Термодинамические циклы двигателя внутреннего сгорания

В тепловом двигателе энергия теплоты, преобразуется в механическую энергию.

Работа цикла поршневого двигателя равна сумме совершённых рабочим телом или над рабочим телом во всех процессах цикла.

Работающих по 4-х тактному циклу, за один цикл совершают 4 процесса. В данный процесс изображается в PV координатах, и представляет собой индикаторную диаграмму.

Индикаторная диаграмма – это линия изменения давления внутри цилиндра двигателя в зависимости, от перемещения поршня, объема рабочего тела, или угла поворота коленчатого вала.

2

3

P

q

4

1

0

V

ВМТ

НМТ

V_ВМТ- объем рабочего тела в верхней мёртвой точке

V_НМТ - объем рабочего тела в нижней мёртвой точке

P₀ - атмосферное давление

0-1процесс выпуска рабочего тела (смеси)

1-2 адиабатное сжатие

T₂=300⁰C

T₃=2000⁰C

3-4 рабочий ход поршня – адиабатное расширение рабочего тела

T₂=300⁰C

Рабочие процессы реального двигателя нельзя исследовать термодинамическим методом. Для исследования цикла термодинамическим методом вводится понятие идеального двигателя и представляет его в упрощённой форме.

4-1 – процесс отвода теплоты

В теоретической ТДЦ, а так же для возможности исследования термодинамическим методом используют следующее допущение:

1)Рабочим телом является идеальный газ.

2)Отсутствует потеря теплоты через степени цилиндра.

3)Отсутствует потеря на трение в узлах и механизмах ДВС.

4)Отсутствует потеря рабочего тела.

5)Отсутствует потеря энергии на впуске и выпуске рабочего тела: принимается, что теплота отводится мгновенно через стенки цилиндра в процессе 4-1

Результат термодинамического исследования циклов ДВС берутся за основу при конструировании двигателя и при оптимизации рабочих процессов.

Существует 3 основных термодинамических цикла, которые используются в современных ДВС.

Циклы различаются по процессу подвода теплоты:

1)Цикл Отто (1877г.) это цикл бензинового двигателя с принудительным воспламенением горючей смеси от электрической искры.

V₂=const

2)Циклы Дизеля (1897г) был предложен немецким инженером Дизеля. Цикл двигателя с высокой степенью сжатия на дизельном топливе. Отвод теплоты осуществляется при постоянном давлении.

P₂=const

Подача топлива происходит непосредственно в камеру сгорания в конце процесса сжатия происходит распыление топлива воздухом высокого давления от компрессора.

3)Цикл Тринклера (1904г) процесс подвода теплоты смешанный сначала при пост.

V_q=const P_q=const

Без компрессорный двигатель. По дальнейшему циклу, работают все современные двигатели.

Цикл состоит из 4 процессов:

2 адиабатных

2 изохорных

Характерными параметрами цикла являются:

1) - степень сжатия

2) - степень повышения давления

3) q₁ - кол-во подводимой теплоты

q₂- кол-во отводимой теплоты

P

V

B

Z

C

А

CZ – процесс подвода теплоты

Подвод теплоты осуществляется при постоянном V,т.е. практически мгновенно:

Поэтому данный цикл называется циклом быстрого сгорания.

ZB – адиабатное расширение, рабочий ход поршня

BA – изохорный отвод теплоты

Одним из путей увеличения коэффициента полезного действия бензинового двигателя и мощности двигателя

Однако существуют ограничения по увеличению степени сжатия ɛ: АС температура горючей смеси превысит температуру её самовоспламенения (при значительном увеличении ɛ, процесс АС то произойдёт преждевременное самовоспламенение в точке С_Z что приведёт к значительному увеличению давления и приведёт её в ВМТ. В следствии чего, значительно повысится жесткость работы двигателя, значительно повысится нагрузки, деталей КШМ и т.д.

Лекция№13: