Лекция 7.2: Циклы двигателей внутреннего сгорания (ДВС)

Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания подразделяют на три группы:

с подводом теплоты при постоянном объеме (карбюраторные ДВС);

с подводом теплоты при постоянном давлении (компрессорные дизели);

со смешанным подводом теплоты при постоянном объеме и постоянном давлении (безкомпрессорные дизели);

Основными характеристиками или параметрами любого цикла теплового двигателя являются следующие безразмерные величины:

степень сжатия (отношение удельных объемов рабочего тела в начале и конце сжатия)

e = n1 / n2 ,                                                                                                    (7.5)

степень повышения давления (отношение давлений в конце и в начале изохорного процесса подвода теплоты)

l = Р3 / Р2 ,                                                                                                   (7.6)

степень предварительного расширения (отношение удельных объемов в конце и в начале изохорного процесса подвода теплоты)

r = n3 / n2 .                                                                                                   (7.7)

 

1). Рассмотрим цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме на примере четырехтактного двигателя.

Диаграмма реального двигателя представлена на рис.7.3.

\"\"

а-1 (1 такт) – в цилиндр через всасывающий клапан поступает смесь воздуха и паров горючего (не термодинамический процесс);

1-2 (2 такт) – адиабатное сжатие (повышается температура);

2-3 – сгорание горючей смеси, давление быстро возрастает при постоянном объеме (подвод теплоты q1);

3-4 (3 такт) – адиабатное расширение (рабочий процесс, совершается полезная работа);

4-а – открывается выхлопной клапан и отработанные газы покидают цилиндр давление цилиндра падает (отводится тепло q2);

1-а (4 такт) – выталкивание оставшихся в цилиндре газов.

Затем процесс повторяется.

Описанный процесс является необратимым (наличие трения, химической реакции в рабочем теле, конечные скорости поршня, теплообмен при конечной разности температур и т.п.).

Для анализа теории тепловых машин термодинамика рассматривает идеальные обратимые циклы. Диаграмма идеального процесса двигателя внутреннего сгорания показана на рис.7.4.

\"\"

Из этой диаграммы выводится формула для термического к.п.д. цикла с подводом теплоты при постоянном объеме, который имеет следующий вид:

ht = 1 – 1/ek ,                                                                                                (7.8)

где:                  e – степень сжатия (основной показатель работы двигателя, чем выше e, тем выше экономичность ДВС);

k – показатель адиабаты.

 

2). Идеальный цикл ДВС со смешанным подводом теплоты (безкомпрессорные дизели). Диаграмма цикла показана на рис.7.5.

\"\"

1-2 – чистый воздух с температурой Т1 сжимается до температуры Т2, которая больше температуры воспламенения топлива. В этот момент в цилиндр через форсунки под давлением впрыскивается топливо.

2-3 – горючая смесь самовоспламеняется и к рабочему телу подводится тепло q1/, давление повышается до Р3.

3-4 – поршень перемешается обратно, поступление и сгорание топлива продолжается при постоянном давлении и подводится тепло q1//.

4-5 – поршень продолжает перемещаться в нижнюю мертвую точку, давление падает (адиабатное расширение);

5-1 – процесс отвода теплоты q2 при постоянном объеме (через выпускной клапан покидают отработанные газы).

Термический к.п.д. цикла определяется по формуле:

ht = l – (l·rk – 1) / ek-1·[(l – 1) + k·l·(r – 1)] .                                           (7.9)

Цикл двигателей с подводом теплоты при постоянном давлении широкое применение не нашли, так как у этих циклов очень большой коэффициент сжатия.

Читайте также:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *