4.1.4. Идеальные циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания и происходящие при этом процессы

Термодинамические циклы – это круговые процессы в термодинамике, то есть такие процессы, в которых начальные и конечные параметры, определяющие состояние рабочего тела (давление, объем, температура, энтропия) совпадают.

Термодинамические циклы являются моделями процессов, происходящих в реальных тепловых машинах для превращения теплоты в механическую работу, а также для отбора теплоты от более холодного тела и передачи его более горячему (охлаждения) под действием механической работы.

Компонентами любой тепловой машины являются рабочее тело, нагреватель и холодильник, с помощью которых изменяется состояние рабочего тела.

Замкнутый процесс, представляющий собой совокупность ряда процессов, в котором последним процессом рабочее тело приводится в исходное со­стояние, называют круговым процессом или циклом. При непрерывной работе двигателя цикл постоянно повторяется.

Двигатели внутреннего сгорания разделяют на поршневые двигате­ли, газовые турбины и реактивные двигатели.

Работа поршневых двигателей внутрен­него сгорания совершается в результате то­го, что возвратно-поступательное движение поршня 2 (рис. 6), совершаемое им в ци­линдре 1 двигателя, при помощи шатуна 6 и колена 7 вала 8 преобразуется во враща­тельное движение этого вала. Создаваемый на этом валу крутящий момент использует­ся для вращения рабочих элементов механизма (электродвигателя или машины), соединенного с двигателем внут­реннего сгорания, или передается на трансмиссию.

Рис. 6. Схема устройства поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Поршень совершает возвратно-поступательное движение в резуль­тате давления, оказываемого на него продуктами сгорания вводимого в цилиндр газового или мелко распыленного жидкого топлива, отталки­вающими при расширении поршень по направлению к валу, и под воз­действием надетого на вал двигателя маховика, силы инерции которого заставляют поршень возвращаться в исходное положение.

У многоцилиндровых двигателей на один общий коленчатый вал одновременно работают несколько связанных с ним поршней, движущих­ся в одинаковые моменты времени в противоположные стороны.

Крайние положения поршня называют мертвыми точками: верхней мертвой точкой (в.м.т.) у крышки 3 цилиндра и н и ж н е й мертвой точкой (н.м.т.) в противоположном конце цилиндра. Объем V₂ цилиндра двигателя, ограниченный с одной стороны крышкой, а с дру­гой стороны - поршнем, находящимся в в.м.т., называют объемом ка­меры сжатия.

4.2. Идеальные циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания

В поршневых двигателях внутреннего сгорания применяют следую­щие циклы:

- цикл с подводом теплоты при постоянном объеме, или цикл Отто, яв­ляющийся теоретическим циклом двигателей с низкой степенью сжатия;

- цикл с подводом теплоты при постоянном давлении, или цикл Дизеля, являющийся теоретическим циклом двигателей с высокой степенью сжатия;

- цикл со смешанным подводом теплоты, или цикл Тринклера, являю­щийся теоретическим циклом двигателей с высокой степенью сжатия, не имеющих компрессора.

Эти циклы являются идеализацией действитель­ных процессов, протекающих в реальных двигателях. Сущность этой идеализации состоит в том, что действительные процессы заменяют об­ратимыми термодинамическими процессами идеальных газов, что дает возможность использовать при их анализе необходимые закономерности, полученные для идеальных газов.