Главное меню

Судовые двигатели

Идеальные циклы двигателей внутреннего сгорания

Идеальным циклом двигателя называется круговой замкнутый обратимый цикл, представляющий собой совокупность последова­тельных процессов, совершаемых идеальным газом в цилиндре идеальной машины. При идеальном цикле допускаются следую­щие отступления: 1) с идеальным газом, находящимся в цилиндре, совершаются только физические, по не химические изменения, т. е. состав и масса газа остаются постоянными; 2) тепло подво­дится к газу извне, а не в процессе сгорания топлива в цилиндре; 3) процессы сжатия и расширения совершаются по адиабатам, т. е. без теплообмена с внешней средой (стенки цилиндра теплоне­проницаемые и трение между поршнем и стенками цилиндра отсутствует); 4) теплоемкость газа не зависит от температуры; 5) выпуск отработавших газов заменяется передачей некоторого количества тепла холодному источнику при постоянном объеме. Идеальные циклы применяют для исследования действительных циклов, происходящих в реальных двигателях, и сравнения по сте­пени использования тепла различных типов двигателей, незави­симо от их конструктивных особенностей.

Идеальный цикл ДВС со смешанным подводом тепла

Различают идеальные циклы: с подводом тепла при постоян­ных объеме и давлении и смешанным подводом тепла. Лучшим для современных судовых двигателей внутреннего сгорания явля­ется цикл со смешанным подводом тепла. На рис. 198 показаны диаграммы этого цикла в координатах р, V и Т, s. Основными процессами цикла являются: ас — адиабатное сжатие: сz' — изохорный подвод тепла Q?1; z'z — изобарный подвод тепла Qp1; zе — адиабатное расширение и еа — отвод тепла Q2 к холодному источ­нику по изохоре.

Основные характеристики цикла следующие: Степень сжатия ? — отношение полного объема цилиндра Va к объему в конце сжатия Vс

Степень повышения давления ?— отношение давления рz в конце подвода тепла к давлению рс в конце сжатия

Степень предварительного расширения ? — отношение объема Vz в конце подвода тепла к объему Vс в конце сжатия

Степень последующего расширения ?— отношение объема Vе в конце расширения к объему Vz в конце подвода тепла

Так как Vе=Vа, то из произведения

откуда ?? = ?.

Термический к. п. д. ?t— отношение количества тепла, превра­щенного в работу в цилиндре идеальной машины, к количеству тепла, затраченному на совершение работы:

Подставив значение для количества подведенного и отведен­ного тепла и произведя некоторые преобразования (из курса тех­нической термодинамики), получим окончательное выражение для термического к. п. д. смешанного цикла:

Из этого выражения следует, что термический к. п. д. возрас­тает с повышением степени сжатия ?, показателя адиабаты k и степени повышения давления ? и уменьшается при увеличении степени предварительного расширения ?. При перегрузках вслед­ствие повышенной подачи топлива величина ? возрастает, что приводит к уменьшению экономичности двигателя.

Расчетный или теоретический цикл отличается от идеального и действительного, занимая между ними промежуточное положение. В расчетном цикле учитывают все явления, имеющие место в действительном цикле, но полагают, что сжатие и расширение протекают с постоянными показателями политроп. Процессы на­полнения и выпуска полагают протекающими при неизменных давлениях, причем начало и конец каждого процесса совпадают с моментом прихода поршня в крайние положения. Процессы сго­рания топлива считают происходящими сперва при V = const, за­тем при р = const.

Цикл четырехтактного дизеля

На рис. 199 приведены схемы действительного и расчетного циклов дизеля со смешанным подводом тепла.

Циклы двухтактных ДВС отличаются от циклов четырехтакт­ных только процессами наполнения цилиндров и выпуска отрабо­тавших газов: у двухтактных ДВС они совмещены.

Действительный цикл ДВС, под которым понимают ряд после­довательно повторяющихся в цилиндре процессов, обусловливаю­щих работу двигателя, значительно отличается от идеального. Количество газа в действительном цикле меняется: с ним проис­ходят не только физические, но и химические изменения. Подвод тепла осуществляется не извне, а за счет сжигания топлива внутри цилиндра. Вследствие теплообмена с окружающей- средой про­цессы расширения и сжатия происходят не адиабатно, а политропно, причем показатели политроп непрерывно изменяются. После окончания каждого действительного цикла отработавший газ не возвращается в первоначальное состояние, а удаляется из цилиндра. Вместо него цилиндр заполняется свежим зарядом. Про­цессы наполнения цилиндра и выпуска газов происходит при пе­ременном давлении. Начало и конец процессов выпуска и напол­нения не совпадают с моментами прихода поршня в крайние по­ложения. Процесс сгорания происходит не при V = const и р =  const как в идеальном цикле, а представляет более сложный процесс.