7. Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания

Двигатели, в которых процесс сгорания осуществляется в рабочем пространстве машины, называют двигателями внутреннего сгорания.

При исследовании термодинамических циклов двигателей внутреннего сгорания полагают:

1) Циклы замкнуты;

2) Рабочее тело – идеальный газ с постоянной теплоемкостью;

3) Процесс сгорания заменяется обратимым процессом подвода теплоты;

4) Процесс отвода теплоты заменяется обратимым процессом;

5) Механические и тепловые потери отсутствуют.

Цель изучения идеальных циклов – необходимость оценки совершенства действительных тепловых процессов, происходящих в двигателях , а также факторов, влияющих на экономичность двигателя и величину развиваемой им работы.

7.1 Цикл с подводом теплоты при V= const. (Цикл Отто)

Представим цикл с подводом теплоты при V= const в PV и PS – диаграммах.

Цикл состоит из:

1) адиабатного сжатия a-c;

2) изохорного подвода теплоты c-z;

3) адиабатного расширения z-e;

4) изохорного отвода теплоты e-a.

Этот цикл был предложен Отто для двигателей с искровым зажиганием.

Введем обозначения:

- степень сжатия;

- степень повышения давления.

Определим параметры в основных точках цикла.

Точка c:

, ;

, .

Точка z:

, ;

, .

Точка e:

, ;

, .

Определим термический КПД цикла:

.

;

;

,

;

.

Анализируя результаты расчета видим, что : с ; с ; с .

Следовательно, > нецелесообразен , т. к. значителен, а незначителен .

, однако вызывает появление самовоспламенения смеси и детонация .

Следовательно , ограничен сортом топлива , антидетанационными свойствами.

7.2 Цикл с подводом теплоты при Р = const. (Цикл Дизеля)

Двигатели работающие по такому циклу называются дизелями . Цикл предложен Дизелем :

Идеальный цикл Дизеля представлен на рисунке в PV и ТS – диаграммах.

Цикл состоит из:

1. адиабатного сжатия a-c;

2. изобарного подвода теплоты c-z;

3. адиабатного расширения z-e;

4. изохорного отвода теплоты e-a.

Введем обозначения:

- степень сжатия;

- степень предварительного расширения.

Определим параметры в основных точках цикла.

Точка c:

, ;

, .

Точка z:

;

, .

Точка e:

,

,

Подведенная теплота равна:

.

Отведенная теплота равна:

.

Термический КПД равен:

,

.

Работа цикла равна:

.

Анализируя полученные формулы, видим, что:

с с

если с

следовательно, с

Сравним и при одинаковых и и различных .

;

; >

Следовательно, цикл Дизеля при больших степенях сжатия выгоднее , чем цикл Отто.

7.3. Цикл со смешанным подводом теплоты

Подвод теплоты осуществляется при V= const , затем при Р = const.

Использует положительные свойства цикла Отто и Дизеля.

Процесс сгорания осуществляется сначала в форкамере с ростом давления, затем продолжается в цилиндре при постоянном давлении.

Представим цикл в PV и ТS – диаграммах.

Цикл состоит из:

1. адиабатного сжатия a-c;

2. изохорного подвода теплоты c-z;

3. изобарного подвода теплоты z-z;

4. адиабатного расширения z-e;

5. изохорного отвода теплоты e-a.

Введем обозначения:

- степень сжатия;

- степень повышения давления;

- степень предварительного расширения.

Определим параметры в основных точках цикла.

Точка c:

, ;

, .

Точка z:

, ;

, .

Точка z:

;

, .

Точка e:

,

, ,

.

Термический КПД цикла.

;

;

;

;

,

.

При , цикл обращается в цикл с подводом теплоты при

.

При , цикл обращается в цикл с подводом теплоты при p=const

.

При одинаковых конечных давлениях и температурах во всех трех циклах и одинаковом количестве отводимой теплоты имеем:

.