Циклы двигателей внутреннего сгорания

Циклы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) делят на три группы:

- подвод теплоты при постоянном объеме (карбюраторные ДВС);

- подвод теплоты при постоянном давлении (компрессорные дизели);

- смешанный подвод теплоты при постоянном объеме (бескомпрессорные дизели).

Основные характеристики (параметры) любого цикла ДВС - безразмерные величины:

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

ε=v₁/v₂, (7.5)

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

λ = p ₃/ p ₂, (7.6)

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

ρ = v ₃/ v ₂. (7.7)

1. Цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме на примере четырехтактного двигателя. Диаграмма реального двигателя показана на рис. 7.3.

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

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

2-3 - сгорание горючей смеси, давление быстро возрастает при постоянном объеме (подвод теплоты q ₁);

Й такт) - адиабатное расширение (рабочий процесс, полезная работа);

4-1 - открывается выхлопной клапан, и отработанные газы покидают цилиндр, давление в цилиндре падает (отводится тепло q ₂);

А (4-й такт) - выталкивание оставшихся в цилиндре газов.

Затем процесс повторяется.

Описанный процесс - необратимый (наличие трения, химической реакции в рабочем теле, конечные скорости поршня, теплообмен и др.).

Для анализа теории тепловых машин ТД рассматривает идеальные (обратимые) циклы. Диаграмма идеального процесса ДВС показана на рис.7.4. Из этой диаграммы выводится формула термического к.п.д. цикла с подводом теплоты при постоянном объеме:

η_t =1–1/ ε^k, (7.8)

где ε - степень сжатия (основной показатель работы двигателя). Чем выше ε, тем выше экономичность ДВС); k - показатель адиабаты.

2. Идеальный цикл ДВС со смешанным подводом теплоты при постоянном объеме (бескомпрессорные дизели). Диаграмма цикла показана на рис. 7.5.

1-2 - чистый воздух с температурой Т ₁ сжимается до температуры Т ₂, 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 q ₁′, давление повышается до p ₃.

3-4 - поршень перемешается обратно, поступление и сгорание топлива продолжается при постоянном давлении и подводится тепло q ₁′′.