19 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое рабочее тело двигателя внутреннего сгорания

Рабочие тела и их свойства

В поршневых двигателях внутреннего сгорания рабочее тело состоит из окислителя, топлива и продуктов его сгорания. Окислителем для большинства двигателей служит атмосферный воздух, содержащий 21 % (по объему) кислорода и 79 % инертных газов, в основном азота. При реализации цикла рабочее тело претерпевает физические и химические изменения. В зависимости от типа двигателя, в период впуска в цилиндр поступает либо воздух, либо горючая смесь, состоящая из газообразного или жидкого топлива и воздуха. Воздух или горючую смесь, поступающие в цилиндр и остающиеся в нем к моменту начала сжатия, называют свежим зарядом. В процессе сжатия в цилиндре находится смесь свежего заряда с остаточными газами, которая называется рабочей. В процессе расширения и выпуска рабочим телом являются продукты сгорания топлива.

При расчете рабочего цикла двигателя необходимо знать низшую теплоту сгорания топлива, которая зависит от композиционного состава топлива и количественного соотношения элементов, составляющих его горючую часть. Подвод теплоты к рабочему телу в действительном цикле осуществляется в результате сгорания топлива непосредственно в цилиндре двигателя, что предъявляет определенные требования к физическим и химическим свойствам топлива, которые приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристики жидких топлив для двигателей внутреннего сгорания

ТопливоЭлементарный состав (средний) 1 кг топлива, кгМолекулярная масса, mT кг/мольНизшая теплота сгорания h1 МДж/кг
СНО
Бензин0,8550,145110 — 120
Дизель0,8700,1260,004180 — 20042,5

Сгорание топлива в цилиндрах двигателя протекает согласно следующим реакциям:

,

Количество кислорода, необходимое для полного сгорания топлива, можно подсчитать следующим образом:

Для топлива, имеющего состав по весу:

весовое количество кислорода, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, составит:

, или

Сгорание топлива в двигателе обычно происходит при некотором недостатке или некотором избытке воздуха по сравнению с теоретически необходимым количеством.

Отношение количества воздуха L в горючей смеси к количеству воздуха L, которое необходимо для полного сгорания топлива, называется коэффициентом избытка воздуха:

При работе двигателя состав горючей смеси изменяется. Горючую смесь принято называть нормальной, если на 1 кг паров бензина приходится 15 кг воздуха (со стандартным содержанием в нем кислорода), т.е. α = 1.

Если уменьшить количество воздуха до 12,5 – 13 кг, то смесь обогатится (бензином) – станет мощностной. Данная смесь будет сгорать в цилиндрах наиболее быстро, создаст максимальное давление на поршни, а значит, высокую мощность. Правда, экономичность ухудшается довольно ощутимо, на 15-20%.

Если воздух в смеси составляет до 16 кг на 1 кг бензина, то такую смесь называют экономичной. Расход бензина становится минимальным, но теряется мощность – до 8-10% в сравнении с «мощностной». Коэффициент избытка воздуха составит α > 1. Смесь такого состава принято называть обедненной.

Если при сгорании на 1 кг бензина затрачивается лишь 11-12 кг воздуха, смесь называют богатой и α

Коэффициентом использования тепла — часть теплотворной способности топлива, которая действительно используется для повышения энергии газов при сгорании:

где: hu – низшая теплотворная способность топлива;

Δ Q – потери тепла в процессе сгорания.

Коэффициент использования тепла всегда меньше единицы. Он тем выше, чем совершеннее смесеобразование, выше скорость распространения пламени, короче промежуток времени, затрачиваемый на сгорание

Коэффициент использования тепла, в зависимости от режима работы двигателя, изменяется в карбюраторных двигателях в пределах 0.85–0.95, в дизельных от 0.7 до 0.9.

При полном сгорании жидкого топлива, когда α≥ 1, образуются следующие основные продукты сгорания: CO2 и Н2О – продукты полного сгорания углерода и водорода, содержащихся в топливе, N2 – азот воздуха и O2 – свободный кислород воздуха.

