Розділ 1 двигуни внутрішнього згоряння (двз)

1. Ідеальні цикли двз

Двигунами внутрішнього згоряння називають теплові двигуни, в яких процеси згоряння палива відбуваються безпосередньо всередині робочого циліндра двигуна, а робочим тілом є газоподібні продукти згоряння палива. Робота двигуна з вихлопом в довкілля умовно описується ізохорним відведенням тепла, а залежно від способу підведення тепла виділяють три групи зразкових циклів ДВЗ:

1) цикл з підведенням тепла при сталому об’ємі =const (цикл Отто);

2) цикл з підведенням тепла при сталому тиску р=const (цикл Дизеля);

3) цикл з мішаним підведенням тепла (частково при =const і частково при р=const) – цикл Сабате.

Рисунок 1.1

Цикл з підведенням тепла при сталому об’ємі (рис. 1.1) складається з двох адіабат (процеси стиснення 1-2 і розширення 3-4 робочого тіла) та двох ізохор (підведення 2-3 та відведення 4-1 тепла). Він характеризується такими основними параметрами: - ступінь стиснення і - ступінь підвищення тиску.

Кількість підведеного в циклі тепла

.

5

Кількість відведеного тепла

.

Корисна робота циклу

.

Термічний коефіцієнт корисної дії циклу визначається за загальними співвідношеннями

.

Середній індикаторний тиск визначається за формулою

.

Цикл з ізобарним підведенням тепла (рис. 1.2) складається з двох адіабат (процеси стиснення 1-2 і розширення 3-4), ізобари 2-3 - підведення тепла q_1p та ізохори 4-1 - відведення тепла q_1v.

Рисунок 1.2

Цикл має такі характеристичні параметри: - ступінь стиснення і - ступінь попереднього розширення.

Кількість підведеного тепла в циклі

,

кількість відведеного тепла в циклі

.

6

Корисна робота циклу

.

Термічний коефіцієнт корисної дії циклу

середній індикаторний тиск

Цикл з мішаним підведенням тепла (рис. 1.3) складається з двох адіабат (процеси стиснення 1-2 та розширення 4-5), ізохори 2-3 підведення тепла . Цей цикл має такі основні характеристики:

ступінь стиснення , ступінь підвищення тиску внаслідок ізохорного підведення тепла і ступінь попереднього розширення при ізобарному підведенні тепла .

Рисунок 1.3

Кількість підведеного тепла

кількість відведеного тепла

корисна робота циклу

,

7

термічний ККД

середній індикаторний тиск

.

Рівняння енергобалансу ідеального ДВЗ

,

де витрата робочого тіла, кг/с;

- витрата палива, кг/с;

- теплота згоряння палива, кДж/кг.

Питомі витрати тепла і палива

,

.

1.2 Характеристики реальних двз

Індикаторна потужність, кВт, багатоциліндрового двигуна внутрішнього згоряння

де - робочий об’єм циліндра, м³;

D – діаметр циліндра, м; S – хід поршня, м;

- середній індикаторний тиск в дійсному циклі, кПа;

- відносний індикаторний (внутрішній) ККД;

n – число обертів колінчастого вала, об/с;

z – число циліндрів;

 - тактність робочого процесу двигуна (для чотиритактного  =2, двотактного =1).

8

Ефективна потужність ДВЗ, кВт:

де _м – механічний ККД двигуна;

- середній ефективний тиск, кПа.

Коефіцієнти потужності ДВЗ:

індикаторний ;

ефективний ;

відносний внутрішній ККД ;

механічний ККД

Основні розміри ДВЗ:

діаметр циліндра двигуна, м:

де вибирається з умови, щоб середня швидкість пересування поршня для стаціонарних двигунів становила 5-6 м/с і для транспортних 8-12 м/с; хід поршня м; - кутова швидкість вала, рад/с.

Питомі витрати тепла (q_e) і палива (в_е) такі:

,

.