4.2 Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания
Все современные двигатели внутреннего сгорания (ДВС) подразделяются на три основ-ные группы:
1. Двигатели, в которых используется цикл с подводом тепла при постоянном объёме
(w=const(цикл Отто).
2. Двигатели, в которых используется цикл с подводом тепла при постояном давлении
(p=const(цикл Дизеля).
3. Двигатели,в которых используется смешанный цикл с подводом тепла как при w=const,
так и при p=const(цикл Тринклера).
4.2.1 Циклы двс с подводом теплоты при постоянном объёме
При исследовании идеальных термодинамических циклов поршневых ДВС принимаются условия идеализации, описанные в п.4.1.
К числу определяемых величин относятся:
-количество подведённой и отведенной теплоты;
- основные параметры состояния в характерных точках цикла;
- термический КПД цикла.
а) индикаторная диаграмма;б) идеальная термодинамическая диаграмма.
Рис.4.2 Термодинамический цикл ДВС:
На рис.4.2,а показана индикаторная диаграмма (снятая с помощью специального прибора-
индикатора).
При движении поршня от верхней мёртвой точки (ВМТ) к нижней мёртвой точке (НМТ)
происходит всасывание горючей смеси (линия О-1).
Кривой 1-2(линия сжатия) изображается процесс сжатия (поршень движется от нижней мертвой точки к верхней. В точке 2 от электрической искры происходит мгновенное воспламенение горючей смеси (при постоянном объёме). Этот процесс изображается кривой2-3.Входе этого процесса давление и температура резко возрастают. Процесс расширения
продуктов сгорания изображается кривой 3-4 (линия расширения). В точке4происходит
открытие выходного клапана и давление в цилиндре уменьшается до наружного давления.
При дальнейшем движении поршня (от НМТ к ВМТ) через выходной клапан происходит
удаление продуктов сгорания из цилиндра при давлении несколько большем давления окружающей среды (кривая 4-0).
В данном случае рабочий процесс совершается за четыре хода поршня (такта). Такой
двигатель называется четырехтактным. Из анализа работы реального двигателя следует, что рабочий процесс не является замкнутым и в нем присутствуют все признаки необратимых процессов: трение, теплообмен, конечные скорости движения поршня и пр.
Диаграмма, построенная с учетом указанных в п.4.1 допущениях,будет уже не индикаторной диаграммой двигателя, а p-w- диаграммой его цикла (рис.4.2,б).
Рассмотрим идеальный термодинамический цикл ДВС с изохорным подводом теплоты.
Идеальный газ с начальными параметрами p1,w1,T1сжимается по адиабате1-2.
В изохорном процессе2-3рабочему телу от внешнего источника теплоты передается количество теплотыq1.В адиабатном процессе3-4 рабочее тело расширяется до первоначального объёмаw4=w1
В изохорном процессе 4-1 рабочее тело возвращается в исходное состояние с отводом от
него теплоты q2в теплообменник.
Характеристиками цикла являются:
- степень сжатия;
- степень повышения давления.
(4.15)
Количество подведенной теплоты
(4.16)
Количество отведенной теплоты
q2=сw(T4–T1). (4.17)
Подставляя эти значения теплот в формулу для термического КПД, получим
.
(4.18)
Определим КПД (6.18) через параметры цикла. Для этого температуры характерных точек
цикла T2, T3, T4 выразим через температуруT1.
а) Адиабатный процесс (точка2)
. (4.19)
.
б) Изохорный процесс(точка3)
w3=w2;
,отсюда, с учётом выражения (4.19)
.
(4.20)
в) Адиабатный процесс расширения(точка 4)
w4=w1
;
Отсюда
(4.21)
С учетом найденных значений температур (4.19), (4.20), (4.21) формула (4.18) для КПД
примет вид
.
(4.22)
Из выражения (4.22) следует, что термический КПД увеличивается с возрастанием степени
сжатия
и показателя адиабатыk.
Работа цикла определится по формуле
lц=q1
. (4.23)