Циклы двигателей внутреннего сгорания

 

Цикл Отто (цикл быстрого горения с подводом теплоты при постоянном объеме)

 

 

Рис. 44

На графиках изображен цикл Отто в р-v и Т-s координатах (рис. 44). На обоих рисунках: 1-2 –сжатие рабочего тела в цилиндре; 2-3 – горение; 3-4 – расширение рабочего тела (рабочий ход); 4-1 – выхлоп.

Введем обозначения:

 

Считая 1-2 адиабатным процессом, из соотношения параметров адиа-батного процесса

тогда

.                                 (124)

Для изохоры 2-3

 

                              (125)

 

Для адиабаты 3-4

 

                                 (126)

Рассматривая степень термодинамического совершенства цикла Отто, подставим в выражение (113) значения подведенного q1 и отведенного q2 тепла:

и

Отсюда получим:

       (127)

Окончательно

цикла Отто запишется в виде:

                                      (128)

Цикл Дизеля (цикл медленного горения, с подводом теплоты при постоянном давлении)

 

Рис. 45

В цикле Дизеля, изображенном на рис. 45: 1-2 – сжатие рабочего тела; 2-3 – горение; 3-4 – расширение рабочего тела; 4-1 - выхлоп. Из рисунка видно, что давление в цилиндре двигателя после самовоспламенения рабочего тела в т.2 не повышается. Это объясняется тем, что в качестве топлива применяется тяжелое жидкое топливо, которое горит медленно.

Введем обозначения:

- степень сжатия,

- степень предварительного расширения,

- степень последующего расширения,

                                          (129)

Аналогично методике анализа цикла Отто, выразим каждую последующую температуру через предыдущую, начиная с Т1. Для этого запишем соотношение параметров процессов цикла, начиная с т.1:

(130)

                                        (131)

(132)

Затем запишем через подведенную и отведенную теплоты, которые определим через соответствующие теплоемкости и разности температур и получим выражение

цикла Дизеля:

     (133)

 

Цикл Тринклера (цикл со смешанным подводом теплоты)

 

 

Рис. 46

Цикл со смешанным подводом теплоты характерен для так называемых бескомпрессорных двигателей, работающих на тяжелом топливе, с внутренним смесеобразованием. Впервые такой двигатель был создан в 1904 г. Г.В.Тринк-лером.

Введем следующие обозначения (рис. 46):

=

- степень сжатия,

- степень повышения давления,

- степень предварительного расширения,

- степень последующего расширения, причем

т.к.

и

).

Пользуясь методикой вывода , использованной в предыдущих двух параграфах, получим

цикла Тринклера.

 

. (134)

. Подставим полученные значения температур и разделим числитель и знаменатель вычитаемого на сv. Получим

откуда

                                      (135)

Из последнего выражения можно получить

циклов Дизеля и Отто.

Так, для цикла Дизеля (

 

                   (133)

Для цикла Отто (

:

        (128)

 

Сравнение циклов ДВС

 

Для сравнения циклов ДВС необходимо рассматривать двигатели с одинаковой мощностью, т.е. q1o-q2o=

-q2

, где q1o и

- количества подведенной теплоты для циклов Отто и Дизеля, а

и q2

- количества отведенной теплоты для тех же циклов.

 

 

                          Рис.47

Вначале выполним сравнение двигателей с одинаковой степенью сжатия, т.е.

.

Изобразим для этого циклы Дизеля и Отто, равные по площади (так как их мощности равны). Запишем их коэффициенты полезного действия:

.

В соответствии с условием исследования числители будут равны. Но из рис. 47 видно, что q2 >q2o, тогда должно быть q1

>q1p. А это значит, что при равной степени сжатия

 .

Затем сравниваем циклы при Рmax o=Pmax

, где Pmax- наибольшее давление в цилиндре. Площадь 12о3о4о должна быть равна пл. 12 д 3 д 4 д  (условие равной мощности двигателей, рис. 48).

Из рисунка видно, что q2o > q2

,

Тогда и q1o должно быть > q1

,

т.е.

.        

 

                 Рис. 48

 

10.5 Контрольные вопросы

1. Изобразите в рабочей и тепловой диаграммах идеальный цикл ДВС с изохорным подводом теплоты (цикл Отто). Как влияют характеристики цикла на его

?

2. Изобразите в рабочей и тепловой диаграммах идеальный цикл ДВС с изобарным подоводом теплоты (цикл Дизеля). Как влияют характеристики цикла на его

?

3. Изобразите в рабочей и тепловой диаграммах идеальный цикл со смешанным подводом теплоты (цикл Тринклера). Как влияют характеристики цикла на его

?

4. Выполните сравнение циклов Отто и Дизеля при одинаковых степенях сжатия.

5. Выполните сравнение циклов Отто и Дизеля при одинаковых максимальных давлениях в цилиндре.

6. Почему на судах применяются только двигатели, работающие по циклу Тринклера?