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.
