TATSÄCHLICHE EISZYKLEN

Der Unterschied zwischen tatsächlichen und theoretischen Viertaktmotorzyklen

Der höchste Wirkungsgrad kann theoretisch nur durch die Verwendung eines thermodynamischen Kreisprozesses erreicht werden, dessen Möglichkeiten im vorherigen Kapitel besprochen wurden.

Die wichtigsten Bedingungen für das Auftreten thermodynamischer Kreisläufe:

· Konstanz des Arbeitsmediums;

· Fehlen jeglicher thermischer und gasdynamischer Verluste, mit Ausnahme der obligatorischen Wärmeabfuhr durch den Kühlschrank.

Bei realen Kolben-Verbrennungsmotoren wird mechanische Arbeit durch tatsächliche Zyklen gewonnen.

Der eigentliche Motorzyklus besteht aus einer Reihe sich periodisch wiederholender thermischer, chemischer und gasdynamischer Prozesse, durch die die thermochemische Energie des Kraftstoffs umgewandelt wird mechanische Arbeit.

Gültige Zyklen sind die folgenden grundlegende Unterschiede aus thermodynamischen Kreisläufen:

Echte Kreisläufe sind offen und jeder von ihnen wird mit einem eigenen Teil des Arbeitsmediums ausgeführt;

Anstelle der Zufuhr von Wärme findet in tatsächlichen Kreisläufen ein Verbrennungsprozess statt, der mit endlichen Geschwindigkeiten abläuft;

Die chemische Zusammensetzung des Arbeitsmediums ändert sich;

Die Wärmekapazität des Arbeitsmediums, bei dem es sich um echte Gase handelt, verändert sich chemische Zusammensetzung, in realen Zyklen ändert sich ständig;

Zwischen dem Arbeitsmedium und den es umgebenden Teilen findet ein ständiger Wärmeaustausch statt.

All dies führt zu zusätzlichen Wärmeverlusten, was wiederum zu einer Verringerung der Effizienz tatsächlicher Kreisläufe führt.

Indikatordiagramm

Wenn thermodynamische Zyklen die Abhängigkeit von Änderungen des absoluten Drucks darstellen ( R) aus Änderungen des spezifischen Volumens ( υ ), dann werden die tatsächlichen Zyklen als Druckänderungen dargestellt ( R) aus Volumenänderungen ( V) (komprimiertes Indikatordiagramm) oder Druckänderungen aus dem Kurbelwellenwinkel (φ), was als erweitertes Indikatordiagramm bezeichnet wird.

In Abb. 1 und 2 zeigen zusammengeklappte und erweiterte Anzeigediagramme von Viertaktmotoren.

Ein erweitertes Indikatordiagramm kann experimentell mit erhalten werden spezielles Gerät- Druckanzeige. Indikatordiagramme können auch rechnerisch auf Basis der thermischen Berechnung des Motors ermittelt werden, sind jedoch weniger genau.

Reis. 1. Reduziertes Anzeigediagramm eines Viertaktmotors
mit Fremdzündung

Reis. 2. Erweitertes Anzeigediagramm eines Viertakt-Dieselmotors

Mithilfe von Indikatordiagrammen werden die im Motorzylinder ablaufenden Prozesse untersucht und analysiert. So entspricht beispielsweise die durch die Kompressions-, Verbrennungs- und Expansionslinien begrenzte Fläche des gefalteten Indikatordiagramms der Nutz- oder Indikatorarbeit Li des tatsächlichen Zyklus. Die Größe der Indikatorarbeit charakterisiert die positive Wirkung des tatsächlichen Zyklus:

, (3.1)

Wo F 1- die im tatsächlichen Kreislauf zugeführte Wärmemenge;

F 2- Wärmeverluste des eigentlichen Kreislaufs.

In einem echten Kreislauf F 1 hängt von der Masse und der Verbrennungswärme des pro Zyklus in den Motor eingeführten Kraftstoffs ab.

Der Nutzungsgrad der zugeführten Wärme (bzw. der Wirkungsgrad des eigentlichen Kreislaufs) wird anhand des Indikators Wirkungsgrad η beurteilt ich, das ist das Verhältnis der umgewandelten Wärme nützliche Arbeit L ich, zur Wärme des dem Motor zugeführten Kraftstoffs F 1:

, (3.2)

Unter Berücksichtigung von Formel (1) kann Formel (2) der Indikatoreffizienz wie folgt geschrieben werden:

, (3.3)

Folglich hängt die Wärmenutzung in einem tatsächlichen Zyklus von der Höhe des Wärmeverlusts ab. IN moderne Verbrennungsmotoren diese Verluste betragen 55–70 %.