Что такое рабочее тело двигателя внутреннего сгорания

Тепловым двигателем называется устройство, способное превращать полученное количество теплоты в механическую работу. Механическая работа в тепловых двигателях производится в процессе расширения некоторого вещества, которое называется рабочим телом . В качестве рабочего тела обычно используются газообразные вещества (пары бензина, воздух, водяной пар). Рабочее тело получает (или отдает) тепловую энергию в процессе теплообмена с телами, имеющими большой запас внутренней энергии. Эти тела называются тепловыми резервуарами .

Как следует из первого закона термодинамики, полученное газом количество теплоты полностью превращается в работу при изотермическом процессе, при котором внутренняя энергия остается неизменной ():

.

Но такой однократный акт преобразования теплоты в работу не представляет интереса для техники. Реально существующие тепловые двигатели (паровые машины, двигатели внутреннего сгорания и т. д.) работают циклически . Процесс теплопередачи и преобразования полученного количества теплоты в работу периодически повторяется. Для этого рабочее тело должно совершать круговой процесс или термодинамический цикл , при котором периодически восстанавливается исходное состояние. Круговые процессы изображаются на диаграмме () газообразного рабочего тела с помощью замкнутых кривых (рис. 3.11.1). При расширении газ совершает положительную работу , равную площади под кривой , при сжатии газ совершает отрицательную работу , равную по модулю площади под кривой . Полная работа за цикл на диаграмме () равна площади цикла. Работа положительна, если цикл обходится по часовой стрелке, и отрицательна, если цикл обходится в противоположном направлении.

Общее свойство всех круговых процессов состоит в том, что их невозможно провести, приводя рабочее тело в тепловой контакт только с одним тепловым резервуаром. Их нужно, по крайней мере, два. Тепловой резервуар с более высокой температурой называют нагревателем , а с более низкой – холодильником . Совершая круговой процесс, рабочее тело получает от нагревателя некоторое количество теплоты и отдает холодильнику количество теплоты . Полное количество теплоты , полученное рабочим телом за цикл, равно

.

При обходе цикла рабочее тело возвращается в первоначальное состояние, следовательно, изменение его внутренней энергии равно нулю (). Согласно первому закону термодинамики,

.

Отсюда следует:

.

Коэффициент полезного действия указывает, какая часть тепловой энергии, полученной рабочим телом от «горячего» теплового резервуара, превратилась в полезную работу. Остальная часть () была «бесполезно» передана холодильнику. Коэффициент полезного действия тепловой машины всегда меньше единицы (). Энергетическая схема тепловой машины изображена на рис. 3.11.2.

В двигателях, применяемых в технике, используются различные круговые процессы. На рис. 3.11.3 изображены циклы, используемые в бензиновом карбюраторном и в дизельном двигателях. В обоих случаях рабочим телом является смесь паров бензина или дизельного топлива с воздухом. Цикл карбюраторного двигателя внутреннего сгорания состоит из двух изохор (, ) и двух адиабат (, ). Дизельный двигатель внутреннего сгорания работает по циклу, состоящему из двух адиабат (, ), одной изобары () и одной изохоры (). Реальный коэффициент полезного действия у карбюраторного двигателя порядка 30 %, у дизельного двигателя – порядка 40 %.

Читать еще:  Шум в двигателе ваз 21074 причины

В 1824 году французский инженер С. Карно рассмотрел круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат, который сыграл важную роль в развитии учения о тепловых процессах. Он называется циклом Карно (рис. 3.11.4).

Цикл Карно совершает газ, находящийся в цилиндре под поршнем. На изотермическом участке () газ приводится в тепловой контакт с горячим тепловым резервуаром (нагревателем), имеющим температуру . Газ изотермически расширяется, совершая работу , при этом к газу подводится некоторое количество теплоты . Далее на адиабатическом участке () газ помещается в адиабатическую оболочку и продолжает расширяться в отсутствие теплообмена. На этом участке газ совершает работу . Температура газа при адиабатическом расширении падает до значения . На следующем изотермическом участке () газ приводится в тепловой контакт с холодным тепловым резервуаром (холодильником) при температуре . Происходит процесс изотермического сжатия. Газ совершает работу и отдает тепло , равное произведенной работе . Внутренняя энергия газа не изменяется. Наконец, на последнем участке адиабатического сжатия газ вновь помещается в адиабатическую оболочку. При сжатии температура газа повышается до значения , газ совершает работу . Полная работа , совершаемая газом за цикл, равна сумме работ на отдельных участках:

.

