Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
RASChYoT_TsIKLA_DVIGATYeLYeYa_VNUTRYeNNYeGO_SGO....doc
Скачиваний:
5
Добавлен:
19.11.2018
Размер:
246.78 Кб
Скачать

ЗМІСТ

стор.

Вступ………………………………………………………………..

4

1. Умова задачі……………………………………………………..

11

2. Математичний алгоритм розрахунку…………………………..

11

3. Математичний алгоритм розрахунку теоретичного коефіцієнта корисної дії циклу і циклу Карно…………………………

14

4. Оформлення роботи……………………………………………..

14

Література…………………………………………………………..

16

Вступ цикли двигунів внутрішнього згоряння

Двигунами внутрішнього згоряння (Д.В.З) називаються теплові двигуни поршневого типу, у яких згоряння палива (підведення теплоти) і перетворення теплоти продуктів згоряння в роботу відбувається безпосередньо усередині робітника циліндра.

На мал. 1 зображена схема пристрою так називаного чотиритактних Д.В.З і діаграма його робочого процесу в р-V-координатах. Циліндр двигуна постачений двома клапанами - впускним 2 і вихлопним 4. Відкриття і закриття клапанів здійснюється спеціальним газорозподільним механізмом (на схемі не показаний). Поршень 5 робить зворотно-поступальні рухи, що за допомогою кривошипно-шатунного механізму - шатуна 6 і кривошипа 7 - перетворяться в обертальний рух вала 8

Чотиритактними називаються двигуни, у яких один робочий хід приходиться на чотири ходи поршня, тобто на два обороти вала.

Крайні положення поршня, при яких напрямок руху поршня змінюється на зворотне, називаються мертвими точками - у кришці циліндра - верхньою мертвою точкою (В.М.Т.), протилежна - нижньою мертвою точкою (Н.М.Т.).

Рух поршня від однієї мертвої точці до іншої, називаються тактами, а шлях між ними називається ходом поршня. Об’єм, що описується поршнем за один хід, називається робочим об’ємом циліндра.

Робочий процес Д.В.З починається з руху поршня 5 від В.М.Т. униз при відкритому впускному клапані 2 (такт усмоктування). При цьому в циліндр надходить суміш бензину чи газу з повітрям, що утвориться в спеціальному пристрої, називаному карбюратором (чи змішувачем у випадку газоподібного палива); при використанні так називаного важкого палива (наприклад, нафти, дизельного пального) у такті усмоктування надходить чисте повітря.

Рис. 1. Схема пристрою і діаграма робочого процесу Д.В.З

У Н.М.Т. впускний клапан 2 закривається і поршень, переміщаючи в зворотному напрямку, робить такт стискання ІІ. Поблизу від В.М.Т. у карбюраторних Д.В.З запалення палива відбувається електричною іскрою (примусове запалення), і паливо згоряє в момент приходу поршня у В.М.Т. Унаслідок цього температура і тиск продуктів згоряння різко зростають при практично постійному об’ємі.

У так званих Д.В.З високого стиску в середовище сильно стиснутого і нагрітого до 500…6000С повітря впорскується через форсунку рідке паливо, що самозаймається і згоряє. Розпилювання рідкого палива у форсунці може здійснюватися повітрям, стиснутим у спеціальному компресорі (компресорні дизелі), чи механічне розпилювання за допомогою паливного насоса (безкомпресорні дизелі). Після завершення згоряння відбувається такт розширення (робочий такт ІІІ). Поблизу від Н.М.Т. відкривається випускний клапан, тиск падає і при русі поршня від Н.М.Т. до в. м. т. гази, що відробили, виштовхуються з циліндра (такт вихлопу IV) при тиску, трохи більшому атмосферного. Така діаграма робочого процесу звичайно записується спеціальним приладом - індикатором, а отримана в такий спосіб діаграма називається індикаторною діаграмою. На індикаторній діаграмі відкладається об’єм циліндра, що описується поршнем у даний момент.

Через високі температури в циліндрі двигуна (порядка 1600…20000С) приходиться інтенсивно прохолоджувати циліндр, найчастіше водою, тому між стінками циліндра і продуктами згоряння весь час відбувається теплообмін.

Легко бачити, що дійсні процеси, що протікають у Д.В.З, є незворотними (протікають з кінцевими швидкостями, тертям і теплообміном при кінцевій різниці температур), тому індикаторну діаграму не можна ототожнювати з термодинамічним циклом.

У зв’язку з цим для термодинамічного аналізу циклу в Д.В.З наводять наступні допущення:

а) процеси згоряння палива заміняються оборотними процесами підведення теплоти q1 від зовнішніх джерел, а процеси вихлопу газів, що відробили - зворотним процесом відводу теплоти q2 (зокрема, ізохорним процесом), унаслідок цього в циклі бере участь постійна кількість робочого тіла;

б) процеси стискання і розширення приймаються адіабатними;

в) робочим тілом є ідеальний газ з постійною теплоємкістю.

Таким чином, для теоретичного аналізу дійсні процеси в Д.В.З заміняють теоретичним термодинамічним циклом, який складається зі зворотних процесів.

