Глава 11 ДВС (1062511)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Глава XI, ЦИКЛЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

§ 57. Схема устройства п работа двигателей внутреннего сгорания

Двигателем внутреннего сгорания называется поршневой дви­гатель, рабочим телом в котором являются продукты сгорания топлива (жидкого или газообразного), сгорающего непосредствен­но в объеме цилиндра.

На рис. 80 показаны схема устройства двигателя и его инди­каторная диаграмма, т. е. графическое изображение зависимости давления в цилиндре р н/м² от хода поршня h_M или от объема ци­линдра V м³. Различают теоретическую и действительную инди­каторные диаграммы. Индикаторной диаграммой весьма наглядно представляется рабочий цикл двигателя, т. е. некоторое вполне закономерное чередование различных процессов, протекающих в рабочем объеме его цилиндра за один или два оборота вала. При этом следует иметь в виду, что в число процессов, составляющих рабочий цикл реального двигателя, входят процессы, в течение которых количество рабочего тела меняется (впуск и выпуск), а также процессы изменения химического состава вещества (горе­ние). Поэтому рабочий цикл двигателя не следует смешивать с термодинамическим циклом, характеризуемым постоянным ко­личеством вещества не изменяющегося химического состава.

Рассмотрение отдельных процессов, характеризующих работу двигателя внутреннего сгорания, обычно начинают, предполагая идеальные условия работы всех его органов. Эти условия подра­зумевают отсутствие гидравлических сопротивлений впускного и выпускного клапанов, полное сгорание топлива при любом желаемом характере, изменения давления рабочего тела в цилиндре и процессе сгорания и адиабатное протекание процессов сжатия и расширения. При таких идеальных (теоретических) условиях ра­бочий цикл двигателя будет характеризоваться теоретической ин­дикаторной диаграммой (сплошная линия на рис. 80).

В течение хода поршня от верхней точки (точки 6) к нижней (точке 1) через открытый впускной клапан поступает воздух из

атмосферы или специального ресивера. Во время всасывания давление в цилиндре равно давлению той среды, откуда происхо­дит впуск рабочего тела. Последнее объясняется отсутствием гидравлических сопротивлений клапана. В конце впуска закры­вается впускной клапан, и при ходе поршня от нижней мертвой точки к верхней сжимается свежая порция воздуха. При идеаль­ных условиях сжатие протекает адиабатно. К концу сжатия тем­пература повышается так, что подаваемое в цилиндр через топлив­ный клапан (форсунку) топливо сгорает. Топливо вводится в ци­линдр двумя порциями: первая подается так, чтобы она сгорела мгновенно; при этом повы­шается давление в ци­линдре от р₂ до р₁ теоре­тически при постоянном его объеме; подача второй порции регулируется так, чтобы при его постепен­ном горении давление в цилиндре оставалось по­стоянным, несмотря на движение поршня и увели­чение объема от V_a до F₄. Следует оговориться, что наличие в одном цикле про­цессов сгорания топлива при V=const и при р = const необязательно: известны циклы, в которых топливо сгорает только при р=const или при V=const.

После полного сгорания всего топлива образовавшиеся про­дукты сгорания адиабатно расширяются. При подходе поршня к нижней мертвой точке открывается выпускной клапан (вып.) и происходит выпуск по линии 5—1 и выталкивание по линии 1—6. В результате выпуска давление в цилиндре падает практически мгновенно (при V = const), и в течение выталкивания давление остается постоянным и равным давлению той среды, куда произ­водится выпуск отработавших газов.

Реальные условия работы двигателей резко отличаются от идеальных. Впускной и выпускной клапаны всегда оказывают гидравлические сопротивления проходящему через них газу. Про­цессы сжатия и расширения в реальных условиях не могут проте­кать адиабатно. Сгорание также не может происходить точно при V = const и при р = const и быть полным. Отдельные порции топлива сгорают на линии расширения и даже в процессе выпуска (выпуска и выталкивания). Нужно также иметь в виду, что в те­чение всего рабочего цикла некоторая часть рабочего тела утекает

135

из рабочего объема через неплотности в поршневых кольцах. Это также влияет на характер действительного рабочего цикла.

В результате этого реальный рабочий процесс, представляемый действительной индикаторной диаграммой (пунктирная линия на рис. 80), существенно отличается от идеального.

Двигатели, схема которых показана на рис. 80, называют двигателями с воспламенением от сжатия, или дизелями. Другого типа двигателями являются двигатели с принудительным зажига­нием. В цилиндры такого двигателя подают уже готовую смесь

топлива с воздухом, приготовленную вне ци­линдра в специальных устройствах (карбюра­торах). Подобные дви­гатели не нуждаются в топливных клапанах, но имеют особое устрой­ство для зажигания го­рючей смеси в конце сжатия (электрозажига­ние). Если рабочий цикл двигателя совершается за четыре хода поршня (два оборота вала), то двигатель называют че­тырехтактным, если— за два хода поршня (один оборот вала), дви­гатель называют двух­тактным.

На рис. 81 показа­ны схема двухтактного

двигателя и его теоретическая индикаторная диаграмма. В ниж­ней части цилиндр имеет окна, которые открываются непосред­ственно поршнем при приближении его к нижней мертвой точке. В одной половине окружности цилиндра расположены выпуск­ные окна, в другой — продувочные. Первые имеют большую вы­соту и открываются поэтому раньше вторых. К тому моменту, когда поршень открывает продувочные окна, значительная часть газов уже удалена из цилиндра через выпускные окна в выпускной коллектор и из последнего в атмосферу. После открытия продувоч­ных окон воздух из продувочного ресивера под давлением вдувается в цилиндр; при этом из цилиндра удаляется большая часть остав­шихся после выпуска продуктов сгорания. При движении поршня от нижней мертвой точки он в положении, соответствующем точ­ке 1, закрывает выпускные окна. Продувочные окна закрываются несколько раньше. От точки 1 начинается сжатие, и дальше ра-

бочий процесс протекает так, как он протекал у четырехтактного двигателя.

Так как рабочие циклы двигателей четырех- и двухтактных включают в себя процессы, в течение которых меняется количество рабочего тела и его хими­ческий состав, то непо­средственный термодина­мический анализ этих процессов невозможен.

Поэтому в термодина­мике рабочие циклы ре­альных двигателей заме­няют соответствующими идеальными термодинами­ческими циклами двигате­ля, предполагая, что при осуществлении цикла хи­мический состав рабочего тела не меняется. В таком цикле процессы сгорания топлива и выпуска про­дуктов сгорания заменяют соответственно процессами подвода и отвода теплоты. Само собой разумеется, что идеальный термодинамический цикл не может быть осуще­ствлен в реальном двигателе, даже если представить теоретиче­ские условия его работы. Идеальный термодинамический цикл можно осуществить в двигателе, если из крышки цилиндра уда­лить клапаны, между крышкой и поршнем поместить 1 кг рабочего тела, а процессы сгорания топлива и выпуска заменить соответ­ственно процессами подвода и отвода теплоты (рис. 82). Идеаль­ный термодинамический цикл должен в точности соответствовать теоретическому рабочему циклу, т. е. оба цикла должны пред­ставляться в координатах р — v совпадающими фигурами, а под­водимая в идеальном цикле теплота должна равняться теплоте, выделяемой при полном сгорании топлива.

§ 58. Характеристики термодинамических циклов двигателей внутреннего сгорания

Важнейшими характеристиками всякого цикла двигателя яв­ляются следующие безразмерные величины:

137

Степень сжатия — отношение удельного объема рабочего тела, соответствующего началу сжатия (точка 1 на рис. 82), к удельному объему в конце сжатия (точка 2):

Степень дополнительного повышения давления — отношение давления в конце подвода теплоты при v = const к давлению в конце сжатия:

ного объема в конце процесса подвода теплоты при р = const к удельному объему в начале этого процесса:

3) цикл с. подводом теплоты при v — const (рис. 84); степень предварительного расширения равна единице ( = 1); степень последующего расширения равна степени сжатия ( = ).

Каждый из этих циклов служит в качестве идеального для оп­ределенной группы двигателей: смешанный — для так называе­мых бескомпрессорных дизелей (топливо впрыскивается и распыли-вается специальным насосом); цикл с подводом теплоты при р = const — для компрессорных дизелей (топливо впрыскивается и распылпвается сжатым воздухом). Для двигателей с принуди­тельным зажиганием (карбюраторных и газовых) идеальным цик­лом является цикл с подводом теплоты при v = const.

§ 59. Экономичность идеальных циклов

Для всякого идеального цикла показателем экономичности является его термический к. п. д.

Тогда

Определим к. п. д. смешанного цикла (см. рис. 82):

Степень последующего расширения — отношение удельных объемов в конце и в начале процесса адиабатного расширения. Последняя величина равна объему в конце процессов подвода теп­лоты:

Значения основных характеристик цикла оказывают решаю­щее влияние на величину его работы и экономичность.

В зависимости от значении основных характеристик различают следующие циклы:

1. смешанный цикл; ни одна из основных характеристик не
   равна единице (рис. 82);

2. цикл с подводом теплоты при р = const (рис. 83); степень
   повышения давления равна единице ( = 1);

Разделив правую часть последнего уравнения на с_v, получаем

Для адиабаты сжатия 1—2 имеем

139

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов книги