На диаграмме () эта работа равна площади цикла.

Процессы на всех участках цикла Карно предполагаются квазистатическими. В частности, оба изотермических участка (1–2 и 3–4) проводятся при бесконечно малой разности температур между рабочим телом (газом) и тепловым резервуаром (нагревателем или холодильником).

Как следует из первого закона термодинамики, работа газа при адиабатическом расширении (или сжатии) равна убыли его внутренней энергии. Для 1 моля газа

,

где и – начальная и конечная температуры газа.

Отсюда следует, что работы, совершенные газом на двух адиабатических участках цикла Карно, одинаковы по модулю и противоположны по знакам

.

По определению, коэффициент полезного действия цикла Карно есть

Любой участок цикла Карно и весь цикл в целом может быть пройден в обоих направлениях. Обход цикла по часовой стрелке соответствует тепловому двигателю, когда полученное рабочим телом тепло частично превращается в полезную работу. Обход против часовой стрелки соответствует холодильной машине , когда некоторое количество теплоты отбирается от холодного резервуара и передается горячему резервуару за счет совершения внешней работы . Поэтому идеальное устройство, работающее по циклу Карно, называют обратимой тепловой машиной .

В реальных холодильных машинах используются различные циклические процессы. Все холодильные циклы на диаграмме () обходятся против часовой стрелки. Энергетическая схема холодильной машины представлена на рис. 3.11.5.

Что такое рабочее тело двигателя внутреннего сгорания

Поршневой двигатель внутреннего сгорания. Среди способов увеличения КПД тепловых двигателей один оказался особенно плодотворным. Сущность его состояла в устранении части потерь теплоты перенесением места сжигания топлива и нагревания рабочего тела внутрь цилиндра. Отсюда и происхождение названия

«двигатель внутреннего сгорания». Естественно, что для двигателей внутреннего сгорания наиболее удобным видом топлива является газообразное или жидкое топливо.

Первый двигатель внутреннего сгорания был создан в 1860 г. французским инженером Этьеном Ленуаром. Этот двигатель не имел трубы, топки и котла, но в основном конструктивно не отличался от паровой машины. Вместо пара в цилиндр при движении поршня засасывалась смесь светильного газа и воздуха. Когда поршень проходил расстояние, равное половине своего хода, закрывался впускной клапан и горючая смесь воспламенялась электрической искрой. Под давлением продуктов сгорания поршень двигался дальше, совершая рабочий ход. В конце рабочего хода открывался выпускной клапан и поршень при обратном ходе выталкивал продукты сгорания из цилиндра.

КПД первого двигателя внутреннего сгорания был 3,3% — меньше, чем у современных ему паровых машин. Однако новые двигатели вскоре были значительно усовершенствованы. В 1862 г. французским инженером Боде Роша было предложено использовать в двигателе внутреннего сгорания четырехтактный цикл: 1) всасывание, 2) сжатие, 3) горение и расширение, 4) выхлоп. Эта идея была использована немецким изобретателем

Н. Отто, построившим в 1878 г. первый четырехтактный газовый двигатель внутреннего сгорания. КПД этого двигателя достигал 22%, что превосходило значения, полученные при использовании двигателей всех предшествующих типов.

Карбюраторный двигатель. Развитие нефтяной промышленности в конце XIX в. дало новые виды топлива — керосин и бензин. В бензиновом двигателе для более полного сгорания топлива перед пуском в цилиндр его смешивают с воздухом в специальных смесителях, называемых карбюраторами. Воздушно-бензиновую смесь называют горючей смесью.

