Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС)

Топливо сжигают внутри цилиндра (нескольких),его снаружи охлаждают водой (антифризом).

В 1862г. французы Ленуар и Бо-де Роша построили и взяли патент на двигатель, работающий на светильном газе с к.п.д. паровой машины (паровоза) - 3-5 %. В 1877г. немец Отто реализовал двигатель со сжиганием бензина при постоянном объеме (нужны свечи зажигания). В 1897г. немец Дизель – при постоянном высоком давлении (без свечей, но с компрессором для предварительного сжатия воздуха),топливо – керосин. В 1904г. русский инженер Г. В. Тринклер (и Сабатэ, как и у Попова в радио, есть свой “ Маркони”) предложил безкомпрессорный двигатель со смешанным сгоранием топлива, сначала при постоянном объеме, затем - давлении.

В цикле Карно при Т₁ ≈2100К и при Т₂ ≈290К (≈0⁰С) давление было бы очень велико, р₁≥300МПа, а на выходе потребовалось бы расширение не менее,чем в 400 раз, т.е. увеличение длины канала (цилиндра). Цикл Карно практически неосуществим, но можно к нему приблизиться.

Эффективность любого процесса оценивают произведением к.п.д. процесса на к.п.д. двигателя процесса (его способности к воспроизведению всех своих компонентов, включая в том числе и другие свойства …). В данном случае Ƞ_эфф =Ƞ_t * Ƞ_д.

На рисунках внизу представлен цикл со смешанным подводом теплоты (Тринклера – Сабате).

Его термический коэффициент полезного действия после подстановки в (3.4) выражений для подведенной и отведенной теплоты, q₁ =(q₁^/ +q₁^//) и q₂ в соответствующих процессах

Ƞ_tvp = 1 - ( 𝜆ρ^к - 1) /ε^к-1[( 𝜆 -1) +к𝜆(ρ – 1)], …(10.1)
где ε = v₁ /v₂ – степень адиабатного сжатия, ρ = v₃ /v₂– изобарного (предварительного) расширения, 𝜆 = p₃ /p₂ – повышения давления в изохорическом процессе. При ρ = 1 или 𝜆 =1 это процессы с подводом тепла при постоянном объеме или при постоянном давлении (т. е. циклы двигателей Отто или Дизеля). Их термические к.п.д. соответственно

Ƞ_tv = 1 - 1/ε^k-1 ,...(10.2)

Ƞ_tp =1 –[ (ρ^к-1)/k(ρ-1)](1/ε^k-1). …(10.3) (Из (10.3) при ρ=1 получается опять и (10.2)).

Степень сжатия у двигателей с подводом тепла по изохоре ε =(6-10) и не более, иначе произойдет преждевременное воспламенение топлива еще до прихода поршня в верхнюю мертвую точку …. В цикле с изобарным подводом теплоты степень сжатия может быть ≈ в два раза больше.

При одинаковой степени сжатия (ε_v =ε_vp =ε_p) термические к.п.д. находятся в соотношении

Ƞ _tv >Ƞ_tvp >Ƞ_tp, …(10.4) термический к.п.д. цикла со смешанным подводом тепла занимает промежуточное положение.

Но, сравнивать циклы надо при одинаковых условиях,т. е. при одинаковых максимальных давлениях и температурах. И тогда, в соотношении (10.4) знак > следует сменить на обратный,!!!. Особых комментариев это не требует: двигатель Дизеля дороже, но экономичнее.

В настоящее время коэффициенты полезного действия ДВС лежат в диапазоне (45 – 55)%.

Дата добавления: 2014-01-07