Лекци@20-Циклы_двигателей_внутреннего_сгорани@ [Режим совместимости] (Лекции по ТД Рыжков (PDF))

Лекции по термодинамикедоцент каф. Э6, ктн Рыжков С.В.Э6нергомашиностроение.Лекция №20Циклы двигателейвнутреннего сгорания• Схема устройства и работа ДВС.• Характеристики термодинамических циклов ДВС.• Экономичность идеальных циклов.• Изображение идеальных циклов ДВС в координатах sT.• Исследование идеальных циклов ДВС.• Экономичность реальных двигателей.Схема устройства и работа двигателей внутреннего сгоранияДвигателем внутреннего сгоранияназывается поршневой двигатель,рабочим телом в котором являютсяпродукты сгорания топлива (жидкогоили газообразного), сгорающегонепосредственно в объеме цилиндра.На рис. 1 показаны схемаустройства двигателя и егоиндикаторная диаграмма, т. е.графическое изображениезависимости давления в цилиндре1-2 – адиабатное сжатиер Н/м2 от хода поршня hм или от2-3 – сгорание при V=constобъема цилиндра V м3. Различают3-4 – сгорание при P=constтеоретическую и действительнуюиндикаторные диаграммы.4-5 – адиабатное расширениеИндикаторной диаграммой весьма5-1 – выпускнаглядно представляется рабочий1-6 – выталкиваниецикл двигателя, т.

е. некоторое вполнезакономерное чередование различныхпроцессов, протекающих в рабочемРис. 1. Схема устройства четырехтактногообъеме его цилиндра за один или дваДВС и его индикаторная диаграмма (дизель)оборота вала. При этом следует иметьв виду, что в число процессов,составляющих рабочий цикл реальногодвигателя, входят процессы, в течение которых количество рабочего тела меняется (впуск и выпуск),а также процессы изменения химического состава вещества (горение). Поэтому рабочий цикл двигателяне следует смешивать с термодинамическим циклом, характеризуемым постоянным количеством 2вещества не изменяющегося химического состава.Двигатели, схема которых показанана рис.

1, называют двигателями своспламенением от сжатия, илидизелями.Другого типа двигателямиявляются двигатели с принудительным зажиганием. В цилиндры такогодвигателя подают уже готовую смесьтоплива с воздухом, приготовленнуювне цилиндра в специальныхустройствах (карбюраторах). Подобныедвигатели не нуждаются в топливныхклапанах, но имеют особое устройстводля зажигания горючей смеси в концесжатия (электрозажигание). Еслирабочий цикл двигателя совершаетсяза четыре хода поршня (два оборотавала), то двигатель называютчетырехтактным, если— за два ходапоршня (один оборотвала), двигатель называютдвухтактным.Рис. 2.

Схема устройства двухтактногоДВС и его индикаторная диаграмма (двигательс принудительным зажиганием - смесь готовитсяв карбюраторе)3Рис. 3. Термодинамический поршневой двигательи идеальный обобщенный цикл ДВС4Характеристики термодинамических циклов ДВСВажнейшими характеристиками всякого цикла двигателя являются следующие безразмерныевеличины:Степень сжатия — отношение удельного объема рабочего тела, соответствующего началусжатия (точка 1 на рис.

2), к удельному объёму в конце сжатия (точка 2):ε =υ1υ2(1)Степень дополнительного повышения давления — отношение давления в конце подводатеплоты при υ= const к давлению в конце сжатия:λ =p3p2(2)Степень предварительного расширения - отношение удельного объёма в конце процессаподвода теплоты при p=const к удельному объёму в начале этого процесса:υ4ρ =υ3(3)Степень последующего расширения — отношение удельных объемов в конце и в началепроцесса адиабатного расширения. Последняя величина равна объему в конце процессовподвода теплоты:5δ =υυ45(4)Рис. 4. Идеальный цикл ДВС сподводом теплоты при p=constРис. 5. Идеальный цикл ДВС сподводом теплоты при υ=const6Экономичность идеальных цикловДля всякого идеального цикла показателем экономичности является его термический к. п. д.Определим к.