З термодинамічної точки зору двигун внутрішнього згоряння, як і будь-який тепловий двигун, повинний був би працювати по циклу Карно, що має найвищий термічний К.К.Д. у заданому інтервалі температур Tmax – Тmin. Однак внаслідок конструктивних труднощів двигун внутрішнього згоряння, у якому підвід і відвід теплоти відбувалися б по ізотермах, не вдалося би побудувати.

Практично, найбільш зручніше, підводити теплоту по ізохорі або по ізобарі, чи по змішаному способу - ізохорі та ізобарі. Відповідно до цього для Д.В.З розроблені три теоретичних цикли, що мають практичне значення:

1) цикл із підведенням теплоти при V = const;

2) цикл із підведенням теплоти при P = const;

3) цикл зі змішаним підведенням теплоти при P = const і V = const.

Цикл із підведенням тепла при постійному об’ємі (V = const) є прототипом робочого процесу в двигунах з примусовим запалюванням. Запалювання пальної суміші походить від електричної іскри. Відмінною рисою таких двигунів є стиск пальної суміші (суміш пара бензину з повітрям). Цей цикл складається з двох адіабат і двох ізохор (мал. 2). Адіабата - 2 відповідає стисканню пальної суміші, ізохора 2-3 - згорянню суміші (підведення теплоти q1), внаслідок чого тиск підвищується до P3. Після цього продукти згоряння адіабатно розширюються (процес 3-4). В ізохорному процесі 4-1 від газу видаляється теплота q2.

Рис. 2. Цикл Д.В.З з ізохорним підведенням теплоти:

а) у P-V-координатах; б) у T – S - координатах.

Цикл з ізобарним підведенням теплоти (Р = const) складається з двох адіабат, ізобари і ізохори (мал. 3) і є зразком для двигунів важкого палива, що називаються компресорними дизелями. У цих двигунах спочатку стискається по адіабаті - 2 чисте повітря, у результаті чого його температура підвищується до необхідної температури самозапалювання палива. Потім в ізобарному процесі 2-3 відбувається впорскування і горіння палива (підведення теплоти q1). Далі відбувається адіабатне розширення 3-4 і ізохорний вихлоп 4-1 (відвід теплоти q2).

Рис. 3. Цикл Д.В.З з ізобарним підведенням теплоти: ,

а) у P - V - координатах; б) у Т-S - координатах

Рис. 4. Цикл Д.В.З зі змішаним підведенням теплоти;

а) у P-V - координатах; б) у T – S - координатах.

Цикл зі змішаним підведенням теплоти характерний для так званих безкомпресорних двигунів важкого палива з механічним розпилюванням палива (мал.4). Згоряння палива в такому двигуні спочатку відбувається по лінії V = const (процес 2-3) з підвищенням тиску, а потім при постійному тиску P = const (процес 3-4).

Введемо поняття, що є основними характеристиками циклу:

 = V1/V2 – ступінь стискання;

- ступінь підвищення тиску

- ступінь попереднього розширення.

Тоді термічний К.К.Д. циклу зі змішаним підведенням теплоти

,

.

З цього вираження випливає, що термічний К.К.Д. зростає зі збільшенням ступеня стиску і ступеня підвищення тиску, і зменшується зі збільшенням ступеня попереднього розширення. При  = 1 цикл зі змішаним підведенням теплоти звертається в цикл з ізохорним підведенням теплоти, термічний К.К.Д. якого

.

а при  = 1 - у цикл з ізобарним підведенням теплоти. Для цього циклу К.К.Д. визначається по формулі

У залежності від умов підведення теплоти і з урахуванням зазначених обмежень значення термічних К.К.Д. різних Д.В.З складають у середньому  = 0,45...0,60.

Рис. 5 Порівняння циклів Д.В.З.

З порівняння виражень К.К.Д. циклів видно, що при однакових ступенях стискання, цикл з ізохорним підведенням теплоти має більший К.К.Д., чим цикл з ізобарним підведенням теплоти. Однак практично для двигунів з ізобарним підведенням теплоти характерний більш високий ступінь стискання, тому вони більш економічні, чим двигуни з ізохорним підведенням теплоти.

У двигунах, що працюють з ізохорним підведенням теплоти, підвищення ступеня стискання не повинний викликати детонацію і самозапалювання пальної суміші в процесі стискання, тому допускається  = 6...10. У двигунах з ізобарним підведенням - теплоти стискується повітря й у них досягається  = 12...18.

Тому доцільніше порівнювати ці цикли при однакових кінцевих тисках і температурах, тобто в умовах однакових припустимих термічних і механічних напруг.

На мал. 5 зображений цикл з ізохорним і ізобарним підведеннями теплоти в тому самому інтервалі температур. Як видно, середня температура підведення теплоти T1сер, у циклі Р = const більше, ніж T1сер у циклі V = const, тому К.К.Д. циклу Р = const вище, ніж К.К.Д. циклу V = const. З цього порівняння циклів випливає, що для кращого використання теплоти q1 доцільно частину її q1/ підводити при V = const до моменту одержання в двигуні припустимих максимальних тисків з погляду механічної міцності деталей двигуна, а іншу частину q1// підводити при Р = const, тоді Д.В.З буде працювати по циклу зі змішаним підведенням теплоти. По цьому циклу працюють усі сучасні Д.В.З важкого палива (дизелі).

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]