Hauptkomponenten der Wärmeverluste F 2:

Wärmeverlust durch Abgase in Umfeld;

Wärmeverlust durch die Zylinderwände;

Unvollständige Verbrennung des Kraftstoffs aufgrund lokaler Sauerstoffmangel in den Verbrennungszonen;

Austreten von Arbeitsflüssigkeit aus dem Arbeitshohlraum des Zylinders aufgrund von Undichtigkeiten benachbarter Teile;

Vorzeitige Freisetzung von Abgasen.

Um den Grad der Wärmenutzung in realen und thermodynamischen Kreisläufen zu vergleichen, wird der relative Wirkungsgrad verwendet

.

IN Automotorenη o von 0,65 bis 0,8.

Der eigentliche Zyklus eines Viertaktmotors läuft in zwei Umdrehungen der Kurbelwelle ab und besteht aus folgenden Prozessen:

Ladungswechsel – Frischladungseinlass (siehe Abb. 1, Kurve). Frak) und Abgasfreisetzung (Kurve b"b"rd);

Komprimierung (Kurve акс"с");

Verbrennung (Kurve c"c"zz");

Erweiterungen (Kurve z z"b"b").

Wenn eine neue Ladung zugeführt wird, bewegt sich der Kolben und gibt darüber ein Volumen frei, das bei Vergasermotoren mit einem Gemisch aus Luft und Kraftstoff und bei Dieselmotoren mit sauberer Luft gefüllt ist.

Der Beginn der Einnahme wird durch die Öffnung bestimmt Einlassventil(Punkt F), das Ende des Einlasses - indem man ihn schließt (Punkt k). Der Beginn und das Ende des Ausstoßes entsprechen dem Öffnen bzw. Schließen des Auslassventils an den Punkten B" Und D.

Unschattierter Bereich b"bb" im Anzeigediagramm entspricht dem Verlust der Anzeigearbeit aufgrund eines Druckabfalls infolge des Öffnens des Auslassventils, bevor der Kolben den BDC (Vorauslass) erreicht.

Die Kompression erfolgt tatsächlich ab dem Moment, in dem das Einlassventil schließt (Kurve k-s"). Bevor das Einlassventil schließt (Kurve a-k) der Druck im Zylinder bleibt unter Atmosphärendruck ( p 0).

Am Ende des Kompressionsvorgangs entzündet sich der Kraftstoff (Punkt Mit") und brennt schnell bei starkem Druckanstieg (Punkt z).

Da die Zündung der Frischladung nicht am oberen Totpunkt erfolgt und die Verbrennung bei fortgesetzter Bewegung des Kolbens erfolgt, ist die Auslegung sinnvoll Mit Und z entsprechen nicht den tatsächlichen Prozessen der Kompression und Verbrennung. Infolgedessen ist die Fläche des Indikatordiagramms (schattierter Bereich) und damit die Nutzarbeit des Zyklus kleiner als die thermodynamische oder berechnete.

Die Zündung der Frischladung erfolgt bei Benzin- und Gasmotoren durch eine elektrische Entladung zwischen den Elektroden der Zündkerze.

Bei Dieselmotoren wird der Kraftstoff durch die Wärme der durch Kompression erhitzten Luft gezündet.

Die bei der Kraftstoffverbrennung entstehenden gasförmigen Produkte erzeugen einen Druck auf den Kolben, wodurch ein Expansionshub bzw. Arbeitshub erfolgt. Dabei wird die Energie der thermischen Ausdehnung des Gases in mechanische Arbeit umgewandelt.

