівняння ступеня використання теплоти в дійсних та термодинамічних циклах використовують відносний ККД

.

У автомобільних двигунах η o від 0,65 до 0,8.

Дійсний цикл чотиритактного двигуна відбувається за два обороти колінчастого валу і складається з наступних процесів:

Газообмін - впуск свіжого заряду (див. рис. 1, крива frak) та випуск відпрацьованих газів (крива b"b"rd);

Стиснення (крива акс "с");

Згоряння (крива c"c"zz");

Розширення (крива z "b"b").

При впускі свіжого заряду поршень рухається, звільняючи над собою об'єм, що заповнюється сумішшю повітря з паливом у карбюраторних двигунах та чистим повітрям у дизелях.

Початок впуску визначається відкриттям впускного клапана (точка f), кінець впуску - його закриттям (точка k). Початок та кінець випуску відповідають відкриття та закриття випускного клапана відповідно у точках b"і d.

Чи не заштрихована зона b"bb"на індикаторній діаграмі відповідає втраті індикаторної роботи внаслідок падіння тиску в результаті відкриття випускного клапана до приходу поршня НМТ (попередження випуску).

Стиснення фактично здійснюється з моменту закриття впускного клапана (крива k-с"). До закриття впускного клапана (крива а-k) тиск у циліндрі залишається нижче атмосферного ( p 0).

Наприкінці процесу стиснення паливо спалахує (точка с") і швидко згоряє з різким наростанням тиску (точка z).

Так як займання свіжого заряду відбувається не в ВМТ, і згоряння протікає при переміщенні поршня, що триває, розрахункові точки зі zне відповідають реальним процесам стиснення і згоряння. В результаті площа індикаторної діаграми (заштрихована зона), а значить і корисна робота циклу менше термодинамічної або розрахункової.

Запалення свіжого заряду в бензинових та газових двигунах здійснюється від електричного розряду між електродами іскрової свічки.

У дизелях паливо спалахує за рахунок теплоти нагрітого від стиснення повітря.

Газоподібні продукти, що утворилися в результаті згоряння палива, створюють тиск на поршень, внаслідок чого відбувається такт розширення або робочий хід. При цьому енергія теплового розширення газу перетворюється на механічну роботу.

Основна відмінність 2-тактного двигуна від 4-тактного полягає в способі газообміну - очищення циліндра від продуктів згоряння та заряджання його свіжим повітрям або гарячою сумішшю.

Пристрої газорозподілу 2-тактних двигунів – щілини у втулці циліндра, що перекриваються поршнем, та клапани або золотники.

Робочий цикл:

Після згоряння палива починається процес розширення газів (робочий перебіг). Поршень рухається до нижньої мертвої точки (НМТ). В кінці процесу розширення поршень 1 відкриває впускні щілини (вікна) 3 (точка b) або відкриваються випускні клапани, повідомляючи порожнину циліндра через вихлопну трубу з атмосферою. При цьому частина продуктів згоряння виходить із циліндра і тиск у ньому падає до тиску продувного повітря Pd. У точці d поршень відкриває продувні вікна 2, через які циліндр подається суміш палива з повітрям під тиском 1,23-1,42 бар. Подальше падіння уповільнюється, т.к. в циліндр надходить повітря. Від точки d до НМТ одночасно відкриті випускні та продувні вікна. Період, протягом якого одночасно відкриті продувні та випускні вікна, називається продуванням. У цей період циліндр наповнюється сумішшю повітря, а продукти згоряння витісняються із нього.

Другий такт відповідає ходу поршня від нижньої до верхньої мертвої точки. На початку ходу продовжується процес продування. Точка f – кінець продування – закриття впускних вікон. У точці а закриваються випускні вікна і починається процес стиснення. Тиск у циліндрі до кінця зарядки дещо вищий за атмосферний. Воно залежить від тиску продувного повітря. З моменту закінчення продування та повного перекриття випускних вікон починається процес стиснення. Коли поршень не доходить на 10-30град по куту поволрота колін.вала до ВМТ (точка з /), в циліндр через форсунку подається паливо або проводиться запалення суміші і цикл повторюється.

При однакових розмірах циліндра та частоті обертання потужність 2-тактного значно більша, в 1,5-1,7 раза.

Середній тиск теоретичної діаграми ДВЗ.

Середній індикаторний тиск ДВЗ.

Це такий умовно постійний тиск, який, діючи на поршень, робить роботу, рівну внутрішній роботі газу протягом усього робочого циклу.

Графічно p i у певному масштабі дорівнює висоті прямокутника mm / hh / , за площею рівної площі діаграми і має ту ж довжину.

f-площа індикаторної діаграми (мм 2)

l-довжина інд.діаграми - mh

k p - масштаб тиску (Па/мм)

Середній ефективний тиск ДВЗ.

Це добуток механічного ккд на середній індикаторний тиск.

Де η хутро = N e / N i. При нормальному режимі роботи хутро =0,7-0,85.

Механічний ККД ДВЗ.

η хутро =N e /N i

Відношення ефективної потужності до індикаторної.

При нормальному режимі роботи хутро =0,7-0,85.

Індикаторна потужність ДВЗ.

Інд. потужність двигуна, що отримується всередині уіліндра, може бути визначена за допомогою індикаторної діаграми, що знімається спеціальним приладом - індикатором.

Потужність - робота, що здійснюється робочим тілом в циліндрі двигуна в од.

Потужність одного циліндра -

k-кратність двигуна

V-робочий об'єм циліндра

n-число робочих ходів.

Ефективна потужність ДВЗ.

Корисно використовувана потужність, що знімається з колін.

N e =N i -N тр

N тр – сума втрат потужності на тертя між деталями двигуна, що рухаються, і на приведення в дію допоміжних механізмів (насосів, генератора, вентилятора та ін.)

Визначення еф. потужності двигуна в лабораторних умовах або при стендових випробуваннях виробляють за допомогою спец.гальмівних пристроїв - механічних, гідравлічних або електричних.