|
|
Циклы двигателей внутреннего сгорания.Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – это тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу. В ДВС процесс горения топлива происходит внутри рабочего цилиндра. По роду применяемого топлива ДВС подразделяются на двигатели жидкого топлива и газовые. По способу заполнения цилиндра свежим зарядом двигатели подразделяются на четырехтактные и двухтактные. В двухтактном ДВС рабочий процесс осуществляется за два хода поршня и один оборот коленвала, в четырехтактном ДВС рабочий цикл совершается за четыре хода поршня и за два оборота коленвала. По способу приготовления рабочей смеси из топлива и воздуха ДВС подразделяют на двигатели с внутренним смесеобразованием – дизельные двигатели, где топливо воспламеняется при впрыскивании его в сжатый воздух, нагретый до высоких температур; и внешним – карбюраторные, где зажигание рабочей смеси производится электрической искрой. Первый практически пригодный газовый ДВС был сконструирован французским механиком Ленуаром в 1860 г.. В 1876г. немецкий изобретатель Отто построил более совершенный четырехтактный газовый двигатель, в 1880 г. инженер Костович в России построил бензиновый карбюраторный двигатель, а в 1897 г. немецкий инженер Дизель создал двухтактный ДВС с воспламенением от сжатого воздуха – дизельный двигатель.
Рис. 1.14 Схема работы 4 – х тактного карбюраторного двигателя. На рисунке 1.14 показана схема работы четырехтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания. В цилиндре 1 расположен поршень 2, шатун 3 соединен с одной стороны с поршнем, а с другой с коленчатым валом. В верхней части цилиндра расположены впускной 4 и выпускной 5 клапаны. крайние положения поршня называются верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ), расстояние между ВМТ и НМТ называется ходом поршня. Двигатель работает следующим образом. При первом такте всасывании- поршень движется вниз и засасывает горючую смесь в цилиндр за счет создаваемого разряжения. при этом всасывающий клапан открыт, выпускной закрыт. Второй такт- сжатие происходит при движении поршня вверх от НМТ. При этом оба клапана закрыты. При приближении к ВМТ горючая смесь зажигается от электрической искры. Третий такт-рабочий ход осуществляется за счет давления газа. Действием давления поршень движется вниз от ВМТ до НМТ, создавая крутящий момент на коленчатом валу. Четвертый этап – выпуск, при котором через открытый выпускной кран при движении поршня вытесняются из цилиндра продукты сгорания. Таким образом, из четырех тактов только при третьем такте совершается полезная работа; во всех остальных происходит затрата работы. Рабочий процесс в двухтактном двигателе осуществляется следующим образом. После сгорания топлива начинается процесс расширения газа. В конце расширения поршень открывает выпускные окна, через которые удаляется часть отработанных газов. Далее, продолжая двигаться вниз, поршень открывает продувочные окна, при этом цилиндр продувается сжатым воздухом. В начале второго такта- сжатия продолжается процесс удаления отработанных газов и заполнения цилиндра свежим зарядом. После того, как поршень закроет окна, начинается сжатие горючей смеси. Типы двигателей: 1)с подводом тепла при постоянном объеме (идеальный цикл Отто); 2)с подводом тепла при постоянном давлении (цикл Дизеля); 3)цикл со смешанным подводом тепла – частично при v=const и p=const (идеальный цикл Тринклера). Рассмотрим принцип действия различных ДВС с использованием теоретической диаграммы идеального двигателя. При этом в рассматриваемом термодинамическом процессе вводится ряд допущений: 1) рабочее тело – идеальный газ; 2) рабочее тело не покидает цилиндр; 3) свойства рабочего тела не меняются. На рисунке 1.15 представлена теоретическая диаграмма четырехтактного двигателя с циклом подвода тепла при v=const. Этот способ подвода тепла имеет место в карбюраторном двигателе с использованием легкого топлива – бензин, газ, спирт и т.п.
Рис. 1.15 –цикл Отто а-1 – всасывание рабочей смеси; 1-2 – адиабатное сжатие рабочего тела; 2-3 – изохорный подвод тепла (сгорание топлива); 3-4 – адиабатное расширение рабочего тела (рабочий ход); 4-1 – изохорный отвод тепла; 1-а – выхлоп. При ходе поршня вниз (1 такт) в цилиндр двигателя 1 засасывается через впускной клапан 4 готовая рабочая смесь. Это смесь горючих газов или паров жидкого топлива с воздухом. В теоретической диаграмме предполагается, что всасывание происходит при постоянном давлении, равном атмосферному (линия а-1). В точке 1 всасывающий клапан закрывается, после чего, при ходе поршня вверх (2 такт) рабочая смесь сжимается адиабатно, с повышением давления. Давление зависит от степени сжатия
Где v1 – полный объем цилиндра; v2 – объем цилиндра в конце сжатия (линия 1-2). В конце сжатия(т. 2) смесь зажигается с помощью электрической искры. Сгорание смеси происходит мгновенно. При рассмотрении термодинамического цикла процесс горения заменяют условно обратимым подводом тепла к рабочему телу от горячего источника в изохорном процессе (2-3). В результате выделения теплоты при сгорании (условный подвод тепла) давление увеличивается до p3. далее поршень вновь перемещается вниз (3 такт) в результате адиабатного расширения газа (линия 3-4). Это рабочий ход поршня. В нем совершается положительная работа расширения за счет внутренней энергии газа. В конце расширения открывается выхлопной клапан. При этом давление мгновенно падает до атмосферного. Принимается, что падение давления происходит при постоянном объеме (v=const) (линия 4-1). В действительности же при падении давления часть газов выпускается в атмосферу. При рассмотрении идеального термодинамического цикла процесс падения давления заменяется эквивалентным изохорным процессом 4-1 с обратимым отводом теплоты q2 к холодному источнику. Четвертый такт происходит при открытом выпускном клапане. В этом случае продукты сгорания выталкиваются в атмосферу при атмосферном давлении p=const. Линия выталкивания 1-а. Площадь индикаторной диаграммы (1234) характеризует полезную работу газа за первый цикл. Термический КПД цикла с подводом тепла при v=const определяют из общего выражения:
где
где Отсюда при сv = const:
Между температурами для адиабат 4-3 и 1-2 следующие зависимости:
Кроме того v2=v3; v4=v1,следовательно:
Как мы уже говорили,
Таким образом получаем:
Из полученного выражения видим, что КПД цикла с подводом тепла при v=const тем больше, чем больше степень сжатия
Рис 1.16- цикл Дизеля По линии а-1 в цилиндр засасывается воздух при p1=1атм., по линии 1-2 воздух сжимается, Т2 – температура самовоспламенения топлива, p2=3 Благодаря сжатию воздуха, а не горючей смеси, достигается более высокая степень сжатия
Где
Из соотношения параметров для адиабатного процесса:
Из полученного выражения следует, что   Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...  Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...  Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...  Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
(1.96)
, (1.97)
– отводимое количество тепла по изохоре 4-1;
– подводимое количество тепла по изохоре 2-3.
(1.98)
(1.99)
; 
(1.100)
– степень сжатия.
(1.101)
(1.102)
. Для реальных ДВС 
.
4 МПа. В конце сжатия (т.2) в камеру впрыскивается распыленное жидкое топливо, которое воспламеняется и горит при p=const – этому процессу соответствует подвод тепла q1 (линия 2-3 теоретической диаграммы).
,
– степень предварительного расширения:
;
(1.103)
цикла с подводом тепла при p=const увеличивается с увеличением 