Der Betriebszyklus besteht aus einer Reihe thermischer, chemischer und gasdynamischer Prozesse, die im Motorzylinder nacheinander und periodisch wiederholt werden, um die thermische Energie des Kraftstoffs in mechanische Energie umzuwandeln. Der Zyklus umfasst fünf Prozesse: Ansaugen, Verdichten, Verbrennung (Verbrennen), Expansion, Ausstoß.
Traktoren und Autos, die in der Holzindustrie und Forstwirtschaft eingesetzt werden, sind mit Diesel- und Vergaser-Viertaktmotoren ausgestattet. Forsttransportfahrzeuge sind überwiegend mit Viertakt-Dieselmotoren ausgestattet,
Während des Ansaugvorgangs wird der Motorzylinder mit frischer Ladung gefüllt, aus der gereinigte Luft entsteht Dieselmotor oder ein brennbares Gemisch aus gereinigter Luft und Kraftstoff (Gas) für einen Vergasermotor und einen Gasdieselmotor. Ein brennbares Luftgemisch mit fein zerstäubtem Brennstoff, seinen Dämpfen oder brennbaren Gasen muss die Ausbreitung der Flammenfront im gesamten Aufenthaltsraum gewährleisten.
Beim Verdichtungsprozess wird ein Arbeitsgemisch bestehend aus Frischladung und Restgasen (Vergaser- und Gasmotoren) bzw. Frischladung, zerstäubtem Kraftstoff und Restgasen (Diesel, Mehrstoff- und Benzineinspritzmotoren sowie Gasdieselmotoren) verdichtet im Zylinder.
Restgase sind Verbrennungsprodukte, die nach Abschluss des vorherigen Zyklus verbleiben und am nächsten Zyklus teilnehmen.
Bei Motoren mit äußerer Gemischbildung erfolgt der Arbeitszyklus in vier Takten: Ansaugen, Verdichten, Entspannen und Ausstoßen. Ansaughub (Abb. 4.2a). Kolben 1 erzeugt unter dem Einfluss der Drehung der Kurbelwelle 9 und der Pleuelstange 5, die sich zum UT bewegt, ein Vakuum im Zylinder 2, wodurch eine frische Ladung des brennbaren Gemisches durch die Rohrleitung 3 durch das Einlassventil 4 eindringt Zylinder 2.

Kompressionshub (Abb. 4.2b). Nach dem Befüllen des Zylinders mit frischer Ladung schließt das Einlassventil und der Kolben verdichtet beim Erreichen des oberen Totpunkts das Arbeitsgemisch. Gleichzeitig steigen Temperatur und Druck im Zylinder. Am Ende des Hubs wird das Arbeitsgemisch durch einen Funken, der zwischen den Elektroden der Zündkerze 5 entsteht, gezündet und der Verbrennungsprozess beginnt.
Expansionshub oder Krafthub (Abb. 4.2e). Durch die Verbrennung des Arbeitsgemisches entstehen Gase (Verbrennungsprodukte), deren Temperatur und Druck stark ansteigen, wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht. Unter dem Einfluss des hohen Gasdrucks bewegt sich der Kolben zum UT, dabei wird Nutzarbeit verrichtet und auf die rotierende Kurbelwelle übertragen.
Lösehub (siehe Abb. 4.2d). Während dieses Hubs wird der Zylinder von Verbrennungsprodukten gereinigt. Der Kolben, der sich durch das offene Auslassventil 6 und die Rohrleitung 7 zum oberen Totpunkt bewegt, drückt Verbrennungsprodukte in die Atmosphäre. Am Ende des Hubs liegt der Druck im Zylinder geringfügig über dem Atmosphärendruck, sodass ein Teil der Verbrennungsprodukte im Zylinder verbleibt und sich mit dem brennbaren Gemisch vermischt, das den Zylinder während des Ansaugtakts des nächsten Arbeitszyklus füllt.
Der grundlegende Unterschied zwischen dem Motorbetriebszyklus und innere Gemischbildung(Diesel, Gas-Diesel, Mehrstoff) besteht darin, dass die Kraftstoffversorgungseinrichtung des Motorantriebssystems während des Kompressionshubs fein zerstäubte Flüssigkeit einspritzt Kraftstoff, das sich mit Luft (oder einem Gemisch aus Luft und Gas) vermischt und entzündet. Durch das hohe Verdichtungsverhältnis eines Selbstzündungsmotors kann das Arbeitsgemisch im Zylinder über die Selbstentzündungstemperatur des flüssigen Kraftstoffs erhitzt werden.
Der Arbeitszyklus eines Zweitakt-Vergasermotors (Abb. 4.3) zum Starten eines Diesel-Skidders erfolgt in zwei Kolbenhüben bzw. einer Kurbelwellenumdrehung. In diesem Fall arbeitet ein Zyklus und der zweite ist Hilfszyklus. Bei einem Zweitakt-Vergasermotor gibt es keine Einlass- und Auslassventile; ihre Funktion wird von den Einlass-, Auslass- und Spülöffnungen übernommen, die durch den Kolben geöffnet und geschlossen werden, wenn er sich bewegt. Durch diese Fenster kommuniziert der Arbeitshohlraum des Zylinders mit den Einlass- und Auslassleitungen sowie mit dem abgedichteten Kurbelgehäuse des Motors.

