- •Двигатели внутреннего сгорания
- •Часть I основы теории двигателей
- •1. Классификация и принцип работы двигателей внутреннего сгорания
- •1.3.Рабочий цикл двухтактного двс
- •2. Тепловой расчет двигателей внутреннего сгорания
- •2.1. Теоретические термодинамические циклы двс
- •2.1.1. Теоретический цикл двигателей с подводом теплоты при постоянном объеме
- •2.1.2. Теоретический цикл двигателей с подводом теплоты при постоянном давлении
- •2.1.3. Теоретический цикл двигателей с подводом тепла при постоянном объеме и постоянном давлении (смешанный цикл)
- •2.2. Действительные циклы двс
- •2.2.1. Рабочие тела и их свойства
- •2.2.2. Процесс впуска
- •2.2.3. Процесс сжатия
- •2.2.4. Процесс сгорания
- •2.2.5. Процесс расширения
- •2.2.6. Процесс выпуска
- •2.3. Индикаторные и эффективные показатели двигателя
- •2.3.1. Индикаторные показатели рабочего цикла
- •2.3.2. Эффективные показатели рабочего цикла
- •2.4.Особенности рабочего цикла и теплового расчета двухтактных двигателей
- •3. Параметры двигателей внутреннего сгорания
- •3.1. Тепловой баланс двигателей
- •3.2. Определение основных размеров двигателей
- •3.3. Основные параметры двигателей
- •4. Характеристики двигателей внутреннего сгорания
- •4.1. Регулировочные характеристики
- •4.2. Скоростные характеристики
- •4.2.1. Внешняя скоростная характеристика
- •4.2.2. Частичные скоростные характеристики
- •4.2.3. Построение скоростных характеристик аналитическим методом
- •4.3. Регуляторная характеристика
- •4.4. Нагрузочная характеристика
2. Тепловой расчет двигателей внутреннего сгорания
Тепловой расчет служит не только базой теории ДВС, но и эффективным методом комплексного изучения сложных процессов, происходящих в цилиндре при превращении тепловой энергии в механическую. Это обстоятельство определяет важную роль теплового расчета в формировании инженеров, будущая работа которых связана с эксплуатацией силовых установок с ДВС.
Метод теплового расчета рабочего цикла позволяет учесть изменение физических свойств рабочего тела, влияние теплообмена между рабочим телом и окружающей средой в процессе реализации рабочего цикла. В результате выполнения теплового расчета определяются основные параметры газа в характерных точках индикаторной диаграммы, что в итоге позволяет оценить степень совершенства цикла и целесообразность изготовления опытного образца двигателя. Некоторые параметры рабочего тела (давление, температура) и характер их изменения могут служить в качестве исходных данных при расчете деталей двигателя на прочность. По количеству получаемой в цикле работы и значению объема газа в конце процесса расширения можно судить не только об экономичности, но и о габарите и массе двигателя, т. е. о показателях, оказывающих влияние на общую компоновку лесных машин.
2.1. Теоретические термодинамические циклы двс
Экономические и мощностные показатели двигателей внутреннего сгорания, работающих по разным циклам, трудно сравнить в реальных условиях. В этих условиях особенность протекания отдельного процесса рабочего цикла или деталь конструкции двигателя могут повлиять на конечные результаты сравнения. Поэтому основные показатели разных циклов на первом этапе рассматривают в теоретических условиях, когда каждый цикл осуществляется в наивыгоднейших условиях, в воображаемой тепловой машине. На втором этапе в теоретические зависимости (т. е. в условиях воображаемой тепловой машины) вводятся коэффициенты, учитывающие действительные условия.
В теоретических циклах введены следующие допущения:
В цикле используется в качестве рабочего тела идеальный газ, состав которого в цикле не изменяется.
Циклы считаются замкнутыми, происходящими при постоянном количестве идеального газа.
Теплоемкость газа в течение всего цикла постоянна, т. е. не зависит от температуры.
Сгорание топлива в цилиндре заменяется мгновенным подводом тепла, а выпуск – мгновенным отводом теплоты в холодный источник.
Процесс сжатия и расширения газа происходит без теплообмена с окружающей средой, и называются адиабатическими
.
В соответствии с этими допущениями теоретический цикл представляет собой замкнутый цикл, осуществляемый в воображаемой тепловой машине постоянной несменяемой порцией рабочего тела. Вследствие замкнутости процессы сгорания и выпуска рабочего тела при действительном цикле заменяют подводом и отводом теплоты. Процессы сжатия и расширения предполагаются адиабатическими, т.к. это обеспечивает максимальное теплоиспользование.
Теоретические циклы имеют минимальное количество потерь, находящихся в строгом соответствии со вторым законом термодинамики. Существующие двигатели внутреннего сгорания работают по одному из трех циклов, имеющих свои характерные особенности.