27.Виды рабочих циклов двс

Рабочий цикл любого поршневого двигателя внутреннего сгорания может быть выполнен по одной из двух схем с внешним и внутренним смесеобразованием.

По первой схеме рабочий цикл осуще­ствляется следующим образом. Топливо и воздух в определенных соотношениях, необходимых для полного сгорания топли­ва, хорошо перемешиваются вне цилиндра двигателя и образуют горючую смесь. По­лученная смесь поступает в цилиндр (впуск), после чего подвергается сжатию до давления p=10…18 бар и при этом температура повышается до Т=470…680 ^оК. Такая степень сжатия ограничена температурой самовоспламенения.

Рис.29. Схемы рабочих циклов ДВС с внешним (а) и внутренним (б) смесеобразованием

Подготовленная горючая смесь воспла­меняется в цилиндре обычно от электриче­ской искры. Вследствие быстрого сгора­ния смеси в цилиндре резко повышаются температура и давление, под воздействием которого происходит перемещение поршня в цилиндре. В процессе расширения, на­гретые до высокой температуры газы, со­вершают полезную работу. Давление, а вместе с ним и температура газов в ци­линдре при этом понижаются.

После про­цесса расширения следует очистка цилин­дра от продуктов сгорания (выпуск) и ра­бочий цикл повторяется.

В рассмотренной схеме подготовка сме­си воздуха с топливом, т. е. процесс

смесе­образования, происходит в основном вне цилиндра, поэтому двигатели, работаю­щие по этой схеме, называют также двига­телями с внешним смесеобразованием.

По второй схеме с внутренним смесеобразованием рабочий цикл осуще­ствляется следующим образом.

Рабочий цилиндр заполняется не смесью, а воз­духом (впуск), который подвергается сжа­тию до давления p=30…60 бар и при этом температура повышается до Т=900…1100 ^оК. В конце процесса сжатия в цилиндр через форсунку под большим давлением впрыскивается топливо. Мелко распылённое топливо под действием горячего воздуха нагревается и самовоспламеняется.

В результате более высокой степени сжатия, допустимой при работе двигателя по данной схеме, достигается более высокий КПД.

Для двигателей с внутренним смесеоб­разованием могут быть использованы все виды жидкого и газообразного топлива. В подавляющем большинстве эти двигате­ли работают на жидком топливе. Двигате­ли, в которых воспламенение топлива про­исходит в результате высокого сжатия, называют также двигателями с воспламе­нением от сжатия или дизелями.

28. Основные параметры и характеристики двс

Как это понятно из приведённых описаний циклов, действительные циклы ДВС не являются замкнутыми, а процессы подвода тепла совершаются по достаточно сложным законам, трудно поддающимся инже­нерному расчёту. Поэтому действительные циклы принято идеализировать путём замены реальных процессов некото­рыми условными простыми процессами, обеспечивающими термодинамические расчёты с достаточной для практики точностью.

Рис.30.Смешанный цикл в p-V диаграмме

Для современных ДВС наибольший интерес представляет так называемый смешанный цикл, который в виде p-V диа­граммы приведен на рис.30. Линиями обозначе­ны: а - с − адиабатное сжатие в цилиндре поршневого двигателя; c-z¹− подвод тепла при постоянном объеме; z¹-z − подвод тепла при постоянном давлении; z-b − адиабатное расширение в цилинд­ре двигателя; b-a − отвод тепла q₂ при постоянном объеме.

Для описания и расчётов цикла используют следующие безразмерные характеристики:

− степень сжатия

− степень повышения давления

− степень предварительного расширения

Среднестатистические значения величин и наиболее удачных двигателей приводятся в справочной литературе.

Известно, что площадь цикла на р-V диаграмме определяет индикаторную (без учёта внешних потерь энергии) работу L_i за цикл:

где работа продуктов сгорания в процессах расширения; работа на сжатие рабочего тела в процес­сах сжатия.

Конечно же индикаторная работа или мощность всегда меньше того количества энергии, которое получает­ся при сжигании топлива. Все процессы в цилиндре сопровождаются теплопотерями в окружающую среду, а также интенсивным движением газа, и значит потерями, вызываемыми внутренним трением.