Erstellen von Indikatordiagrammen

Indikatordiagramme werden in Koordinaten dargestellt p-V.

Der Aufbau eines Indikatordiagramms eines Verbrennungsmotors erfolgt auf Basis thermischer Berechnungen.

Zu Beginn der Konstruktion wird auf der Abszissenachse ein Segment AB angelegt, das dem Arbeitsvolumen des Zylinders entspricht und in der Größe dem Kolbenhub auf einer Skala entspricht, die je nach Kolbenhub des konstruierten Motors kann als 1:1, 1,5:1 oder 2:1 angenommen werden.

Abschnitt OA entsprechend dem Volumen der Brennkammer,

wird aus der Beziehung bestimmt:

Das Segment z"z für Dieselmotoren (Abb. 3.4) wird durch die Gleichung bestimmt

Z,Z=OA(p-1)=8(1,66-1)=5,28mm, (3,11)

Druck = 0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,07; 0,10 MPa in mm damit

Erhalten Sie eine Diagrammhöhe von 1,2...1,7 seiner Basis.

Anschließend wird entsprechend den thermischen Berechnungsdaten das Diagramm eingezeichnet

ausgewählte Skala der Druckwerte an charakteristischen Punkten a, c, z", z,

b, r. Punkt z für Benzinmotor entspricht pzT.

Anzeigediagramm eines Viertakt-Dieselmotors

Nach der gebräuchlichsten grafischen Methode von Brouwer werden Kompressions- und Expansionspolytrope wie folgt konstruiert.

Vom Ursprung wird ein Strahl gezeichnet OK in einem beliebigen Winkel zur Abszissenachse (empfohlen = 15...20°). Als nächstes werden die Strahlen OD und OE vom Koordinatenursprung in bestimmten Winkeln zur Ordinatenachse gezeichnet. Diese Winkel werden aus den Beziehungen bestimmt

0,46 = 25°, (3.13)

Das Kompressionspolytrop wird aus den Strahlen OK und OD konstruiert. Zeichnen Sie vom Punkt C aus eine horizontale Linie, bis sie die Ordinatenachse schneidet. vom Schnittpunkt - eine Linie in einem Winkel von 45° zur Vertikalen bis zum Schnittpunkt mit dem Strahl OD, und von diesem Punkt - eine zweite horizontale Linie parallel zur x-Achse.

Dann wird eine vertikale Linie vom Punkt C gezogen, bis sie den Strahl OK schneidet. Von diesem Schnittpunkt in einem Winkel von 45° zur Vertikalen zeichnen wir eine Linie, bis sie die Abszissenachse schneidet, und von diesem Punkt aus zeichnen wir eine zweite vertikale Linie parallel zur Ordinatenachse, bis sie die zweite Horizontale schneidet Linie. Der Schnittpunkt dieser Linien ist der Zwischenpunkt 1 des Kompressionspolytrops. Punkt 2 wird auf die gleiche Weise gefunden, wobei Punkt 1 als Beginn der Konstruktion genommen wird.

Das Expansionspolytrop wird aus den Strahlen OK und OE ausgehend vom Punkt Z“ konstruiert, ähnlich der Konstruktion des Kompressionspolytrops.

Das Kriterium für die korrekte Konstruktion eines Expansionspolytrops ist dessen Ankunft am zuvor eingezeichneten Punkt b.

Es ist zu beachten, dass die Konstruktion der polytropen Expansionskurve am Punkt z und nicht am Punkt z beginnen sollte ..

Nach der Konstruktion der Kompressions- und Expansionspolytrope produzieren sie

Rundung des Anzeigediagramms unter Berücksichtigung des Öffnungsvorlaufs des Auslassventils, des Zündzeitpunkts und der Druckanstiegsgeschwindigkeit sowie Einzeichnen der Einlass- und Auslassleitungen. Dazu ist unter der Abszissenachse entlang der Kolbenhublänge S wie am Durchmesser ein Halbkreis mit dem Radius R=S/2 eingezeichnet. Vom geometrischen Zentrum Oґ in Richtung b.m.t. Segment wird verschoben

Wo L- Länge der Pleuelstange, ausgewählt aus der Tabelle. 7 oder nach dem Prototyp.