Бензин представляет собой смесь нескольких соединений, близких по своим химическим и физическим свойствам. Химические реакции, происходящие при сжигании бензина, можно рассмотреть на таком примере:

Из этого уравнения следует, что теоретически полное сгорание топлива в бензиновом двигателе происходит тогда, когда в воздушно-бензиновой смеси на каждую молекулу бензина приходится 9 молекул кислорода. Оценим, каким же должно быть при этом соотношение масс воздуха и бензина в поступающей в цилиндр горючей смеси. Если в смеси на одну молекулу бензина приходится одна молекула кислорода, то отношение масс бензина и кислорода должно быть равно отношению их молярных масс:

Но На долю кислорода по массе в воздухе приходится лишь 23%, следовательно, в воздушно-бензиновой смеси, в которой на одну молекулу бензина приходится 9 молекул кислорода, должно быть следующее соотношение масс паров бензина и воздуха:

Мы получили, что для полного сгорания в составе смеси на один килограмм бензина должно приходиться не менее пятнадцати килограмм воздуха.

Это означает, что рабочим телом в двигателях внутреннего сгорания фактически является воздух, а не пары бензина. В отличие от паровых машин здесь топливо сжигается для нагревания газа, а не для превращения жидкости в пар. Правда, наряду с нагреванием воздуха происходит и частичное изменение его состава: вместо молекул кислорода появляется несколько большее количество молекул углекислого газа и водяного пара. Азот, составляющий более 3/4 воздуха, испытывает лишь нагревание.

При движении поршня от верхнего положения до нижнего через впускной клапан происходит засасывание горючей смеси в цилиндр (рис. 32). Этот процесс происходит при постоянном давлении. При обратном ходе поршня начинается сжатие горючей смеси. Сжатие происходит быстро, и поэтому процесс близок к адиабатическому. На диаграмме ему соответствует участок АВ (рис. 33).

Рис. 32. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания

Рис. 33. Диаграмма рабочего цикла карбюраторного двигателя внутреннего сгорания

Читать еще:  Двигатель huter 152f ohv характеристики

В конце такта сжатия происходит воспламенение горючей смеси электрической искрой. Быстрое сгорание паров бензина сопровождается передачей рабочему телу — воздуху — количества тепла резким возрастанием температуры и давления воздуха и продуктов сгорания. За короткое время горения смеси поршень практически не изменяет своего положения в цилиндре, поэтому процесс нагревания газа в цилиндре можно считать изохорическим и изобразить его на диаграмме участком

Под действием высокого давления поршень далее совершает рабочий ход от верхнего положения до нижнего. Этот процесс расширения рабочего тела от объема до объема близок к адиабатическому, ему соответствует на диаграмме адиабата

В конце рабочего такта открывается выпускной клапан и рабочее тело соединяется с окружающей атмосферой. Выпуск отработанных газов сопровождается передачей количества тепла окружающему воздуху, играющему роль охладителя.

При длительной работе двигателя описанный цикл повторяется многократно. Но перед началом каждого цикла необходимо освободить цилиндр от продуктов сгорания, не содержащих кислорода, и произвести всасывание горючей смеси. Это осуществляется во время двух подготовительных тактов выхлопа и всасывания.

Для поршневых двигателей внутреннего сгорания важной характеристикой, определяющей полноту сгорания топлива и значительно влияющей на величину КПД, является степень сжатия горючей смеси:

где и — объемы в начале и в конце сжатия. С увеличением степени сжатия возрастает начальная температура горючей смеси в конце такта сжатия, что способствует более полному ее сгоранию. У современных карбюраторных двигателей обычно составляет 8—9. Дальнейшему увеличению степени сжатия препятствует самовоспламенение (детонация) горючей смеси, происходящее еще до того, как поршень достигнет верхней мертвой точки. Это явление оказывает разрушающее действие на двигатель и снижает его мощность и КПД. Достигнуть указанных степеней

сжатия без детонации удалось увеличением скорости движения поршня при повышении числа оборотов двигателя до 5—6 тыс. об/мин и применением бензина со специальными антидетонационными присадками.

Двигатель Дизеля. Для дальнейшего повышения КПД двигателя внутреннего сгорания в 1892 г. немецкий инженер Рудольф Дизель предложил использовать еще большие степени сжатия рабочего тела и расширение при постоянной температуре. Однако при испытаниях опытных образцов двигателей Дизелю пришлось отказаться от второй идеи, заменив процесс расширения при постоянной температуре предлагавшимся ранее процессом расширения при постоянном давлении.

