1.2. Цикл двигателей с подводом теплоты при постоянном давлении. Цикл двс с подводом теплоты при постоянном объеме

1Цикл двс с подводом теплоты при постоянном объеме (цикл Отто)

В качестве топлива в таких двигателях применяются легкое топливо и газообразное (бензин, керосин, генераторный или светильный газ).

В поршневых двигателях рабочим телом являются смесь воздуха и паров жидкого топлива (на начальном участке цикла) и газообразные продукты сгорания на остальных участках цикла.

На рис.11.1 приведен термодинамический цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме в vP- и sT-диаграммах для 1 кг рабочего тела.

Цикл состоит из следующих процессов: 1-2 – адиабатное сжатие рабочего тела в цилиндре; 2-3 – подвод теплоты при постоянном объеме; 3-4  адиабатное расширение рабочего тела; 4-1 – отвод теплоты при постоянном объеме.

Параметрами, характеризующими данный цикл, являются:

- степень адиабатного сжатия;

- степень повышения давления. Термический КПД цикла определяется по формуле:

. (11.3)

Рис. 11.1. Термодинамический цикл двигателя внутреннего сгорания с подводом

Теплоты при постоянном объеме:

а - в vP- диаграмме; б – в sT-диаграмме.

Количество теплоты, подводимое к рабочему телу в процессе 2-3:

. (11.4)

Количество теплоты, отводимое в изохорном процессе 4-1:

. (11.5)

Количество подведенной теплоты и отведеннойможно определить через параметры цикла. Для этого температурыивыражаются через температуруи параметры циклаи

Таблица 11.1 - Определение температуры в характерных точках цикла с изохорным подводом теплоты

Процесс	Формулы
1-2 - адиабатный
2-3 – изохорный
3-4- адиабатный

После преобразований:

;

. (11.6)

Из выражения (11.6) видно, что термический КПД цикла с подводом теплоты при зависит от степени сжатия рабочего тела(конструкции двигателя) и показателя адиабатыk рабочего тела, совершающего цикл. От степени повышения давления термический КПД не зависит. В современных двигателях=712. При значениях

=1012 темп возрастания

уменьшается. Степень сжатия ограничивается температурой самовоспламенения горючей смеси. При высоких степенях сжатия значительно повышаются температура и давление в конце сжатия. Так, при некоторых значениях

часто еще до прихода поршня в левое крайнее положение происходит воспламенение горючей смеси, т.е. возникает ее детонация. При этом процесс сгорания нарушается, мощность двигателя падает, расход топлива возрастает. Поэтому каждому виду топлива соответствует своя степень сжатия.

На рис. 11.2 приведены два цикла с различной степенью сжатия . Из рисунка видно, что при равенствепл. 67810 = пл. 6235, но при разных степенях сжатия

термический КПД больше у цикла с большей степенью сжатия, т.к. в окружающую среду отводится меньшее количество теплоты, т.е. пл. 61910 пл. 6145.

Работа цикла:

(11.7)

Из выражения (11.7) видно, что работа, получаемая за цикл, зависит от начальной температуры и параметров циклаи.

Рис. 11.2. Влияние степени сжатия

на величину

цикла двигателя внутреннего сгорания

С подводом теплоты при и

11.2 Цикл двс с подводом теплоты при постоянном давлении (цикл Дизеля)

В двигателях с подводом теплоты при производится раздельное сжатие воздуха и жидкого топлива (горючего), что исключает самовоспламенение и позволяет получить высокие степени сжатия. Давление в конце сжатия порядка 3-4 МПа. Степень сжатия=1418.

На рис. 11.3 приведен термодинамический цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме в vP- и sT-диаграммах для 1 кг рабочего тела.

Цикл состоит из следующих процессов: 1-2 – адиабатное сжатие рабочего тела в цилиндре; 2-3 – подвод теплоты при постоянном давлении; 3-4  адиабатное расширение рабочего тела; 4-1 – отвод теплоты при постоянном объеме.

Рис. 11.3. Термодинамический цикл двигателя внутреннего сгорания

studfiles.net

С подводом теплоты при постоянном давлении:

а - в vP- диаграмме; б – в sT-диаграмме.

Параметрами, характеризующими данный цикл, являются:

- степень адиабатного сжатия; - степень предварительного расширения;

- степень адиабатного расширения.