Strahl UM 1.MIT 1 wird schräg ausgeführt Q o = 30° entsprechender Winkel

Zündzeitpunkt ( Qо= 20...30° zu w.m.t.) und der Punkt MIT 1 abgerissen am

Kompressionspolytrop, wobei Punkt c1 erhalten wird.

Um Leitungen zum Reinigen und Befüllen des Zylinders zu bauen, wird ein Balken verlegt UM 1?IN 1 schräg G=66°. Dieser Winkel entspricht dem Voröffnungswinkel des Auslassventils bzw. der Auslassöffnungen. Zeichnen Sie dann eine vertikale Linie, bis sie das Expansionspolytrop (Punkt) schneidet B 1?).

Von diesem Punkt B 1. Zeichnen Sie eine Linie, die das Gesetz der Veränderung definiert

Druck im Abschnitt des Indikatordiagramms (Linie B 1.S). Linie als,

charakterisiert die Fortsetzung des Reinigens und Füllens des Zylinders, kann

gerade ausgeführt werden. Es ist zu beachten, dass die Punkte S. B 1. du kannst auch

Finden Sie anhand des Wertes des verlorenen Bruchteils des Kolbenhubs j.

als=j.S. (3.16)

Indikatordiagramm Zweitaktmotoren Genau wie bei aufgeladenen Motoren liegt er immer über der Atmosphärendrucklinie.

Im Anzeigediagramm eines aufgeladenen Motors kann die Ansaugleitung höher liegen als die Abgasleitung.

Das Indikatordiagramm des Verbrennungsmotors (Abb. 1) wird anhand von Daten aus der Berechnung von Motorbetriebszyklusprozessen erstellt. Beim Erstellen eines Diagramms muss der Maßstab so gewählt werden, dass eine Höhe von 1,2 ... 1,7 seiner Basis erreicht wird.

Abb.1 Diagramm der Dieselmotoranzeige

Reis. 1 Diagramm der Dieselmotoranzeige

Zu Beginn der Konstruktion wird auf der Abszissenachse (der Basis des Diagramms) die Strecke S a = S c + S aufgetragen.

wobei S der Kolbenhub ist (vom oberen Totpunkt zum oberen Totpunkt).

Das Segment S c, das dem Volumen der Kompressionskammer (V c) entspricht, wird durch den Ausdruck S c = S / - 1 bestimmt.

Das Segment S entspricht dem Arbeitsvolumen V h des Zylinders und ist betragsmäßig gleich dem Kolbenhub. Markieren Sie die Punkte, die der Position des Kolbens am oberen Totpunkt entsprechen: Punkte A, B, BDC.

Die Ordinatenachse (Diagrammhöhe) zeigt den Druck auf einer Skala von 0,1 MPa pro Millimeter an.

Auf der OT-Linie werden die Druckpunkte p g, p c, p z aufgetragen.

Auf der UT-Linie sind die Druckpunkte p a, p b markiert.

Für einen Dieselmotor ist es außerdem erforderlich, die Koordinaten des Punktes einzutragen, der dem Ende des berechneten Verbrennungsprozesses entspricht. Die Ordinate dieses Punktes ist gleich p z und die Abszisse wird durch den Ausdruck bestimmt

S z = S s   , mm. (2.28)

Der Aufbau einer Kompressions- und Expansionslinie von Gasen kann in der folgenden Reihenfolge erfolgen. Mindestens 3 Volumina bzw. Kolbenhubsegmente V x1, V x2, V x3 (bzw. S x1, S x2, S x3) werden willkürlich zwischen TDC und BDC ausgewählt.

Und der Gasdruck wird berechnet

Auf der Kompressionslinie

Auf der Erweiterungslinie

Alle konstruierten Punkte sind nahtlos miteinander verbunden.

Anschließend werden die Übergänge gerundet (bei jeder Druckänderung an den Knotenpunkten der Auslegungszyklen), was in den Berechnungen durch den Vollständigkeitskoeffizienten des Diagramms berücksichtigt wird.

Für Vergasermotoren Die Rundung am Ende der Verbrennung (Punkt Z) erfolgt entlang der Ordinate ð z = 0,85 Р z max.

