ε = υ1 / υ 2, (1)
ε степень повышения давления (отношение давлений в конце и в начале изохорного процесса подвода теплоты)
λ = Р3 / Р2, (2)
λ степень предварительного расширения или степень изобарного расширения (отношение удельных объемов в конце и в начале изохорного процесса подвода теплоты) Рассмотрим цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме на примере четырехтактного двигателя.
Диаграмма двигателя представлена на рис.3
а-1 (1-й такт) – в цилиндр через всасывающий клапан поступает смесь воздуха и паров горючего (нетермодинамичемкий процесс);
1-2 (2-ой такт) – адиабатное сжатие (повышается температура);
2-3 – сгорание горючей смеси, давление быстро возрастает при постоянном объеме (подвод теплоты q1);
4 (й такт) – адиабатное расширение (рабочий процесс, совершается полезная работа);
Рис.3. Диаграмма ДВС с подводом теплоты при постоянном объёме.
4-1 – открывается выхлопной клапан и отработанные газы покидают цилиндр, давление в цилиндре падает (отводится тепло q2).
1-а (4-ый такт) – выталкивание оставшихся в цилиндре газов.
Затем процесс повторяется. В цикл 1-2-4-1 процессы всасывания и выпуска не входят.
Описанный круговой процесс является необратимым (наличие трения, химической реакции в рабочем теле, конечные скорости поршня, теплообмен при конечной разности температур и т.п.).
Для анализа теории тепловых машин термодинамика рассматривает идеальные обратимые циклы. Диаграмма идеального кругового процесса двигателя внутреннего сгорания показана на рис.4. Из этой диаграммы выводится формула для термического к.п.д. цикла с подводом теплоты при постоянном объеме, которая имеет следующий вид:
ηt = li/ q1 = (q1 – q2)/ q1 = 1 – 1/ ε γ, (4)
где: ε – степень сжатия (основной показатель работы двигателя, чем выше ε, тем выше экономичность ДВС); γ – показатель адиабаты. ε = υ1 / υ2; γ = 1,4 для идеального газа
Рис.4. Идеальный цикл карбюратоного ДВС.
2). Идеальный цикл ДВС со смешанным подводом теплоты при постоянном объеме (бескомпрессорные дизели). Диаграмма цикла показана на рис.5.
1-2 – чистый воздух с температурой Т1 сжимается до температуры Т2, которая больше температуры воспламенения воздуха. В этот момент в цилиндр через форсунки под давлением впрыскивается топливо.
2-3 – горючая смесь самовоспламеняется и к рабочему телу подводится тепло q1*, давление повышается до Р3.
Рис.5. Цикл ДВС со смешанным подводом теплоты
4 – поршень перемешается обратно, поступление и сгорание топлива продолжается при постоянном давлении и подводится тепло q1**.
4-5 – поршень продолжает перемещаться в нижнюю мертвую точку, давление падает (адиабатное расширение);
5-1 – процесс отвода теплоты q2 при постоянном объеме (через выпускной клапан покидают отработанные газы). Термический к.п.д. цикла определяется по формуле:
ηt = 1 – (λ·ργ – 1) / ε γ-1·[(λ – 1) + γ·λ·(ρ – 1)] (5)
Цикл двигателей с подводом теплоты при постоянном давлении (компрессорный дизель) широкого применения не нашёл. Индикаторная диаграмма. Индикаторный и эффективный КПД ДВС. Индикаторная диаграмма- графическое изображение изменения давления газа или пара в цилиндре поршневой машины в зависимости от положения поршня. Индикаторная диаграмма вычерчивается обычно с помощью индикатора давления. Индикатор давления- прибор для измерения и регистрации изменений давления в устройствах пневмоавтоматики, цилиндрах поршневых машин и т. д. Индикатор давления обычно имеет воспринимающую часть (датчик), передающее и регистрирующее устройства. В пневматическом индикаторе давления давление на поршень или мембрану (воспринимающая часть) через шток передаётся на рычаг самописца, фиксирующего изменения положения поршня (мембраны), т. е. изменения давления. В электрическом индикаторе давления колебания давления преобразуются датчиком в электрические сигналы, которые регистрируются с помощью осциллографа, электрических измерительных приборов и др. По оси абсцисс откладывается объём, занимаемый газами в цилиндре, а по оси ординат – давление. Каждая точка на индикаторной диаграмме (рис 6) показывает давление в цилиндре двигателя при данном объёме, т. е. при данном положении поршня (точка r соответствует началу впуска; точка а – началу сжатия; точка с – концу сжатия; точка z – началу расширения; точка b – концу расширения.