Теоретические циклы двигателя.

Циклом называется совокупность процессов, возвращающая систему в первоначальное состояние. Число процессов, входящих в цикл, может быть любым. Графически изображается замкнутым контуром, вид которого всецело определяется числом и формой составляющих цикл процессов.

Для сгорания топлива и превращения полученной при этом тепловой энергии в механическую работу, в цилиндрах ДВС должны проходить следующие термодинамические и вспомогательные процессы: впуск, сжатие, сгорание, расширение, выпуск. В теории двигателя комплекс процессов, периодически повторяющихся в цилиндрах ДВС, называют рабочим циклом. Различают теоретические и действительные циклы.

Теоретический цикл – это замкнутый цикл, в котором приняты следующие допущения:

• в цилиндре двигателя находится постоянное количество одного и того же незаменяемого идеального газа, при этом отсутствуют процессы впуска и выпуска и связанные с ним механические и гидравлические потери, неизбежные в реальном ДВС;

• процесс сжатия и расширения происходит адиабатно , то есть без тепловых потерь, связанных с теплообменом между газами и стенками цилиндров. Трение между поршнем и цилиндрами отсутствует;

• топливо в цилиндре не сгорает, теплота к идеальному газу подводится от внешнего источника, причем мгновенно в ВМТ;

• теплоемкость газа, находящегося в цилиндре, считается постоянной и не изменяется с изменением температуры;

• в соответствии со вторым законом термодинамики отсутствуют потери теплоты, кроме неизбежной теплоотдачи деталям ДВС ;

Практическое значение имеют три термодинамических цикла, которые различают между собой по условиям подвода теплоты (Рис. 2):

1. при постоянном объеме V= const – цикл Отто (Рис. 2,а)

2. при постоянном давлении P= const – цикл Дизеля (Рис. 2,б)

3. со смешанным подводом теплоты :частично при V= const , частично при P= const – цикл Сабатэ (Тринклера) (Рис. 2,в)

а) б) в)

Рис. 2. Теоретические циклы двигателей

V_c – объем камеры сгорания; V_h – рабочий объем двигателя; V_a- полный объем цилиндра;

а-с – процесс сжатия;

с-z – процесс сгорания при смешанном подводе теплоты (подвод теплоты Q₁)

c-z^′ - подвод теплоты Q₁^΄ при постоянном объеме

z^′-z – подвод теплоты Q₁^″ при постоянном давлении

z-b – расширение

b-a – отвод теплоты Q_2.

По циклу с подводом теплоты при постоянном объеме работают карбюраторные и газовые двигатели, а также двигатели с впрыском бензина во впускном трубопровод; с подводом теплоты при постоянном давлении – тихоходные дизели; со смешанным подводом теплоты – быстроходные дизели.

Полученные уравнения теоретических циклов в последующем применяются для реальных циклов с добавлением соответствующих коэффициентов.

Анализ теоретических циклов.

В каждой точке цикла в соответствии с уравнением состояния газов имеются соответствующие значения давления P, температуры T, объема V. Для характеристик циклов используются следующие параметры:

1.Степень сжатия – показывает во сколько раз уменьшается объем цилиндра при движении поршня от НМТ до ВМТ. Для цикла с подводом теплоты приV=const ε=6…10 – для карбюраторных двигателей; ε=8…11 – для газовых двигателей; ε=10…12 – для двигателей с впрыском бензина. Для цикла с подводом теплоты при P=const – ε=14…15,а со смешанным подводом – ε=14…22

1.Степень повышения давления - показывает, во сколько раз увеличивается давление в цилиндре двигателя при подводе теплотыQ₁

λ=3,5…4,5 – для бензиновых двигателей; λ=3…4 – для газовых двигателей; λ=1 – для тихоходных дизелей; λ=1,6…2,2 – для быстроходных дизелей.

3.Степень предварительного расширения - показывает, во сколько раз увеличивается объем цилиндра при подводе теплотыQ₁; для бензиновых и газовых двигателей ρ=1; для тихоходных дизелей ρ=1,7...1,8; для быстроходных – 1,4…2,2.

4.Степень последующего расширения – показывает во сколько раз увеличивается объем цилиндра в результате расширения газов по адибатеzb. Для двигателей с внешним смесеобразованием V_b=V_a, V_z=V_c следовательно:

Для дизельных двигателей: