Циклы двигателей внутреннего сгорания

ДВС – это тепловая машина, в которой весь цикл осуществляется внутри цилиндра.

Впервые идея ДВС была предложена Сади Карно в 1824 году, но построен первый ДВС был только в 1860 году, французским механиком Ленуаром. Этот двигатель работал на светильном газе без сжатия рабочего тела, в результате КПД был низок и двигатель распространения не получил. В 1877 году немецкий инженер Отто построил бензиновый двигатель, работавший по принципу, запатентованному в 1862 году французам Бо-де-Роша, фактические принципы которого совпадали с идеей, предложенной Карно. Двигатель высокого сжатия был построен немецким инженером Дизелем в 1897 году. Двигатель работал на керосине, для сжатия воздуха использовался компрессор высокого давления. Бескомпрессорный двигатель, в котором сгорание топлива происходило последовательно сначала при постоянном объеме, а затем – при постоянном давлении, был построен в 1904 году русским инженером Тринклером.

Таким образом, в зависимости от особенностей процесса сгорания топлива различают три типа двигателей.

Карбюраторный двигатель, работающий на смеси паров воздуха и бензина, воспламенение осуществляется свечой. Это ДВС с быстрым горением, практически при постоянном объеме;

Компрессорные дизели, в которых в качестве топлива используют солярку, мазут; воспламенение осуществляется за счет высокой температуры сжатого воздуха, горение – медленное, практически при постоянном давлении;

Бескомпрессорные дизели со смешанным горением: вначале при постоянном объеме, а затем при постоянном давлении.

Основные характеристики или параметры цикла – это:

1) – степень сжатия;

2) – степень повышения давления при изохорном подводе тепла;

3) – степень предварительного расширения при изобарном подводе тепла.

Эти характеристики задаются на начальном этапе проектирования на основе опыта конструирования двигателей.

Исследование работы реального поршневого двигателя целесообразно производить по диаграмме, в которой дается изменение давления в цилиндре в зависимости от положения поршня за весь цикл. Такую диаграмму, снятую с помощью специального прибора индикатора, называют индикаторной диаграммой. Площадь замкнутой фигуры индикаторной диаграммы изображает в определенном масштабе индикаторную работу газа за один цикл. Не следует смешивать индикаторную диаграмму с рабочей (p-v- диаграммой): p-v - диаграмма строится для постоянного количества вещества, а индикаторная диаграмма изображает процесс в цилиндре, количество газа в котором переменно.

Рисунок 5.1 – индикаторная диаграмма двигателя внутреннего сгорания

0-1 – всасывание рабочего тела

1-2 – сжатие рабочего тела

2-3 – сгорание рабочего тела, практически при постоянном объеме.

3-4 – рабочий ход

4-0 – выброс продуктов сгорания

Из описания работы процесса реального ДВС видно, что он не является замкнутым. В нем имеются все признаки необратимых процессов. Анализ такого цикла с точки зрения теории тепловых процессов невозможен, а поэтому ТД исследует не реальные процессы ДВС, а идеальные.