2.7 Ermittlung des durchschnittlichen Indikatordrucks aus dem Indikatordiagramm

Der durchschnittliche theoretische Indikatordruck p" i ist die Höhe des Rechtecks, gleich der Fläche Druckskala-Anzeigediagramm

MPa (2,31)

wobei F i die Fläche des theoretischen Indikatordiagramms mm 2 ist, begrenzt durch die Linien TDC, BDC, Kompression und Expansion, kann mit einem Planimeter, der Integrationsmethode oder einer anderen Methode bestimmt werden; S - Länge des Anzeigediagramms (Kolbenhub), mm (Abstand zwischen den Linien TDC, BDC);

 p - Druckskala, die beim Erstellen des Indikatordiagramms ausgewählt wurde, MPa / mm.

Tatsächlicher Anzeigedruck

ð i = ð i ΄ ∙ φ p, MPa, (2.32)

wobei  p der Unvollständigkeitskoeffizient der Fläche des Indikatordiagramms ist; berücksichtigt die Abweichung des tatsächlichen Prozesses vom theoretischen (Rundung bei starker Druckänderung, für Vergasermotoren  p = 0,94.. .0,97; für Dieselmotoren  p = 0,92.. .0,95);

р = ð r - ð à - durchschnittlicher Druck der Pumpverluste beim Ansaugen und Auslassen für Saugmotoren.

Nachdem Sie p i aus dem Indikatordiagramm ermittelt haben, vergleichen Sie es mit dem zuvor berechneten (Formel 1.4) und ermitteln Sie die Differenz in Prozent.

Der durchschnittliche effektive Druck p ist gleich

r e = r i – r mp,

wobei pmp durch Formel 1.6 bestimmt wird.

Berechnen Sie dann die Leistung entsprechend der Abhängigkeit
und mit dem Gegebenen vergleichen. Die Abweichung sollte nicht mehr als 10...15 % betragen, wenn weitere Prozesse neu berechnet werden müssen.

FUNKTIONSDIAGRAMM EINES 4-TAKT-DIESELS.

EISMARKIERUNG.

Die Kennzeichnung von Haushaltsdieselmotoren erfolgt gemäß GOST 4393-74. Jeder Motortyp hat eine herkömmliche Buchstaben- und Zahlenbezeichnung:

H - Viertakt

D - Zweitakt

DD – Zweitakt-Doppelwirkung

R – reversibel

C – mit Rückwärtskupplung

P - s Getriebe

K – Kreuzkopf

N – aufgeladen

G – für den Betrieb mit Gasbrennstoff

GZh – für den Betrieb mit Gas-Flüssig-Brennstoff

Die Zahlen vor den Buchstaben geben die Anzahl der Zylinder an; Die Zahlen hinter den Buchstaben geben den Zylinderdurchmesser/Kolbenhub in Zentimetern an. Zum Beispiel: 8DKRN 74/160, 6ChSP 18/22, 6Ch 12/14

Kennzeichnung ausländischer Dieselhersteller:

Motoren aus dem SKL-Werk in Deutschland (ehemalige DDR)

Unter Viertakt-Verbrennungsmotoren versteht man Motoren, bei denen ein Arbeitstakt (Takt) in vier Kolbenhüben bzw. zwei Umdrehungen der Kurbelwelle ausgeführt wird. Die Takte sind: Ansaugen (Füllen), Verdichten, Krafttakt (Ausdehnen), Ausstoßen (Ausstoßen).

Ich bar - FÜLLUNG. Der Kolben bewegt sich vom OT zum UT, wodurch im Hohlraum über dem Kolben des Zylinders ein Vakuum entsteht und durch das geöffnete Einlassventil (Saugventil) Luft aus der Atmosphäre in den Zylinder gelangt. Das Volumen im Zylinder nimmt ständig zu. Bei BDC schließt das Ventil. Am Ende des Füllvorgangs ist die Luft im Zylinder leer folgenden Parameter: Druck Pa = 0,85–0,95 kg/cm 2 (86–96 kPa); Temperatur Ta=37-57°C (310-330 K).

2. Takt – KOMPRESSION. Der Kolben bewegt sich in die entgegengesetzte Richtung und komprimiert eine frische Luftladung. Das Volumen im Zylinder nimmt ab. Druck und Temperatur steigen auf die folgenden Werte: Pc=30–45 kg/cm2, (3–4 MPa); Tc = 600–700 °C (800–900 K). Diese Parameter müssen so sein, dass es zu einer Selbstentzündung des Kraftstoffs kommt.

