Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания подразделяют на три
группы:
с подводом теплоты при постоянном объеме (карбюраторные ДВС); с
подводом теплоты при постоянном давлении (компрессорные дизели); со
смещанным подводом теплоты при постоянном объеме (безкомпрессорные
дизели); Основными характеристиками или параметрами любого цикла
теплового двигателя являются следующие безрамерные величины:
степень сжатия (отношение удельных объемов рабочего тела в начале и
конце сжатия)
e = n1 / n2 , (7.5)
степень повышения давления (отношение давлений в конце и в начале
изохорного процесса подвода теплоты)
l = Р3 / Р2 , (7.6)
степень предварительного расширения или степень изобарного
расширения (отношение удельных объемов в конце и в начале
изохорного процесса подвода теплоты)
r = n3 / n2 . (7.7)
1). Рассмотрим цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме на
примере четырехтактного двигателя. Диаграмма реального двигателя
представлена на рис.7.3.
а-1 (1 такт) – в цилиндр через всасывающий клапан поступает смесь
воздуха и паров горючего (нетермодинамичемкий процесс); 1-2 (2
такт) – адиабатное сжатие (повышается температура); 2-3 – сгорание
горючей смеси, давление быстро возрастает при постоянном объеме
(подвод теплоты q1); 3-4 (3 такт) – адиабатное расширение (рабочий
процесс, совершается полезная работа); 4-а – открывается выхлопной
клапан и отработанные газы покидают цилиндр давление цилиндра
падает (отводится тепло q2). 1-а (4 такт) – выталкивание оставшихся
в цилиндре газов. Затем процесс повторяется. Описанный процесс
является необратимым (наличие трения, химической реакции в рабочем
теле, конечные скорости поршня, теплообмен при конечной разности
температур и т.п.). Для анализа теории тепловых машин термодинамика
рассматривает идеальные циклы обратимые циклы. Диаграмма идеального
процесса двигателя внутреннего сгорания показана на рис.7.4.
Из этой диаграммы выводится формула для термического к.п.д. цикла с
подводом теплоты при постоянном объеме, который имеет следующий
вид:
ht = 1 – 1/eg , (7.8)
где: e –степень сжатия (основной показатель работы двигателя, чем
выше е, тем выше экономичность ДВС); g – показатель адиабаты. 2).
Идеальный цикл ДВС со смещанным подводом теплоты при постоянном
объеме (безкомпрессорные дизели). Диаграмма цикла показана на
рис.7.5.
1-2 - чистый воздух с температурой Т1 сжимается до температуры Т2,
которая больше температуры воспламенения топлива. В этот момент в
цилиндр через форсунки под давлением впрыскивается топливо. 2-3 –
горючая смесь самовоспламеняется и к рабочему телу подводится тепло
q1/, давление повышается до Р3. 3-4 – поршень перемешается обратно,
поступление и сгорание топлива продолжается при постоянном давлении
и подводится тепло q1//. 4-5 – поршень продолжает перемещаться в
нижнюю мертвую точку, давление падает (адиабатное расширение); 5-1
– процесс отвода теплоты q2 при постоянном объеме (через выпускной
клапан покидают отработанные газы). Термический к.п.д. цикла
определяется по формуле:
ht = l – (l·rg – 1) / eg-1·[(l - 1) + g·l·(r – 1)] . (7.9)
Цикл двигателей с подводом теплоты при постоянном давлении широкое
применение не нашли, так как у этих циклов очень большой
коэффициент сжатия.