10.Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания (двс)

Топливо сжигают внутри цилиндра (нескольких) ,его снаружи охлаждают водой (антифризом).

В 1862г. французы Ленуар и Бо-де Роша построили и взяли патент на двигатель, работающий на светильном газе с к.п.д. паровой машины (паровоза) - 3-5 %. В 1877г. немец Отто реализовал двигатель со сжиганием бензина при постоянном объеме (нужны свечи зажигания). В 1897г. немец Дизель – при постоянном высоком давлении (без свечей , но с компрессором для предварительного сжатия воздуха),топливо – керосин . В 1904г. русский инженер Г. В. Тринклер (и Сабатэ, как и у Попова в радио , есть свой “ Маркони”) предложил безкомпрессорный двигатель со смешанным сгоранием топлива, сначала при постоянном объеме, затем - давлении .

В цикле Карно при Т₁ ≈2100К и при Т₂ ≈290К (≈0⁰С) давление было бы очень велико , р₁≥300МПа , а на выходе потребовалось бы расширение не менее ,чем в 400 раз, т.е. увеличение длины канала (цилиндра). Цикл Карно практически неосуществим , но можно к нему приблизиться.

Эффективность любого процесса оценивают произвед ением к.п.д. процесса на к.п.д. двигателя процесса ( его способности к воспроизведению всех своих компонентов, включая в том числе и другие свойства …). В данном случае Ƞ_эфф = Ƞ_t * Ƞ_д .

На рисунках внизу представлен цикл со смешанным подводом теплоты (Тринклера – Сабате).

Его термический коэффициент полезного действия после подстановки в (3.4) выражений для подведенной и отведенной теплоты , q₁ =( q₁^/ +q₁^// ) и q₂ в соответствующих процессах

Ƞ_tvp = 1 - (𝜆ρ^к-1)/ε^к-1[( 𝜆-1) +к𝜆(ρ – 1)], …(10.1) где ε = v₁ /v₂ – степень адиабатного сжатия , ρ = v₃ /v₂ – изобарного (предварительного) расширения , 𝜆 = p₃ /p₂ – повышения давления в изохорическом процессе . При ρ = 1 или 𝜆 =1 это процессы с подводом тепла при постоянном объеме или при постоянном давлении (т. е. циклы двигателей Отто или Дизеля ). Их термические к.п.д. соответственно

Ƞ_tv =1 - 1/ε^k-1 , ...(10.2)

Ƞ_tp =1 –[ ( ρ^к-1)/k(ρ-1)](1/ε^k-1). …(10.3) (Из (10.3) при ρ=1 получается опять и (10.2)).

Степень сжатия у двигателей с подводом тепла по изохоре ε =(6-10) и не более , иначе произойдет преждевременное воспламенение топлива еще до прихода поршня в верхнюю мертвую точку … . В цикле с изобарным подводом теплоты степень сжатия может быть ≈ в два раза больше.

При одинаковой степени сжатия (ε_v =ε_vp =ε_p ) термические к.п.д. находятся в соотношении

Ƞ _tv >Ƞ_tvp >Ƞ_tp , …( 10.4) термический к.п.д. цикла со смешанным подводом тепла занимает промежуточное положение.

Но , сравнивать циклы надо при одинаковых условиях ,т. е. при одинаковых максимальных давлениях и температурах. И тогда, в соотношении (10.4) знак > следует сменить на обратный ,!!!. Особых комментариев это не требует: двигатель Дизеля дороже , но экономичнее.

В настоящее время коэффициенты полезного действия ДВС лежат в диапазоне (45 – 55)% .