п. д. смешанного цикла (см. рис. 3):'''112(5)t'''11Теплота, подводимая к рабочему телу в процессе υ=const(q + q ) − qη =q +qq 1' = c υ ( T 3 − T 2 )Теплота, подводимая в процессе p=constq 1'' = c p ( T 4 − T 3 )Теплота, отводимая от рабочего телаq 2 = cυ ( T 5 − T1 )Тогдаηt =cυ (T3 − T2 ) + c p (T4 − T3 ) − cυ (T5 − T1 )cυ (T3 − T2 ) + c p (T4 − T3 )T5 − T1ηt = 1 −(T3 − T2 ) + k (T4 − T3 )(6)7Для адиабаты сжатия 1-2 имеемT2υ 1 k −1=( )= ε k −1T1υ2ОтсюдаДля изохоры 2-3ОтсюдаДля изобары 3-4T 2 = T 1εk −1T3p= 3 =λT2p2(7)(8)T3 = T2λ = T1ε k −1λT4υ4== ρT3υ3T4 = T3 ρ = T1ε k −1λρ(9)8Для адиабаты расширения 4-5T5υ 4 k −1=( )T4υ5υ 4 k −1( )υ3ρ k −1ρ k −1=== k −1υ 5 k −1υ 1 k −1ε( )( )υ2υ3k −1ρ k −1ρT 5 = T 4 k − 1 = T1ε k − 1 λ ρ k − 1εελρ k − 1η t = 1 − k −1ε λ − ε k −1 + k ( ε k −1 λ ρ − ε k −1 λ )ηt = 1 −1ε k −1ηt = 1 −λρ k − 1( λ − 1) + k λ ( ρ − 1)1εk −1ηt = 1 −ρ k −1k ( ρ − 1)1εk −1(10)(11)(Общая формула) (12)При p=constПри υ=const(13)(14)9Изображение идеальных циклов ДВС в координатах sTηt =пл.

123451пл.a 234 bРис. 6. Смешанный циклв координатах sT10Рис. 7. Цикл с подводом теплотыпри p=const в координатах sTηt =пл . 12(3)451пл . a 2(3)4 bРис. 8. Цикл с подводом теплотыпри υ=const в координатах sTηt =п л. 1 2 3( 4 )5 1п л. a 2 3( 4 )b11Исследование идеальных циклов ДВСЦикл с подводом теплоты при v = const.Рис. 9.

Зависимость к.п.д. цикла сподводом теплоты при υ=const отстепени сжатия ε и показателяадиабаты k12Цикл с подводом теплоты при р = const.Рис. 10. Зависимость к.п.д. цикла с подводом теплоты при p=const отстепени предварительного расширения ρ, степени сжатия ε ипоказателя адиабаты k13Смешанный цикл.Рис. 11. Зависимость к.п.д.

смешанного цикла от степени повышениядавления λ и степени предварительного расширения ρ14Экономичность реальных двигателейОтношениеLi= ηiL0(15)дает так называемый индикаторный (внутренний) к. п. д. двигателя. Этим к. п. д. оценивается степеньотклонения экономичности реального двигателя от экономичности идеального цикла.Le= ηeQm(16)Это отношение называют эффективным к. п. д. двигателя. Эффективная работа двигателяотличается от индикаторной на величину так называемых механических потерь.

ОтношениеLe=ηмLi(17)оценивает величину механических потерь и называется механическим к. п. д. двигателя.η e = η tη iηм(18)15Контрольные вопросы••••••Двигатель внутреннего сгорания (схема, индикаторная диаграмма)Характеристики термодинамических циклов ДВСЭкономичность идеальных цикловИзображение идеальных циклов ДВС в координатах sTИсследование идеальных циклов ДВСЗависимость к.п.д. смешанного цикла от степени повышения давления истепени предварительного расширения•Экономичность реальных двигателей16.