Высокая степень сжатия без детонации достигается в двигателе Дизеля за счет того, что сжатию подвергается не горючая смесь, а только воздух. По окончании процесса сжатия в цилиндр впрыскивается горючее. Для его зажигания не требуется никакого специального устройства, так как при высокой степени адиабатического сжатия воздуха его температура повышается до 600-700 °С. Горючее, впрыскиваемое с помощью топливного насоса через форсунку, воспламеняется при соприкосновении с раскаленным воздухом.

Подача топлива управляется особым регулятором, в результате чего процесс горения протекает не столь кратковременно, как в карбюраторном двигателе, а происходит более длительное время. Поэтому часть процесса расширения, пока осуществляется подача топлива, происходит изобарически, а затем адиабатически. При обратном движении поршня осуществляется выхлоп. Диаграмма цикла в двигателе Дизеля представлена на рисунке 34.

Современные дизели имеют степень сжатия и КПД около 40%. Более высокий коэффициент полезного действия дизельных двигателей обусловлен тем, что вследствие более высокой степени сжатия начальная температура горения смеси (480—630 °С) у них выше, чем у карбюраторных двигателей (330—480 °С). Этим обеспечивается более полное сгорание дизельного топлива.

Другая причина более низкого КПД карбюраторного двигателя заключаемся в маломощном, недостаточно эффективном «точечном» искровом зажигании. Ранее указывалось, что для сгорания 1 кг бензина требуется около 15 кг воздуха. Казалось бы,

Рис. 34. Диаграмма рабочего цикла двигателя Дизеля

увеличение количества воздуха в цилиндре, или, как говорят, обеднение смеси, должно улучшить сгорание бензина и повысить экономичность двигателя. Однако при избытке воздуха более чем на 10—15% горение смеси происходит недостаточно быстро, а при избытке воздуха на 20—25% бензиново-воздушная смесь вообще не воспламеняется. Работу двигателя на экономичной обедненной смеси не обеспечивает искровой способ зажигания. Объем, занимаемый искрой, очень мал по сравнению с объемом цилиндра, и за время рабочего хода поршня весь бензин не успевает вступить в соединение с кислородом. Поэтоку бензиновые двигатели обычно работают на обогащенной смеси, в которой из-за недостатка кислорода бензин не можсг сгореть полностью. Это приводит к снижению их КПД.

Дизельные двигатели работают на обедненной смеси. Более полное сгорание топлива в дизельном двигателе приводит к повышению его КПД и уменьшению токсичности выхлопных газов.

Двигатель Ванкеля. Патент на роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания немецкий инженер Феликс Ванкель получил в 1929 г., однако первый работоспособный роторный двигатель был построен лишь в 1957 г. В настоящее время серийное производство автомобилей с роторными двигателями осуществляется в ряде стран.

Большой интерес к новому двигателю внутреннего сгорания вполне обоснован. В роторном двигателе возвратно-поступательное движение поршня заменяется непрерывным вращательным движением ротора. Это уменьшает механические нагрузки и обусловливает плавность работы двигателя.

Устройство роторного двигателя представлено на рисунке 35. Трехгранный ротор 1 вращается на подшипнике, установленном между эксцентриковым валом 2 и ротором, внутри рабочей полости 3 сложной формы. Форма рабочей полости такова, что при вращении ротора его грани непрерывно скользят по поверхности рабочей полости. При вращении ротора между ним и поверхностью рабочей полости образуются три камеры сгорания (см. цветную вклейку II). Рабочая смесь всасывается в камеру (1—2—3—4), затем сжимается (5—6), воспламеняется (7), расширяется (8—9) и выпускается (10-11-12-13). Для того чтобы сжатая смесь не выходила в соседнюю камеру, грани ротора герметизированы уплотнителями.

При вращении ротора происходит зацепление его шестерни с неподвижной шестерней на стенке 4. Движение ротора в рабочей полости вызывает вращение эксцентрикового вала. Соотношение числа зубьев шестерен 2/3 приводит к тому, что вал вращается в три раза быстрее ротора.

