Теоретические основы теплотехники. Ляшков В.И. - 43 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Очень схематично устройство поршневого ДВС показано на рис. 1.63. В рабочем
цилиндре
4 с поршнем 5 происходит трансформация теплоты в работу, и поступательное
движение поршня превращается во вращательное с помощью кривошипно-шатунного
механизма
6. В крышке цилиндра расположена камера сгорания и впускной 1 и выпускной
3 клапаны с принудительным приводом. Там же находится или свеча зажигания (или
топливоподающая форсунка)
2.
Рабочий процесс такого двигателя совершается так: при ходе поршня от верхней мертвой
точки (ВМТ) к нижней (НМТ) открывается всасывающий клапан и в рабочий цилиндр
засасывается или подготовленная горючая смесь (в карбюраторных двигателях), или воздух (в
дизельных машинах). При перемене направления движения поршня всасывающий клапан
закрывают и происходит сжатие этого рабочего тела. Когда поршень достигнет ВМТ (а точнее
– чуть-чуть раньше этого момента) горючую смесь поджигают с помощью сильного
электрического разряда, или впрыскивают под очень высоким давлением мелко распыленное
дизельное топливо, которое быстро испаряется и самовоспламеняется, поскольку к концу
сжатия температура воздуха заметно возрастает. При закрытых клапанах происходит сгорание
попавшего в цилиндр топлива, температура и давление продуктов сгорания значительно повышаются, и далее, когда поршень
начинает двигаться к НМТ, происходит расширение продуктов сгорания. Процессы сгорания и расширения составляют
рабочий ход поршня, когда совершается полезная работа. Когда поршень приходит к НМТ, открывают выпускной клапан и
продукты сгорания получают возможность выхода в атмосферу. При движении поршня к ВМТ происходит выталкивание
дымовых газов, которое заканчивается, когда при подходе к ВМТ закрывают выпускной клапан, а следом за тем вновь
открывают впускной клапан и все повторяется вновь. Так работают четырехтактные двигатели, получившие наибольшее
распространение.
У двухтактных машин все процессы совершаются за два хода поршня (за один оборот коленчатого вала). Здесь
процессы выталкивания и всасывания заменяются принудительной продувкой цилиндра, занимающей некоторую часть хода
поршня (и вниз, и вверх). Другая (большая) часть хода используется для процессов расширения и сжатия рабочего тела.
На рис. 1.64 приведена индикаторная диаграмма современного четырехтактного ДВС, на которой показаны все четыре
такта. Отметим, что в течение каждого цикла исходное рабочее тело превращается в дымовые газы и затем они
выбрасываются из машины, т.е. индикаторная диаграмма не является идеальным термодинамическим круговым процессом,
который мы и называли термодинамическим циклом. Однако изучение идеальных циклов дает нам возможность оценивать
степень их совершенства, перенося полученные выводы на реальные машины.
Чтобы идеализировать реальный цикл, полагают, что:
– рабочее тело в цикле – это идеальный газ с постоянными свойствами;
– цикл замкнут (учитывая, что работы в процессах выталкивания и всасывания практически одинаковы и лишь
противоположны по знаку, эти процессы заменяют обратимым изохорным процессом отвода тепла, что делает цикл
замкнутым);
– необратимый процесс сгорания, связанный с химическими изменениями состава газа заменяется обратимым
процессом подвода равнозначного количества тепла извне.
Все эти принимаемые допущения, казалось бы весьма далекие от реальной действительности, позволяют тем не менее
получить расчетные результаты, весьма хорошо совпадающие с результатами экспериментальных измерений основных
характеристик цикла.
На рис. 1.65 приведены
p–v и T–s диаграммы идеализированного цикла дизельного ДВС со смешанным подводом тепла,
когда часть его подводится при
v = const (мгновенное сгорание первых порций топлива), а другая часть – при p = const, так как
последующие порции впрыснутого топлива сгорают по мере их нагревания, разложения и испарения.
Обычно цикл ДВС задается параметрами начальной точки 1 (
p
1
, T
1
), значениями таких характеристик как степень сжатия ε
=
v
1
/ v
2
, степень повышения давления λ = р
3
/ р
2
, степень предварительного расширения ρ = v
4
/ v
3
, и показателями политроп
сжатия
n
1
и расширения n
2
. Как правило 1,0 < n
1
< n
2
< k, и значения показателей политроп зависят от интенсивности
теплообмена между рабочим телом и стенками цилиндра, которые приходится специально охлаждать, чтобы уменьшить
теплонапряженность деталей
цилиндропоршневой группы.
Параметры рабочего тела в характерных
точках цикла определяются тогда по
формулам:
R
vp
T
11
1
= ;
12
1
pp
n
ε= ; v
2
= v
1
/ ε;
R
vp
T
22
2
= ;
p
3
= λ p
2
; v
3
= v
2
;
T
3
= λT
2
; p
4
= p
3
; v
4
= ρ v
3
; T
4
= ρT
3
;
1
22
2
1
1
1
2
1
2
3
5
4
45
n
nn
n
p
v
v
p
v
v
p
v
v
pp
λε=
ε
ρ
λ=
ρ
=
=
;
v
5
= v
1
;
R
vp
T
55
5
= .
После расчета этих параметров по известным формулам рассчитывают характеристики процессов. Для политропного
процесса 1–2:
2
3
4
5
ВМТ
НМТ
6
1
Рис. 1.63 Схема
поршневого ДВС
1
p
v
2
3
4
5
1
T
s
2
4
3
5
n
1
n
2
V
V
1
2
=ε
p
p
3
2
=λ
V
V
4
3
=ρ
q
1p
q
1v
q
2v
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Рис. 1.65 р–v и T–s диаграммы четырехтактного поршневого ДВС
со смешанным подводом тепла

Страницы