2018-02-13
321
Принципова схема та індикаторна діаграма.
1- впускний клапан; 2- випускний клапан; 3- електрична свічка; 4- поршень;
5- циліндр.
а-1—ізобарний впуск паливно-повітряної суміші через відкритий впускний клапан 1 в циліндр, в тому числі за рахунок тиску Ратм.. При цьому поршень рухається із ВМТ до НМТ;
1-2—політропний стиск паливно-повітряної суміші до досягнення температури нижчої від температури самозаймання палива. Ця умова накладає межу верхнього тиску;
2-3—ізохорне (миттєве) згоряння паливно-повітряної суміші від електричної свічки;
3-4—політропне розширення продуктів згоряння (поршень рухається із ВМТ у НМТ)—робочий хід;
4-5—ізохорний майже миттєвий відвід теплоти 
з продуктами згоряння через відкритий випускний клапан 2;
5-в—повне ізобарне очищення циліндра від продуктів згоряння при русі поршня з НМТ у ВМТ і відкритому клапані 2;
в-а—ізохорне закриття клапана 2 і відкриття клапана 1.
.
Аналіз циклу в PV і TS координатах
1-2—адіабатний стиск робочого тіла, що відповідає стиску паливно-повітряної суміші по політропі в циліндрі;
2-3—ізохорний підвід теплоти 
, що відповідає миттєвому згорянню паливно-повітряної суміші від електричної іскри в реальному двигуні;
3-4—адіабатне розширення робочого тіла, що відповідає робочому ходу;
4-1—ізохорний відвід теплоти з продуктами згоряння в оточуюче середовище.
Цей цикл характеризує наступні параметри.
1. Ступінь адіабатного стиску
.
Параметр 
відповідає конкретному конструкційному параметру двигуна ступені стиску, який для реального бензинового двигуна складає 7-14. Це число для двигуна обмежене температурою самозаймання паливно-повітряної суміші і залежить від антидетонаційних властивостей палива.
2. Ступінь підвищення тиску
.
змінюється в межах від 1,2 до 1,8. При термодинамічному аналізі циклів визначають 
вплив величин на його ріст для подальшого аналізу з метою підвищення цих величин і відповідною зміною в конструкцію двигуна.
визначається з наступних рівнянь
,
де 
.
З урахуванням рівнянь параметрів циклів 
і рівнянь адіабатних процесів 1-2 і 3-4 можна отримати вираз для в наступному вигляді
,
де 
показник адіабати робочого тіла.
З останнього виразу можна зробити наступні висновки.
1. залежить від ступеня стиску (конструкцій двигуна) і показника адіабати 
(властивостей робочого тіла).
2. Із зростанням зростає , але при досягненні 
зростання зменшується.
При досягнення 
можлива детонація двигуна. Детонація—некерований процес згоряння паливно-повітряної суміші, який є вибухоподібним, тобто згоряння починається ще до приходу поршня у ВМТ не від електричної свічки, а від температури паливно-повітряної суміші, що перевищує температуру самозаймання палива. При цьому падає потужність, швидко виходять з ладу конструкційні елементи і зростають витрати палива.
За допомогою РV- і TS- діаграм (площ фігур на них) можна обчислити роботу, затрачену на стиск (
), роботу отриману при розширенні (
), а 
приблизно рівна зовнішній корисній роботі, виконаній двигуном за циклом 
.
Термічний ККД можна підрахувати за допомогою площ фігур в TS-координатах.
еквівалентна корисно використаній теплоті в даному циклі.
Існують методи підвищення – зменшення кількості відведеної теплоти без зміни підвищення теплоти , збільшення кількості теплоти без зміни відведеної теплоти , одночасне збільшення і зменшення .
Розглянемо методи підвищення термічного ККД на TS-діаграмі.
Для зменшення необхідно понизити температуру робочого тіла в кінці адіабатного процесу розширення, тобто більше охолодити робоче тіло після робочого ходу. Кількість відведеної теплоти 
.
В реальних двигунах зниження досягається наступними конструкційними змінами—використанням теплоти продуктів згорання для підігріву паливно-повітряної суміші перед впуском.
Для підвищення необхідно підвищити температуру Т2 робочого тіла в кінці стиску, тоді 
. Підвищення в основному обумовлене підвищенням температури в кінці стиску, а отже і підвищенням ступеня стиску .
Одночасне збільшення і зменшення може досягтись наступним перерозподілом площ фігур в TS-координатах. Наприклад, найвища температура робочого тіла 3’ дещо зменшується до 3”, тоді кількість підведеної теплоти 
. Кількість відведеної теплоти стає дещо меншою 
.
Середній індикаторний тиск і зовнішню корисну роботу підраховують за такими загальними формулами
Цикл поршневого ДВЗ з підводом теплоти при 
. Цикл Дизеля компресорного дизельного двигуна
Принципова схема та індикаторна діаграма
1- 
впускний клапан; 2- випускний клапан; 3- форсунка; 4- поршень; 5- циліндр.
Ідея циклу двигуна Дизеля полягає в роздільному стиску повітря і палива, що сприяє зростанню ступені стиску , а отже збільшенню термічного ККД і підвищенню ефективності двигуна.
в-1—ізобарний впуск повітря через впускний клапан 1 при русі поршня із ВМТ до НМТ;
1-2—політропний стиск повітря до температури більшої за температуру самозаймання палива;
2-3—ізобарне повільне утворення паливно-повітряної суміші та її згоряння при подачі попередньо стиснутого і розпиленого компресором палива. В точці 2–робоче тіло повітря, в точці 3–продукти згоряння (змінились фізико-хімічні властивості робочого тіла);
3-4—продовження робочого ходу, політропне розширення робочого тіла;
4-5—ізохорний відвід теплоти з продуктами згоряння через випускний клапан 2;
5-а—повне очищення циліндра від продуктів згоряння через клапан 2 при русі поршня із НМТ до ВМТ;
а-в—ізохорне закриття клапана 2 і відкриття клапана 1.
Аналіз циклу в РV-і TS-діаграмах
1-2—адіабатний стиск робочого тіла; 2-3—ізобарний підвід теплоти ; 3-4—адіабатне розширення робочого тіла; 4-1—ізохорний відвід теплоти .
Цикл характеризують наступні параметри.
1. Ступінь адіабатного стиску
.
2. Ступінь попереднього розширення
.
3. Ступінь адіабатного розширення
.
Термічний ККД підраховують із наступних рівнянь
де 
.
З урахуванням параметрів циклу 
, а також рівнянь адіабатних процесів 1-2 і 3-4 отримаємо вираз для термічного ККД в остаточному вигляді
,
де показник адіабати робочого тіла, який характеризує параметри робочого тіла.
Аналогічно, як і при аналізі циклу поршневого ДВЗ з підводом теплоти при сталому об’ємі, можна обчислити за допомогою площ фігур в TS-координатах, а також підрахувати зовнішню корисну роботу, виконану двигуном за цикл з допомогою площ фігур в РV-координатах.
Існують методи підвищення , які полягають у наступному—збільшенні кількості теплоти без зміни , зменшенні без зміни , одночасному збільшенні і зменшенні .
При термодинамічному аналізі обчислюється середній індикаторний тиск робочого тіла за цикл і зовнішня корисна робота, виконана двигуном за цикл за наступними формулами
За допомогою РV- і TS-координат можна порівняти цикли поршневих ДВЗ з підводом теплоти при 
і при різних вхідних даних. Наприклад, коли температури в точці 2 для двох циклів однакові або, коли температури в точці 3 для двох циклів однакові.