Термический КПД цикла определяется по формуле:

Количество теплоты, подводимое к рабочему телу в процессе 2-3:

. (11.8)

Количество теплоты, отводимое в изохорном процессе 4-1:

. (11.9)

Количество подведенной теплоты и отведеннойможно определить через параметры цикла. Для этого температурыи

выражаются через температуру

и параметры цикла

Таблица 11.2 - Определение температуры в характерных точках цикла с изобарным подводом теплоты

Процесс	Формулы
1-2 - адиабатный
2-3 – изобарный
3-4- адиабатный	Т.к. или. Тогда или

После преобразований:

; ; (11.10)

. (11.11)

Из выражения (11.11) видно, что термический КПД данного цикла зависит от степени сжатия , степени предварительного расширенияи показателя адиабатыk рабочего тела, совершающего цикл. С увеличением степени сжатия термический КПД увеличивается. При возрастании степени предварительного расширенияон уменьшается. Интенсивность роста термического КПД с возрастанием степени сжатияпостепенно уменьшается. Величина степени сжатияв двигателе с подводом теплоты придолжна обеспечить самовоспламенение топлива и создать температурные условия для быстрого протекания процесса сгорания.

Из рис. 11.4 видно, что при равенстве площадей отведенной теплоты = пл.6145 термический КПД будет больше у цикла с большей степенью сжатия, так как площадь его полезной работы будет больше, чем у двигателя с меньшей степенью сжатия (пл. 1784 пл. 1234).

Работа цикла:

. (11.12)

При и при увеличении теплотыувеличивается объем(рис. 11.5), т.е. возрастает степень предварительного расширения. При этом увеличивается работа цикла и уменьшается термический КПД.

Среднее индикаторное давление в этом цикле определяется выражением:

. (11.13)

Отсюда видно, что среднее индикаторное давление увеличивается при возрастании и.

Цикл со смешанным подводом теплоты (цикл Тринклера)

Двигатель со вмешанным подводом теплоты в отличие от двигателя с подводом теплоты при не нуждается в компрессоре высокого давления для распыления жидкого топлива. Распыление жидкого топлива производится при помощи механических форсунок. Жидкое топливо подается в предкамеру через форсунку5 (рис. 11.6). В процессе сжатия давление в цилиндре 1 растет быстрее, чем в предкамере 4. За счет разности давлений возникает поток воздуха из цилиндра 1 в предкамеру 4, который используется для распыления жидкого топлива, впрыскиваемого в предкамеру. При этом образуется однородная смесь, сгорающая в предкамере при постоянном объеме. Давление в предкамере возрастает и направление потока изменяется: смесь продуктов сгорания и несгоревших паров топлива, имеющих температуру 1500…1800С, устремляется из предкамеры в цилиндр, где происходит их перемешивание и догорание. В результате поршень перемещается слева направо при постоянном давлении. После сгорания топлива происходит адиабатное расширение продуктов сгорания, которые затем удаляются из цилиндра.

Рис. 11.6. Схема ДВС со смешанным подводом теплоты

1-цилиндр; 2-поршень; 3-выпускной клапан; 4-предкамера; 5-свеча;

6-впускной клапан; 7-узкий канал

Рис. 11.7. Термодинамический цикл ДВС со смешанным подводом теплоты:

а - в vP- диаграмме; б – в sT-диаграмме.

Термодинамический цикл со смешанным подводом теплоты (рис. 11.7) состоит из следующих процессов: 1-2 – адиабатное сжатие рабочего тела в цилиндре; 2-3 – изохорный подвод теплоты; 3-4  изобарный подвод теплоты; 4-5 - адиабатное расширение рабочего тела; 5-1 – отвод теплоты при постоянном объеме.

Подвод теплоты в цикле со смешанным сгоранием осуществляется вначале по изохоре2-3, а затем по изобаре 3-4.

Параметрами, характеризующими цикл со смешанным подводом теплоты, являются:

- степень адиабатного сжатия; - степень повышения давления;

- степень предварительного расширения.

Термический КПД цикла со смешанным подводом теплоты:

Теплота, отводимая по изохоре 5-1, определяется соотношением:

тогда как теплота складывается из теплоты, подводимой в изохорном процессе2-3, и теплоты, подводимой в изобарном процессе 3-4:

=, (11.14)

тогда:

. (11.15)

Выразив температуры ичерез температуруи параметры цикла через, получим формулы для определения температуры в характерных точках цикла (табл. 11.3).

