167

3. Циклы поршневых двигателй внутреннего сгорания (двс)

3.1. Принцип действия двс

Рабочим телом ДВС являются продукты сгорания углеводородных топлив в воздушной окислительной среде. При этом топливо может быть как в жидкой (бензин, дизтопливо), так и газовой фазе.

Тепло к рабочему телу подводится в камере сгорания цилиндра в процессе протекания химических окислительно-восстановительных реакций экзотермического характера (в процессе сгорания).

Существующие поршневые двигатели внутреннего сгорания подразделяются на:

– двигатели с подводом тепла в цикле при постоянном объёме, это идеальный цикл ДВС с изохорным подводом тепла или цикле Отто;

– двигатели с изобарным подводом тепла или идеальный цикл Дизеля;

– двигатели с изохорно-изобарным процессом подвода тепла или цикл со смешанным подводом тепла (цикл Тринклера).

При ходе поршня (цикл с подводом при ) (рис. 3.1a) слева направо от верхней (ВМТ) к нижней (НМТ) мёртвой точке давление падает и, начиная с некоторого момента, впускной клапан открывается и в цилиндр над поршнем начинает поступать подготовленная в специальном устройстве карбюраторе топливовоздушная смесь. Линия ab на индикаторной диаграмме.

После прохождения НМТ поршень перемещается справа налево, давление возрастает, впускной клапан закрывается и идёт процесс сжатия смеси bc. В точке c клапан закрывается. Подается искра зажигания, топливо воспламеняется и практически сгорает при постоянном объёме . Клапаны закрыты. В конце процесса сгорания поршень движется под действием возросшего давления от ВМТ к НМТ, совершая рабочий ход, при котором с коленчатого вала двигателя снимается полезная мощность – процесс. При прохождении района НМТ открывается выпускной клапан, отработавшие газы, процессвыбрасываются в окружающую среду, практически при небольшом превышении атмосферного давления. Затем цикл повторяется.

На рис. 3.4 б показана теоретическая индикаторная диаграмма цикла со смешанным подводом тепла. Отличие состоит в том, что в цилиндр засасывается не топливовоздушная смесь, а чистый воздух. Степень сжатия настолько велика, что в конце этого цикла температура достигает величины температуры самовоспламенения ~ 600 – 650 ºС, превышая её в конце процесса сжатия. При приближении поршня к ВМТ впрыскивается топливо, подводимое к форсункам под большим давлением (10 – 100 МПа). Распыленное форсункой дизельное топливо, соприкасаясь в горячим воздухом самовозгорается. При этом часть горючего сжигается практически при постоянном объёме, а затем другая часть догорает при постоянном давлении, когда поршень уже перемещается от ВМТ к НМТ. В точке d подача топлива прекращается и поршень, продолжая перемещаться, совершает работу, передаваемую шатуном на коленчатый вал.

а) б)

Рис. 3.1. Индикаторные диаграммы циклов с подводом тепла при –а

и –б

Индикаторную диаграмму нельзя отождествлять с -диаграммой рабочего цикла, однако, введя определённые допущения её можно заменить идеальным термодинамическим циклом работы ДВС, состоящим из обратимых термодинамических процессов. Процесс наполнения цилиндра и процесс выхлопа отработавших газов вносят несущественный вклад в баланс энергии и имеют противоположные знаки по механической работе и при малом гидравлическом сопротивлении впускного и выпускного клапанов их в общем цикле можно не учитывать. Процессы сгорания можно заменить соответствующими процессами подвода тепла извне, изохорными или изобарными.

Вместо процесса выхлопа будем считать, что в цикле реализуется процесс изобарного отвода тепла обратимым путём. Процессы сжатия и расширения считаем адиабатными.