Главные достоинства «ванкеля» — компактность, использование почти вдвое меньшего количества деталей, чем в поршневом двигателе, хорошая уравновешенность. Масса и размеры роторного двигателя в два-три раза меньше, чем у поршневого двигателя такой же мощности.

Рис. 35. (см. скан) Внешний вид (а) и основные детали (б) двигателя Ванкеля: 1 — ротор; 2 — эксцентриковый вал; 3 — корпус с рабочей полостью; 4 — боковая крышка о неподвижной шестерней

Однако есть у роторного двигателя и серьезные недостатки: повышенный расход топлива (на 20—30% выше, чем в поршневом двигателе), более сложная технология изготовления основных деталей.

Термодинамические процессы в двигателях внутреннего сгорания

Цель работы: Изучение термодинамических процессов в ДВС.

Читать еще:  Густое топливо и работа двигателя

План проведения занятия:

1. Рассмотрение теоретических сведений

2. Решение примеров.

3. Ответы на контрольные вопросы

Краткие теоретические сведения

Тепловой двигатель – превращает теплоту в работу. Необходимая для перевода в работу теплота получается при сгорании жидких, твердых или газообразных топлив. В зависимости от места сгорания топлива различают:

· двигатели внешнего сгорания (паровые машины и турбины) –сгорание внетепловой машины

· двигатели внутреннего сгорания — процесс сгорания осуществляется в рабочемпространстве машины.

Карно указал на возможность создания ДВС(1824г.).

Ленуар (1860 г.) построил первый ДВС, работающий на светильном газе, но без предварительного сжатия рабочего тела (низкий КПД). Отто построил бензиновый двигатель(1877г.).

Дизель разработал двигатель,работающий на керосине,который распылялся в цилиндре

воздухом высокого давления от компрессора (1897 г.).

Тринклер построил безкомпрессорный двигатель со смешанным сгоранием топлива(1904г.). Этот двигатель получил самое широкое распространение во всем мире.

Реальные и идеальные циклы .

Рабочим телом в ДВС являются в начале воздух или смесь воздуха с топливом, а в конце – смесь газов, образовавшаяся при сгорании топлива. Теплота к рабочему телу подводится от сжигаемого топлива внутри цилиндров двигателя, в которых расширяющийся от нагревания газ перемещает поршень. Полученная газом энергия частично расходуется на совершение механической работы, остальная часть отдается окружающей среде.

Основные элементы поршневого ДВС — цилиндр 1 с поршнем 2, возвратно-поступательное движение которого преобразуется во вращательное движение коленчатого вала 8 с помощью кривошипно-шатунного механизма 6, 7 (рис. 6.1). В верхней части цилиндра размещены впускной 4 и выпускной 5 клапаны, приводимые в движение от главного вала двигателя, а также свеча зажигания 3 топливной смеси (или форсунка для распыления топлива). Помимо этого у ДВС имеются механизм газораспределения, системы питания топливом, зажигания, смазки, охлаждения и регулирования (на рисунке не показаны).

Рис. 6.1. Схема поршневого ДВС

Мертвые точки — два крайних положения в возвратно-поступательном движении поршня:

верхнее и нижнее, в которых поршень меняет направление движения на обратное.

Ход поршня S-расстояние между мертвыми точками Такт перемещение поршня из ВМТ в НМТ или наоборот.

Рабочий объем цилиндра-внутренний объем цилиндра в пределах хода поршня. Камера сгорания — часть объема цилиндра,заключенная между крышкой и торцомпоршня, находящегося в ВМТ.

Рабочая смесь — смесь распыленного в воздухе топлива,предназначенного для сжигания.Процесс приготовления рабочей смеси – смесеобразование. По способу приготовления горючей смеси ДВС подразделяются на две группы:

· внешнее смесеобразование — карбюраторные и газовые двигатели. Рабочая смесь приготавливается в специальном устройстве – карбюраторе (при работе на бензине или керосине) или смесителе (при работе на газовом топливе). В этом случае в камеру сгорания подается уже готовая рабочая смесь, которая воспламеняется принудительно от электрической искры (свечи зажигания).

