Характеристики двигателей внутреннего сгорания

Порядок и основы расчета действительного рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания

Расчет действительного цикла двигателя внутреннего сгорания начинается с определения характеристик рабочего тела.

При расчете процессов газообмена определяются параметры окружающей среды и остаточных газов.

При расчете процесса впуска определяются изменение температуры и плотность свежего заряда на впуске, потери давления из-за сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре и, как результат, давление в конце впуска. Кроме того, определяются параметры, характеризующие качество очистки цилиндра от продуктов сгорания и совершенство организации процесса наполнения. Качество очистки цилиндра от продуктов сгорания характеризуется отношением количества остаточных газов к количеству свежего заряда, заполнившего цилиндр после окончания процесса впуска. Это отношение называется коэффициентом остаточных газов. С увеличением коэффициента остаточных газов уменьшается количество свежего заряда, поступающего в цилиндр в процессе впуска. Совершенство организации процесса наполнения оценивается коэффициентом наполнения. Расчет процесса впуска завершается определением температуры рабочего тела внутри цилиндра в конце впуска.

Расчет процесса сжатия сводится к определению среднего показателя политропы сжатия n ₁, параметров конца сжатия (давления p_с и температуры T_с) и теплоемкости рабочего тела в конце сжатия .

Процесс сгорания – основной процесс рабочего цикла двигателя, в течение которого теплота, выделяющаяся вследствие сгорания топлива, идет на повышение внутренней энергии рабочего тела и на совершение механической работы. Целью расчета процесса сгорания является определение температуры и давления в конце видимого сгорания.

Расчет процесса расширения сводится к определению среднего показателя политропы расширения n ₂ и параметров рабочего тела (давления p_b и температуры T_b)в конце процесса расширения.

В расчете процесса выпуска проверяется точность выбора величин температуры и давления остаточных газов и вычисляется погрешность расчета.

Затем определяются индикаторные параметры рабочего цикла, эффективные показатели двигателя и основные параметры цилиндра и двигателя.

Расчет действительного рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания завершается построением индикаторной диаграммы в координатах p – V, иллюстрирующей зависимость давления рабочего тела от объема надпоршневого пространства для различных процессов, протекающих в цилиндре двигателя во время реализации действительного цикла.

Характеристики двигателей внутреннего сгорания

Транспортные двигатели работают в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов, а также в условиях их частого изменения. Под режимом работы двигателя понимается совокупность параметров рабочего процесса, факторов внешней среды и внешней нагрузки, обеспечивающих двигателю определенные мощностные, экономические и экологические показатели. Для оценки эффективности функционирования двигателя при его работе на различных режимах и при различных значениях регулировочных параметров служат характеристики двигателя.

Характеристики двигателя выражают зависимость его показателей от одного или нескольких режимных или регулировочных параметров при постоянстве некоторых других параметров. По характеристикам двигателя оценивают его эксплуатационные свойства, степень конструктивного совершенства, эффективность вносимых в двигатель изменений при доводке рабочего процесса, правильность регулировок, а также соответствие двигателя тому или иному назначению. Характеристики двигателя обычно определяют на установившихся режимах. В зависимости от параметра, принимаемого в качестве независимой переменной, различают регулировочные, нагрузочные и скоростные характеристики.

Регулировочная характеристика – зависимость основных показателей двигателя от значения одного или нескольких регулировочных параметров при постоянной частоте вращения коленчатого вала.

Нагрузочная характеристика – зависимость основных показателей двигателя от одного из параметров, характеризующих его нагрузку (N_e, M _к, p_e), при постоянной частоте вращения.

Скоростная характеристика – зависимость основных показателей двигателя (мощности, крутящего момента, расходов топлива и др.) от частоты вращения коленчатого вала при неизменном положении органа управления двигателем.

Наибольшее значение имеет внешняя скоростная характеристика, которая определяется в дизелях при полной подаче топлива, а в бензиновых двигателях – при полном открытии дросселя. Эта характеристика позволяет анализировать мощностные, экономические, динамические, эксплуатационные показатели при работе двигателя с полной нагрузкой.

Пример внешней скоростной характеристики дизеля представлены на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Внешняя скоростная характеристика дизеля

Скоростные характеристики, снятые при промежуточном положении органа управления двигателем, называются частичными. Частный случай скоростной характеристики – характеристика холостого хода.