Am Ende des Kompressionsvorgangs wird fein zerstäubter Kraftstoff aus einer Düse unter hohem Druck von 20–150 MPa (200–1200 kg/cm2) in den Motorzylinder eingespritzt, der sich unter dem Einfluss von selbst entzündet hohe Temperatur und brennt schnell aus. Somit wird im zweiten Takt die Luft komprimiert, der Kraftstoff für die Verbrennung vorbereitet, das Arbeitsgemisch gebildet und dessen Verbrennung beginnt. Durch den Verbrennungsprozess erhöhen sich die Gasparameter auf folgende Werte: Pz = 55-80 kg/cm 2 (6-8,1 MPa); Tz=1500-2000°C (1700-2200 K).

Maßnahme III – ERWEITERUNG. Unter dem Einfluss von Kräften, die durch den Druck der Kraftstoffverbrennungsprodukte entstehen, bewegt sich der Kolben zum UT. Die Wärmeenergie von Gasen wird in mechanische Arbeit zur Bewegung des Kolbens umgewandelt. Am Ende des Expansionshubs werden die Gasparameter auf die folgenden Werte reduziert: Pb = 3,0–5,0 kg/cm 2 (0,35–0,5 MPa); Tb=750–900 °C (850–1100 K).

IV-Leiste – FREIGABE. Am Ende des Expansionshubs (vor dem oberen Totpunkt) öffnet sich das Auslassventil und Gase, deren Energie und Druck größer als der atmosphärische Druck sind, strömen in den Abgaskrümmer, und wenn sich der Kolben zum oberen Totpunkt bewegt, erfolgt eine erzwungene Entfernung Abgase Kolben Am Ende des Ausstoßhubs sind die Parameter im Zylinder wie folgt: Druck P 1 = 1,1–1,2 kg/cm 2 (110–120 kPa); Temperatur T 1 =700–800°C (800–1000 K). Am oberen Totpunkt schließt das Auslassventil. Der Arbeitszyklus ist abgeschlossen.

Abhängig von der Position des Kolbens kann die Druckänderung im Motorzylinder grafisch dargestellt werden Koordinatenachsen PV (Druck-Volumen) geschlossene Kurve, die als Indikatordiagramm bezeichnet wird. Im Diagramm entspricht jede Zeile einem bestimmten Prozess (Zyklus):

1-a – Füllvorgang;

a-c - Komprimierungsprozess;

c-z“ – Verbrennungsprozess bei konstantem Volumen (V=const);

z"-z - Verbrennungsprozess bei konstantem Druck (P=const);

z-b - Expansionsprozess (Arbeitshub);

b-1 – Freigabeprozess;

Po - Atmosphärendrucklinie.

Notiz: Liegt das Diagramm oberhalb der Po-Linie, ist der Motor mit einem Aufladesystem ausgestattet und hat mehr Leistung.

Die Extrempositionen des Kolbens (OT und BDC) sind mit gestrichelten Linien dargestellt.

Auf der Abszissenachse des Diagramms sind die von der Arbeitsflüssigkeit in jeder Stellung des Kolbens eingenommenen und zwischen seinem Boden und dem Zylinderdeckel eingeschlossenen Volumina aufgetragen, die folgende Bezeichnungen haben:

Vc ist das Volumen der Kompressionskammer; Vs – Arbeitsvolumen des Zylinders;

Va. – Gesamtvolumen des Zylinders; Vx ist das Volumen über dem Kolben zu jedem Zeitpunkt seiner Bewegung. Wenn Sie die Position des Kolbens kennen, können Sie jederzeit das Volumen des Zylinders darüber bestimmen.

Auf der Ordinatenachse ist der Druck im Zylinder (im gewählten Maßstab) aufgetragen.

Das betrachtete Indikatordiagramm zeigt den theoretischen (Berechnungs-)Zyklus, in dem Annahmen getroffen werden, d.h. Hübe beginnen und enden im Totpunkt, der Kolben steht am oberen Totpunkt, der Brennraum ist mit Abgasresten gefüllt.

IN echte Motoren Die Momente des Öffnens und Schließens der Ventile beginnen und enden nicht in den Totpunkten der Kolbenposition, sondern mit einem gewissen Versatz, der im Kreisdiagramm der Gasverteilung deutlich sichtbar ist. Die Öffnungs- und Schließmomente von Ventilen, ausgedrückt in Grad Kurbelwellendrehung (c.c.c.), werden als Ventilsteuerzeiten bezeichnet. Die optimalen Öffnungs- und Schließwinkel der Ventile sowie der Beginn der Kraftstoffzufuhr werden experimentell beim Testen eines Prototyps am Stand des Herstellers ermittelt. Alle Winkel (Phasen) werden im Motorformular angegeben.