Таблица 11.3 - Определение температуры в характерных точках цикла со смешанным подводом теплоты

Процесс	Формулы
1-2 - адиабатный
2-3 - изохорный
3-4 - изобарный

Продолжение таблицы 11.3.

Процесс	Формулы
4-5 - адиабатный

Поставив полученные значения температур в выражения для определения подведенной и отведенной теплоты, получим:

и , (11.16)

и далее, подставив полученные выражения в формулу для определения термического КПД:

(11.17)

Из выражения (11.17) следует, что термический КПД смешанного цикла, как и термический КПД циклов с изобарным и изохорным подводом теплоты возрастает с увеличением и. С увеличениемтермический КПД уменьшается.

studfiles.net

ЦИКЛЫ ДВС С ПОДВОДОМ ТЕПЛОТЫ ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ

Двигатели, в основу работы которых положен цикл с подводом теплоты при постоянном давлении (с постепенным сгоранием), имеют ряд преимуществ по сравнению с двигателями, работающими по циклу с подводом теплоты при постоянном объеме. Они связаны с тем, что в двигателях с постепенным сгоранием осуществляется раздельное сжатие топлива и воздуха. Поэтому здесь можно достигать значительно более высоких степеней сжатия.

Воздух при высоких давлениях имеет настолько высокую температуру, чтоподаваемое в цилиндр топливо самовоспламеняется без всяких специальных запальных приспособлений. Кроме того, раздельное сжатие воздуха и топлива позволяет использовать любое жидкое дешевое топливо - нефть, мазут, смолы и проч.

В двигателях с постепенным сгоранием топлива воздух сжимается в цилиндре, а жидкое топливо распыляется сжатым воздухом от компрессора. Раздельное сжатие позволяет применять высокие степени сжатия (до ε=20), исключая преждевременное самовоспламенение топлива. Постоянство давления при горении топлива обеспечивается соответствующей регулировкой топливной форсунки. Конструкция такого двигателя впервые была разработана немецким инженером Дизелем.

Рассмотрим идеальный цикл двигателя с подводом теплоты при постоянном давлении pν - диаграмме (рис. 9.3).

Рис. 9.3

Этот цикл осуществляется следующим образом. Газообразное рабочее тело с начальными параметрами p1, v1, T1сжимается по адиабате 1-2. В изобарном процессе 2-3 телу сообщается некоторое количество теплоты q1. В адиабатном процессе 3-4 происходит расширение рабочего тела до первоначального объема. В изохорном процессе 4-1 рабочее тело возвращается в первоначальное состояние с отводом в теплоприемник теплоты q2. Характеристиками цикла являются:

- степень сжатия;

- степень предварительного расширения.

Количество подведенной и отведенной теплоты определяются по формулам

;

Термический кпд цикла в предположении постоянства теплоемкостей сpи cvи их отношения k=cp/cvбудет

Параметры рабочего тела в характерных точках цикла будут.Точка 2.

;

Отсюда

Точка 3.

;

Отсюда

Точка 4.

;

Так как

то

Подставляя полученные значения температур в формулу для кпд, получим

. (9.2)

Отсюда следует, что с увеличением ε и k кпд увеличивается, а с увеличением ρ - уменьшается.

Работа цикла определяется по формуле

Сравнения кпд циклов ДВС с подводом теплоты при р = const и ν = const при одинаковых давлениях и температурах, но при различных ε показывают, что

При этом степень сжатия ε в цикле с подводом теплоты при р = const больше, чем в цикле с подводом теплоты при ν = const (доказательство см. в [5,13]).

Величина ε в цикле с подводом теплоты при постоянном давлении выбирается таким образом, чтобы обеспечивались условия самовоспламенения топлива. Таким условиям в компрессорных дизелях соответствует ε = 14 -18. Подробнее о методах сравнения кпд циклов различных тепловых двигателей см. § 10.8.

1.2. Цикл двигателей с подводом теплоты при постоянном давлении

По этому циклу работают стационарные и судовые компрессорные двигатели с воспламенением от сжатия или компрессорные дизели.

В дизели в процессе впуска поступает воздух, давление и температура которого повышаются в процессе сжатия. Вследствие применения в дизелях высоких степеней сжатия (от 14 до 20) давление конца сжатия приближается к 3–4 МПа и соответствующая температура значительно превышает температуру самовоспламенения топлива. Топливо впрыскивается в конце сжатия через форсунку, мелко распыляется и, приходя в соприкосновение с сильно нагретым воздухом, начинает гореть.

В этих двигателях для обеспечения хорошего распыливания топлива используют сжатый воздух с давлением около 6 МПа, получаемый в специальных компрессорах, включенных в конструктивную схему двигателя. Насос подает топливо в форсунку, в которую из компрессора подводится сжатый воздух, и в нужный момент внутренняя полость форсунки сообщается с цилиндром, куда поступает смесь распыляющего воздуха и топлива.

Ввиду постепенной подачи топлива через форсунку нельзя получить резкого повышения давления при сгорании, как в цикле с сообщением теплоты при V = const, где все топливо перед сгоранием находится в цилиндре. В двигателях, работающих по циклу с подводом теплоты при P = const, топливо горит постепенно по мере его поступления в цилиндр, в результате чего процесс сгорания происходит при перемещающемся поршне, при почти постоянном давлении.

Диаграмма теоретического цикла с подводом тепла при постоянном давлении показана на рис. 1.2.

При движении поршня от НМТ (точка a диаграммы теоретического цикла) газ, заполняющий цилиндр, начинает сжиматься. В этом случае процесс сжатия (линия ас индикаторной диаграммы) будет адиабатическим. Давление и температура в конце этого процесса определяется так же, как и при термодинамическом цикле с подводом теплоты при постоянном давлении.

В конце сжатия, с приходом поршня в ВМТ, происходит, как в ранее рассмотренном теоретическом цикле, мгновенное сообщение теплоты Q1 рабочему телу; результатом этого будет повышение его температуры при постоянном давлении (изобара сz).

рис.1.2.

При положении поршня, когда объем надпоршневого пространства равен VZ (точка z диаграммы), сообщение теплоты прекращается.

Степень предварительного расширения газа в цилиндре в конце процесса подвода теплоты:

Тогда температура газа в цилиндре в конце процесса подвода теплоты (точка z)

Затем газ адиабатически расширяется (линия zb диаграммы).

Давление газа в цилиндре в конце процесса расширения

Температура газа в цилиндре в конце процесса расширения

Для повторения цикла необходимо охладить газ, заключенный в цилиндре, т. е. отнять теплоту Q2 от введенной теплоты Q1 при постоянном объеме Va.

Термический КПД выражается формулой:

В цикле с сообщением теплоты при постоянном объеме вводимое количество Q1 теплоты пропорционально его изобарной теплоемкости СP, а отводимое Q2 пропорционально его изохорной теплоемкости Сν и соответствующим разностям температур:

Термический КПД можно определять подставив значения температур с учетом того, что:

Двигатели этого типа в качестве транспортных не использовались вследствие громоздкости установки, снабженной компрессором, имевшим две или три ступени давления. Поэтому данный цикл в дальнейшем рассматриваться не будет.

studfiles.net

Цикл двс с подводом теплоты к рабочему телу при постоянном давлении

Увеличить степень сжатия в ДВС можно путем сжатия в цилиндре только воздуха с последующим впрыскиванием в него топлива. При сжатии воздуха отсутствует ограничение на температуру самовоспламенения топлива, а высокая температура воздуха в конце процесса сжатия позволяет осуществить самовоспламенение топлива, впрыскиваемого в цилиндр, без электрической свечи. Такой ДВС был предложен Дизелем (Германия), поэтому в настоящее время эти двигатели называют дизелями. Цикл дизельного ДВС показан в T,s - диаграмме на рис. 2.

Рис. 13.2. Цикл ДВС с подводом теплоты при р=const в Т,s- диаграмме: 1234 – идеальный; 12’34’ – реальный

Определяющими характеристиками данного цикла являются: степень сжатия и степень предварительного расширения.Используя эти характеристики и параметры первой точки, можно определить остальные параметры цикла в характерных точках.

Термический КПД цикла

, (5)

где – коэффициент Пуассона.

Выразив температуры в выражении (5) через Т1 и характеристики цикла , , термический КПД ДВС

. (6)

Цикл двс со смешанным подводом теплоты к рабочему телу

В таком двигателе процесс сжигания топлива состоит из двух стадий: 1 – частичное сгорание топлива в форкамере при постоянном объеме; 2 – окончательное сгорание топлива при постоянном давлении в основном цилиндре.

Условный идеальный цикл ДВС со смешанным подводом теплоты к рабочему телу в T,s - диаграмме показан на рис. 3.

Определяющими характеристиками данного цикла являются: степень сжатия , степень повышения давленияи степень предварительного расширения.

Термический КПД такого цикла ДВС можно представить уравнением

. (7)

Рис. 3. Цикл ДВС со смешанным подводом теплоты к рабочему телу в Т,s- диаграмме: 12345 – идеальный; 12’345’ - реальный

Задачи

Пример решения задачи:

1. Определить термический и внутренний абсолютный КПД идеального цикла ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме (рис. 1), для которого задано: р1=1 бар, t1=20 оС, степень адиабатного сжатия =7, температура в начале процесса адиабатного расширения t3=1200 оС, коэффициенты адиабатного расширения и сжатия газа в цилиндре одинаковы (р=сж=0,85). Рабочее тело обладает свойствами идеального воздуха с постоянными теплоемкостями сv и ср.

Решение

Для идеального цикла ДВС КПД определяется только величиной степени адиабатного сжатия  :

Для необратимого цикла ДВС находят температуры в конце необратимых адиабатных процессов сжатия и расширения рабочего тела, используя адиабатные коэффициенты этих процессов и температуры в конце обратимых адиабатных процессов:

К,

К.

Внутренний абсолютный КПД ДВС

Ответ: t=0,541, i=0,35.

2. Определить термический КПД и удельную работу идеального цикла ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме (рис.1), для которого задано: р1=1 бар, t1=20 оС, давление и температура газа в начале процесса адиабатного расширения р3=27 бар, t3=1100 оС. Рабочее тело обладает свойствами идеального воздуха с =28,96 кг/кмоль и к=1,4. Цикл изобразить в Т,s- и p,v- диаграммах.

Ответ: t=0,504, t=283 кДж/кг.

3. Определить термический КПД и мощность идеального цикла ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме (рис.1), для которого задано: р1=1 бар, t1=20 оС, температура газа в начале процесса адиабатного расширения t3=1000 оС, температура в конце адиабатного расширения t4=400 оС. Расход рабочего тела 1 кг/с, оно обладает свойствами идеального воздуха с =28,96 кг/кмоль и к=1,4. Цикл изобразить в Т,s- и p,v- диаграммах.

Ответ: t=0,471, Wt=242 кВт.

4. Определить термический КПД и удельную работу идеального цикла ДВС с подводом теплоты при постоянном давлении (рис.2), для которого задано: р1=1 бар, t1=40 оС, t2=800 °С, t4=600 оС. Рабочее тело обладает свойствами идеального воздуха с =28,96 кг/кмоль и к=1,4. Цикл изобразить в Т,s- и p,v- диаграммах.

Ответ: t=0,655, t=763 кДж/кг.

5. Определить термический КПД и мощность идеального цикла ДВС с подводом теплоты при постоянном давлении (рис.2), для которого задано: р1=1 бар, t1=20 оС, температура газа в начале процесса адиабатного расширения t3=1200 оС, температура в конце адиабатного расширения t4=400 оС. Расход рабочего тела 1 кг/с, оно обладает свойствами идеального воздуха с =28,96 кг/кмоль и к=1,4. Цикл изобразить в Т,s- и p,v- диаграммах.

Ответ: t=0,588, Wt=388 кВт.

6. Определить термический и внутренний абсолютный КПД цикла ДВС с подводом теплоты при постоянном давлении, для которого задано: р1=1 бар, t1=20 оС, степень адиабатного сжатия , температура газа в начале процесса адиабатного расширенияt3=1200 оС, коэффициенты адиабатного расширения и сжатия в цилиндре одинаковы и равны р=сж=0,85. Рабочее тело обладает свойствами идеального воздуха с =28,96 кг/кмоль и к=1,4.

Ответ: t=0,631, i=0,354.

7. Определить максимальное давление рmax, температуру t3 и термический КПД цикла ДВС со смешанным подводом теплоты (рис. 3), для которого задано: р1=1 бар, t1=17 оС. Удельная теплота, подведенная к рабочему телу при v=const q1’=200 кДж/кг, равна теплоте q1”, подведенной при р=const. Рабочее тело обладает свойствами идеального воздуха с =28,96 кг/кмоль и к=1,4. Цикл изобразить в Т,s- и p,v- диаграммах.

Ответ: рmax=53,7 бар, t3=214 оС, t=0,646.

8. Определить термический КПД и мощность идеального цикла ДВС со смешанным подводом теплоты (рис. 3), для которого задано: р1=1 бар, t1=80 оС, степень адиабатного сжатия , р3=р4=60 бар, температура газа в конце адиабатного расширения t5=400 оС. Расход рабочего тела 1 кг/с, оно обладает свойствами идеального воздуха с к=1,4. Цикл изобразить в Т,s- и p,v- диаграммах.

Ответ: t=0,652, Wt=428 кВт.

9. Определить внутренний абсолютный КПД и мощность цикла ДВС со смешанным подводом теплоты (рис. 3), для которого задано: р1=1 бар, t1=30 оС, степень адиабатного сжатия , степень повышения давления , температура газа в начале процесса адиабатного расширения t4=1500 оС. Коэффициенты адиабатного расширения и сжатия в цилиндре одинаковы и равны р=сж=0,85. Расход рабочего тела 1 кг/с, оно обладает свойствами идеального воздуха с к=1,4. Цикл изобразить в Т,s- и p,v- диаграммах.

Ответ: i=0,426, Wi=256 кВт.

10. Сравнить термические КПД, максимальные температуры Тmax и давления рmax газов в цилиндрах трех идеальных циклов ДВС с одинаковыми q1=500 кДж/кг и р1=1 бар, t1=20 °С:

1) с подводом теплоты при постоянном объеме, ;

2) с подводом теплоты при постоянном давлении, ;

3) со смешанным подводом теплоты, и .

Рабочее тело обладает свойствами идеального воздуха с к=1,4.

Циклы изобразить в Т,s- диаграмме.

Ответ: 1) t=0,602, Тmax=Т3=1093 К, рmax=р3=37,4 бар ;

2) t=0,626, Тmax=Т3=1366 К, рmax=р3=44,3 бар ;

3) t=0,656, Тmax=Т4=1365 К, рmax=57,6 бар .

Рис. 4. Циклы ДВС с одинаковыми q1 и рmaxв Т,s- диаграмме

11. Сравнить термические КПД и максимальные температуры трех идеальных циклов ДВС с одинаковыми q1=500 кДж/кг, максимальным давлением рmax=60 бар, и р1=1 бар, t1=20 °С (рис. 4):

1) ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме и t3=1200 °С;

2) ДВС с подводом теплоты при постоянном давлении;

3) ДВС со смешанным подводом теплоты и .

Рабочее тело обладает свойствами идеального воздуха с к=1,4.

Циклы изобразить в Т,s- диаграмме.

Ответ: 1) t=0,629, Тmax= Т3 = 1473 К ;

2) t=0,660, Тmax= Т3 = 1444 К ;

3) t=0,633, Тmax= Т4 = 1450 К.

studfiles.net

13. Циклы двигателей внутреннего сгорания

В поршневых двигателях внутреннего сгорания (ДВС) в качестве рабочего тела используются продукты сгорания органического топлива. Цилиндры этих двигателей выполняют функции камеры сгорания и устройств для сжатия и расширения рабочего тела. В качестве холодного источника теплоты в ДВС используется внешняя среда (выхлоп продуктов сгорания в атмосферу).

Для упрощения термодинамического анализа циклов ДВС принимается ряд допущений.

1. Количество рабочего тела в цикле ДВС будем считать неизменным и равным расходу воздуха. Это допущение объясняется малым процентным массовым расходом топлива по отношению к расходу воздуха.

2. Свойства рабочего тела будем считать соответствующими свойствам идеального двухатомного воздуха с постоянными изобарными и изохорными теплоемкостями.

3. Процессы выхлопа отработавших газов и процесс забора новой порции воздуха взаимно компенсируют друг друга (их нет). Это возможно, т.к. оба эти процесса идут практически при постоянном давлении окружающей среды в противоположных направлениях.

4. Процесс отвода теплоты от рабочего тела в окружающую среду заменяется изохорным процессом охлаждения рабочего тела до температуры окружающей среды. То есть условно считается цикл замкнутым, а охлаждение рабочего тела осуществляется прямо в цилиндре при закрытых клапанах до температуры окружающей среды.

5. Процессы расширения и сжатия рабочего дела соответствуют адиабатным процессам. Эти процессы быстротечны, поэтому можно считать их адиабатными.

6. Процессы подвода теплоты к рабочему телу считаются в зависимости от типа двигателя изохорными или изобарными.

Цикл двс с подводом теплоты к рабочему телу при постоянном объеме

Цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме соответствует карбюраторному двигателю. В этом двигателе в цилиндр поступает топливно-воздушная смесь, которая сжимается и за счет искры в электрической свече воспламеняется. Процесс горения топлива быстротечен и происходит практически при постоянном объеме.

Исходя из принятых допущений идеальный цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме можно показать в T,s - диаграмме в виде рис. 13.1.

Для термодинамического анализа экономичности таких циклов ДВС используются следующие отношения объемов и давлений рабочего тела:

–степень адиабатного сжатия;

–степень повышения давления.

Эти относительные величины позволяют по известным параметрам рабочего тела в точке 1 (состояние равновесия с внешней средой) определить все термические параметры в характерных точках цикла ДВС.

Используя данные соотношения, определяются основные величины, характеризующие экономичность цикла:

количество удельной теплоты, подведенной к рабочему телу,

; (13.1)

количество удельной теплоты, отведенной от рабочего тела,

; (13.2)

удельная работа цикла

; (13.3)

термический КПД цикла

. (13.4)

Цикл двс с подводом теплоты к рабочему телу при постоянном давлении

Термический КПД цикла

, (13.5)

где – коэффициент Пуассона.

Выразив температуры в выражении (13.5) через Т1 и характеристики цикла , , термический КПД ДВС

. (13.6)

studfiles.net

4.2 Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания

Все современные двигатели внутреннего сгорания (ДВС) подразделяются на три основ-ные группы:

1. Двигатели, в которых используется цикл с подводом тепла при постоянном объёме

(w=const(цикл Отто).

2. Двигатели, в которых используется цикл с подводом тепла при постояном давлении

(p=const(цикл Дизеля).

3. Двигатели,в которых используется смешанный цикл с подводом тепла как при w=const,

так и при p=const(цикл Тринклера).

4.2.1 Циклы двс с подводом теплоты при постоянном объёме

При исследовании идеальных термодинамических циклов поршневых ДВС принимаются условия идеализации, описанные в п.4.1.

К числу определяемых величин относятся:

-количество подведённой и отведенной теплоты;

- основные параметры состояния в характерных точках цикла;

- термический КПД цикла.

а) индикаторная диаграмма;б) идеальная термодинамическая диаграмма.

Рис.4.2 Термодинамический цикл ДВС:

На рис.4.2,а показана индикаторная диаграмма (снятая с помощью специального прибора-

индикатора).

При движении поршня от верхней мёртвой точки (ВМТ) к нижней мёртвой точке (НМТ)

происходит всасывание горючей смеси (линия О-1).

Кривой 1-2(линия сжатия) изображается процесс сжатия (поршень движется от нижней мертвой точки к верхней. В точке 2 от электрической искры происходит мгновенное воспламенение горючей смеси (при постоянном объёме). Этот процесс изображается кривой2-3.Входе этого процесса давление и температура резко возрастают. Процесс расширения

продуктов сгорания изображается кривой 3-4 (линия расширения). В точке4происходит

открытие выходного клапана и давление в цилиндре уменьшается до наружного давления.

При дальнейшем движении поршня (от НМТ к ВМТ) через выходной клапан происходит

удаление продуктов сгорания из цилиндра при давлении несколько большем давления окружающей среды (кривая 4-0).

В данном случае рабочий процесс совершается за четыре хода поршня (такта). Такой

двигатель называется четырехтактным. Из анализа работы реального двигателя следует, что рабочий процесс не является замкнутым и в нем присутствуют все признаки необратимых процессов: трение, теплообмен, конечные скорости движения поршня и пр.

Диаграмма, построенная с учетом указанных в п.4.1 допущениях,будет уже не индикаторной диаграммой двигателя, а p-w- диаграммой его цикла (рис.4.2,б).

Рассмотрим идеальный термодинамический цикл ДВС с изохорным подводом теплоты.

Идеальный газ с начальными параметрами p1,w1,T1сжимается по адиабате1-2.

В изохорном процессе2-3рабочему телу от внешнего источника теплоты передается количество теплотыq1.В адиабатном процессе3-4 рабочее тело расширяется до первоначального объёмаw4=w1

В изохорном процессе 4-1 рабочее тело возвращается в исходное состояние с отводом от

него теплоты q2в теплообменник.

Характеристиками цикла являются:

- степень сжатия;