Принцип работы ДВС

Классификация тепловых двигателей и принцип работы.

Цикл с подводом теплоты при постоянном объёме.

Цикл с подводом теплоты при постоянном давлении.

Цикл со смешанным подводом теплоты.

Литература:

1. Стуканов В.А. Основы теории автомобильных двигателей и автомобиля: Учебное пособие. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2004.-368с.

с. 33 - 46

Классификация тепловых двигателей и принцип работы.

Классификация тепловых двигателей.

По способу подвода теплоты к рабочему телу различают:

- двигатели внешнего сгорания;

- двигатели внутреннего сгорания (ДВС);

ДВС по способу реализации полезной работы цикла могут быть:

- поршневыми (роторно- поршневыми);

- газотурбинными;

- комбинированными;

- реактивными;

В поршневых и роторно- поршневых двигателях рабочее тело находится в замкнутом пространстве между неподвижными деталями и движущемся поршнем или ротором, которые воспринимают давление рабочего тела и преобразуют его во внешнюю работу.

В газотурбинном двигателе рабочее тело расширяется в потоке, т.е. в незамкнутом пространстве. При тепловом расширении кинетическая энергия потока преобразуется в механическую работу на лопатках вращающегося рабочего колеса (турбины).

В реактивных двигателях рабочее тело расширяется также в незамкнутом пространстве, но кинетическая энергия газа преобразуется в механическую работу не на лопатках колеса как в газотурбинном двигателе, а за счёт сил реакции при выходе рабочего тела из двигателя в окружающую среду с большой скоростью.

Принцип работы ДВС.

Принцип действия ДВС показан на рис.1, где для наглядности совмещена индикаторная диаграмма четырёхтактного двигателя и его принципиальная схема.

Поршень, перемещаемый в цилиндре диаметром D, шарнирно соединён с шатуном, который соединён с кривошипом коленчатого вала. В головке цилиндров установлены впускной к₁ и выпускной к₂ клапаны. Поршень совершает возвратно-поступательное движение, а коленчатый вал-

вращательное. При движении поршня от ВМТ через впускной клапан засасывается горючая смесь (кривая 0-1¹). Прямая а-а¹ соответствует давлению окружающей среды. При впуске не происходит изменение параметров смеси(p, v,T), меняется лишь масса (G) и объём (V) смеси. При обратном движении поршня рабочая смесь сжимается (кривая1¹ -2). Происходит изменение

Рис.1. Индикаторная диаграмма и принцип работы ДВС.

состояния смеси (давление, объём, и температура). Клапаны при этом закрыты.

По окончании сжатия смесь воспламеняется и очень быстро сгорает. Прямая 2 – 3 соответствует изменению состояния рабочего тела, причём происходит изменение как термодинамических параметров, так и химического состава рабочего тела. До воспламенения (точка 2) рабочее тело представляло собой рабочую смесь, в конце горения (точка 3) это уже продукт сгорания. На этом этапе происходит очень резкое увеличение давления и температуры. Теплотой, выделившейся в результате сгорания смеси, нагреваются продукты сгорания, их давление и температура увеличиваются.

Когда поршень делает третий ход, происходит процесс расширения газов (кривая 3 – 4). Давление газов совершает работу.

При четвёртом ходе поршня из цилиндра удаляются продукты сгорания через выпускной клапан. Причём начало этого процесса совпадает с концом процесса расширения (прямая 4 – 1), за счёт избыточного давления отработавшие газы удаляются. При дальнейшем движении поршня удаление газов происходит принудительно (кривая 1 – 0). При этом меняется масса (G) и объём (V) рабочего тела. Далее цикл повторяется. На рис.1 показана индикаторная диаграмма четырёхтактного ДВС, площадь фигуры, которой соответствует работе за один цикл. Диаграмма термодинамического цикла отлична от индикаторной диаграммы, так как она показывает изменение состояния рабочего тела, а индикаторная – изменение давления в цилиндре в зависимости от положения поршня.

ДВС, как видно из рис.1, не работают по замкнутому круговому процессу, но их циклы условно считают круговыми обратимыми циклами и при их исследовании используют теже термодинамические методы изучения.

Исследование теоретических циклов позволяет определить максимальный с точки зрения термодинамики КПД в данных условиях и факторы, которые влияют на экономичность двигателя.

По характеру подвода теплоты к рабочему телу циклы ДВС можно разбить на три группы:

1) циклы с подводом теплоты к газу при постоянном объёме;

2) циклы с подводом теплоты к газу при постоянном давлении;

3) смешанные циклы – с подводом теплоты к газу частично при постоянном объёме, частично при постоянном давлении.