56. Работа совершаемая в цилиндре поршневого двигателя.

Внутри цилиндра происходит изменение параметров и физико-химического состояния газообразного вещества, представляющего собой рабочее тело. После подвода теплоты, газ расширяется и перемещает поршень на расстояние , то есть выполняет механическую работу.

P – сила давления газа

- площадь поршня

- удельная работа

- удельный объём

m – масса газов.

Изменение удельной работы:

Механическая работа имеет тепловой эквивалент, но выразить теплоту интегралом стало возможным только после введения нем. Учёным Клаузиусом понятия энтропии.

Энтропия – физ. Величина S, изменения dS, которой характеризует обмен энергий между системой и внешней средой.

57Четырёхтактный двигатель.

Преимущества четырёхтактных двигателей: Больший ресурс; Более чистый выхлоп; Не требуется сложная выхлопная система; Не нужно предварительно смешивать масло с бензином; экономичность расхода топлива; надежность; простота обслуживания; четырехтактный двигатель работает тише и устойчивей.

Недостатки четырёхтактных двигателей: Все холостые ходы (впуск, сжатие, выпуск) совершаются за счёт кинетической энергии, запасённой коленчатым валом и связанными с ним деталями во время рабочего хода, в процессе которого химическая энергия топлива превращается в механическую энергию движущихся частей двигателя. Поскольку сгорание происходит в доли сек, то оно сопровождается быстрым увеличением нагрузки на крышку (головку) цилиндра, поршень и другие детали двигателя. Наличие такой нагрузки неизбежно приводит к необходимости увеличить массу движущихся деталей (для повышения прочности), что в свою очередь сопровождается ростом инерционных нагрузок на движущиеся детали. Уступают по мощности двухтактным.

Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу.

Такт впуска

В течение этого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). Через клапан засасывается свежая топливно-воздушная смесь.

Такт сжатия

Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия.

Такт расширения, или рабочий ход

Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при этом такте коленчатого вала называют рабочим ходом.

Такт выпуска

После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается, и цикл начинается сначала.

Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания подразделяют на три группы: 1.с подводом теплоты при постоянном объеме (карбюраторные ДВС); 2. с подводом теплоты при постоянном давлении (компрессорные дизели); 3. со смещанным подводом теплоты при постоянном объеме (безкомпрессорные дизели).

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 (нетермодинамичемкий 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.

Характеристиками этого цикла являются: степень сжатия и степень повышения давления. Здесь v1, v2, p2, p3 – объёмы и давления рабочего тела в соответствующих точках цикла д. в. с.

Можно показать, что термический к. п. д. цикла где k – показатель адиабаты рабочего тела. То есть кпд растёт с увеличением степени сжатия. Однако повышение степени сжатия не должно вызывать детонацию и самовоспламенение горючей смеси в процессе сжатия. В зависимости от вида топлива ε=6÷10.