· внутреннее смесеобразование — приготовление рабочей смеси происходит внутри рабочего цилиндра, куда воздух и топливо подаются раздельно. Сначала поршень сжимает чистый воздух до давления 3-4 МПа, вследствие чего его температура в конце сжатия достигает 600-650 ° С, затем в камеру сгорания через форсунку впрыскивается жидкое топливо (дизельное или моторное), которое воспламеняется

при смешении с раскаленным воздухом.

По способу осуществления цикла ДВС могут быть двух- и четырехтактными. В четырехтактном двигателе рабочий цикл осуществляется за четыре хода поршня(такта),т.е. за два оборота вала, а в двухтактном двигателе – за два хода (такта) поршня, т.е.

один оборот коленчатого вала.

Индикаторная диаграмма -диаграмма,в которой дается изменение давления в цилиндрев зависимости от положения поршня (объема) за весь цикл.

Рис. 6.2. Действительная индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя.

0-1 – заполнение цилиндра воздухом (при внутреннем смесеобразовании) или рабочей

смесью (при внешнем смесеобразовании) при давлении несколько ниже атмосферного из-

за гидродинамического сопротивления впускных клапанов и всасывающего трубопровода,

1-2 – сжатие воздуха или рабочей смеси,

2-3′-3 – период горения рабочей смеси,

3-4 – рабочий ход поршня (расширение продуктов сгорания), совершается механическая работа,

4-5 – выхлоп отработавших газов, падение давления до атмосферного происходит практически при постоянном объеме,

5-0 – освобождение цилиндра от продуктов сгорания.

В реальных тепловых двигателях преобразование теплоты в работу связано с протеканием сложных необратимых процессов (трение, химические реакции в рабочем теле, конечные скорости поршня, теплообмен и др.) Термодинамический анализ такого цикла невозможен.

Теоретические циклы -обратимые термодинамические процессы,допускающиеприменение для их анализа термодинамических методов

Допущения, используемые для теоретических циклов:

1) циклы замкнуты (в действительности продукты сгорания удаляются в атмосферу, а на их место поступает новое рабочее тело).

2) Рабочее тело – идеальный газ с постоянной теплоемкостью.

3) Подвод теплоты осуществляется от внешних источников теплоты, а не за счет сжигания топлива (аналогично отвод теплоты).

4) Механические потери (трение, потери теплоты) отсутствуют.

5) Процессы 0-1 и 5-0 исключают из рассмотрения, т.к. работа в них практически одинаковая, только имеет разный знак.

Анализ циклов тепловых двигателей проводится в два этапа: анализируется — эффективность теоретического (обратимого) цикла,

— реальный (необратимый) цикл с учетом основных источников необратимости.

Для ДВС рассматривают следующие основные циклы:

а) цикл Отто — подвод теплоты при постоянном объеме (v = const);

б) цикл Дизеля — подвод теплоты при постоянном давлении (р = const); в) цикл Тринклера — смешанный подвод теплоты при v =const и р=const.

Цикл со смешанным подводом теплоты – цикл Тринклера – характерен для бескомпрессорных двигателей тяжелого топлива. Особенности: механическое распыление

горючего (с помощью плунжерного насоса), внутреннее смесеобразование, самовоспламенение от сжатого до высокой температуры воздуха. Это теоретический цикл всех современных транспортных и стационарных дизелей.

Рис. 6.3. Цикл Тринклера. Рабочая (pv) и тепловая (Ts) диаграммы.

1-2 – адиабатное сжатие,

2-3 – изохорный подвод теплоты,

3-4 – изобарный подвод теплоты,

4-5 – адиабатное расширение,

5-1 – изохорный отвод теплоты.

процесса сжатия 1-2

изохорного подвода теплоты

изобарного подвода теплоты

При анализе считают известными: состояние рабочего тела в т.1 (Т1, p1) и характеристики

цикла ε, λ, ρ. Вместо одной из характеристик может быть задана максимальная

температура или максимальное давление.

Расчет цикла заключается в определении:

· параметров состояния рабочего тела в характерных точках цикла (p, T, v),

· энергетических характеристик цикла: подводимой удельной теплоты q1, отводимой удельной теплоты q2, цикловой работы lц и термического КПД цикла

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector