2014-02-24
1628
К двигателям внутреннего сгорания(ДВС) относятся такие поршневые тепловые машины, в которых подвод теплоты к рабочему телу заменяется непосредственным сжиганием топлива в смеси с воздухом внутри самого двигателя. В зависимости от принципа действия ДВС принимают, что топливо в них теоретически может сгорать при постоянном объеме (
), или при постоянном давлении (
), а в некоторых случаях сначала при постоянном объеме, а затем при постоянном давлении (смешанный подвод теплоты). Поршневой принцип осуществляется в двигателях только малой мощности (примерно до 30 МВт), при малых мощностях эти двигатели дают более высокий к. п. д., чем турбинные установки.
Работа поршневых ДВС обычно оценивается с помощью индикаторной диаграммы, которая показывает взаимосвязь изменения давления и объема в цилиндре двигателя при движении поршня.
В качестве величин, характеризующих циклы ДВС, применяют следующие:
ε –– степень сжатия, 
–– это отношение объема в начале сжатия, к объему в конце сжатия;
|
|
|
ρ –– степень предварительного расширения, 
––это отношение объема в конце подвода теплоты к объему в начале подвода теплоты;
λ –– степень повышения давления, 
–– это отношение давления в конце подвода теплоты к давлению в начале подвода теплоты.
В двигателях со сгоранием топлива при постоянном объеме в цилиндр поступает горючая смесь, состоящая из топлива и воздуха. Смесь сжимается поршнем, в конце сжатия поджигается электрической искрой и сгорает. Образующиеся при сгорании газы совершают работу и после чего выбрасываются из цилиндра. Рабочий процесс двигателя повторяется.
Если горючая смесь, поступающая в двигатель, представляет собой смесь жидкого топлива и воздуха, образующуюся в карбюраторе, то двигатель называют карбюраторным. Если это смесь газообразного топлива и воздуха, то двигатель называют газовым.
Цикл двигателя, работающего со сгоранием топлива при постоянном объеме, носит название цикла Отто (рис. 8).
В двигателях со сгоранием топлива при постоянном давлении в цилиндр поступает чистый воздух, который сжимается поршнем, при этом температура воздуха повышается до температуры воспламенения топлива. В конце сжатия в цилиндр впрыскивается топливо, которое там воспламеняется. Сгорание топлива происходит при рабочем ходе поршня, поэтому давление в цилиндре не изменяется, а сами продукты сгорания, расширяясь, производят работу. После этого отработанные газы удаляются в атмосферу. По такому принципу работают компрессорные дизели. Цикл работы этих двигателей называется циклом Дизеля (рис. 9).
Рис. 8. Цикл Отто: 1–2 –– адиабатное сжатие горючей смеси; 2–3 –– подвод теплоты при постоянном объеме (сгорание смеси); 3–4 –– расширение рабочего тела (рабочий ход поршня); 4–1 –– отвод теплоты (выпуск отработанных газов) в окружающую среду
|
|
|
Рис. 9. Цикл Дизеля: 1–2 –– адиабатное сжатие горючей смеси; 2–3 –– подвод теплоты при постоянном давлении (сгорание смеси); 3–4 –– расширение рабочего тела (рабочий ход поршня); 4–1 –– отвод теплоты (выпуск отработанных газов) в окружающую среду
Двигатели со смешанным подводом теплоты называются безкомпрессорными, и работают они следующим образом. Часть топлива впрыскивается в сжатый воздух, смесь воспламеняется и горит при постоянном объеме, другая часть топлива сгорает при постоянном давлении, когда поршень начинает двигаться за счет совершения работы продуктами сгорания. Отработанные газы выбрасываются в атмосферу, и работа двигателя повторяется. Цикл работы таких двигателей называется циклом Тринклера (рис. 10).
Рис. 10. Цикл Тринклера: 1–2 –– адиабатное сжатие горючей смеси; 2–3 –– подвод теплоты (сгорание смеси); 3–4 –– расширение рабочего тела (рабочий ход поршня); 4–1 –– отвод теплоты (выпуск отработанных газов) в окружающую среду
КПД цикла Тринклера определяется по формуле:
.
Цикл Отто характеризуется параметрами: ε; ρ =1; λ. Тогда к. п. д. цикла Отто будет найден:
.
Цикл Дизеля характеризуется параметрами: ε; ρ; λ=1. Тогда к. п. д. для цикла Дизеля можно определить:
.