Sobald die Luftladung in den Motorzylinder gelangt, öffnet sich das Ansaugventil. Punkt 1 entspricht der Position der Kurbel im Moment des Öffnens des Ventils. Um den Zylinder besser mit Luft zu füllen, öffnet das Saugventil vor dem oberen Totpunkt und schließt, nachdem sich der Kolben in einem Winkel von 20–40° p.k.v. zum oberen Totpunkt bewegt hat, was als Voreilungs- und Spätverstellungswinkel des Einlassventils bezeichnet wird. Normalerweise ist der Winkel von p.k.v. entspricht einem Ansaugvorgang von 220-240°. Wenn das Ventil schließt, endet die Füllung des Zylinders und die Kurbel nimmt die Position entsprechend Punkt (2) ein.

Nach dem Kompressionsprozess benötigt der Kraftstoff zur Selbstentzündung Zeit, um sich zu erwärmen und zu verdampfen. Dieser Zeitraum wird Selbstzündungsverzögerungszeit genannt. Daher erfolgt die Kraftstoffeinspritzung mit etwas Vorlauf, bis der Kolben den oberen Totpunkt in einem Winkel von 10–35° p.k.v. erreicht.

KRAFTSTOFFVERSORGUNGS-VORSCHAUWINKEL

Der Winkel zwischen der Kurbelrichtung und der Zylinderachse zum Zeitpunkt des Beginns der Kraftstoffeinspritzung wird als Kraftstoffvorschubwinkel bezeichnet. OOPT wird vom Beginn der Zufuhr bis zum oberen Totpunkt gezählt und hängt vom Zufuhrsystem, der Kraftstoffart und der Motorwellendrehzahl ab. OOPT für Dieselmotoren variiert zwischen 15 und 32° und hat sehr wichtig zum Betreiben des Verbrennungsmotors. Es ist sehr wichtig, den optimalen Vorschubwinkel zu ermitteln, der dem im Motordatenblatt angegebenen Herstellerwert entsprechen muss.

Optimales OOPT ist von großer Bedeutung für normale Operation Motor und seine Effizienz. Bei richtiger Regelung sollte die Kraftstoffverbrennung beginnen, bevor der Kolben den oberen Totpunkt bei 3–6° p.k.v. erreicht. Der höchste Druck Pz, der dem berechneten entspricht, wird erreicht, wenn sich der Kolben in einem Winkel von 2-3° p.k.v. zum oberen Totpunkt bewegt. (siehe „Verbrennungsphasen“).

Mit zunehmendem OOPT nimmt die Verzögerungszeit der Selbstzündung zu ( 1. Phase) nimmt zu und der Großteil des Kraftstoffs verbrennt in dem Moment, in dem der Kolben den oberen Totpunkt passiert. Dies führt zu einem rauen Betrieb des Dieselmotors sowie zu einem erhöhten Verschleiß von Teilen des CPG und der Kurbelwelle.

Eine Verringerung der CVD führt dazu, dass der Hauptteil des Kraftstoffs beim Passieren des oberen Totpunkts des Kolbens in den Zylinder gelangt und in einem größeren Volumen des Brennraums verbrennt. Dadurch verringert sich die Zylinderleistung des Motors.

Um die Kosten für das Ausstoßen der Abgase durch den Kolben zu reduzieren, wird das Auslassventil nach dem Expansionsprozess mit Vorlauf geöffnet, bis der Kolben den BDC in einem Winkel von 18–45° p.k.v. erreicht, der als Vorlaufwinkel bezeichnet wird Öffnung des Auslassventils. Punkt (). Um die Zylinder besser von Verbrennungsprodukten zu reinigen, wird das Auslassventil geschlossen, nachdem sich der obere Totpunkt des Kolbens auf einen Verzögerungswinkel von 12–20° p.k.v. bewegt hat, entsprechend Punkt () im Kreisdiagramm.

Das Diagramm zeigt jedoch, dass sich die Saug- und Auslassventile gleichzeitig für einige Zeit in der Offenstellung befinden. Diese Öffnung der Ventile wird Ventilphasenüberlappungswinkel genannt und beträgt insgesamt 25-55° p.k.v.