Паровые турбины. Газотурбинные установки. Двигатели внутреннего сгорания, страница 51

1. В действительном цикле процесс подвода энергии в тепловой форме к рабочему телу осуществляется в результате сгорания топлива внутри цилиндра расширительной машины. Такие двигатели называют двигателями внутреннего сгорания (ДВС).

2. Процесс отвода энергии в тепловой форме от рабочего тела в низкотемпературный источник тепловой энергии заменяется выбросом рабочего тела в окружающую среду. Так как температура выбрасываемого рабочего тела превышает температуру вновь поступающего рабочего тела (горючей смеси), то смена рабочего тела в некотором смысле эквивалентна его охлаждению (отводу энергии в тепловой форме).

3. Действительный рабочий цикл теплового двигателя замыкается через окружающую среду, так как рабочее тело периодически выбрасывается в окружающую среду из расширительной машины и поступает в неё из окружающей среды.

4. В результате окисления топлива происходит химическое изменение рабочего тела. Новая порция кислорода, необходимого для окисления топлива, поступает вместе с новой порцией воздуха.

5. В цилиндре расширительной машины сначала происходит преобразование энергии топлива из химической формы в тепловую форму (процесс окисления топлива), а затем из тепловой формы в механическую форму (процесс расширения рабочего тела).

6. Действительный цикл теплового двигателя является условно замкнутым, так как его замыкание происходит в результате выброса рабочего тела в окружающую среду и поступления нового по составу у рабочего тела.

7. Выброс отработавшего рабочего тела эквивалентен отводу некоторого количества энергии от него в тепловой форме, что требуется для замыкания цикла в соответствии со вторым законом термодинамики.

8. Впуск нового по составу рабочего тела (воздуха) в цилиндр расширительной машины обеспечивает поступление кислорода, необходимого для окисления топлива.

9. Для осуществления действительного циклического процесса в тепловом двигателе возникает необходимость осуществления дополнительных ходов поршня расширительной машины с целью выпуска и впуска рабочего тела.

С научной точки зрения окисление (горение) топлива не является термодинамическим процессом, так как связано только с изменением состава рабочего тела.

3.10. Действительный цикл двухтактного ДВС. Степень сжатия

В двухтактных двигателях очистка рабочего цилиндра от продуктов сгорания и наполнение его свежим зарядом, т. е. процессы газообмена, происходят только в тот период, когда поршень находится в районе НМТ при открытых органах газообмена. Очистка цилиндра от отработавших газов при этом осуществляется не поршнем, а предварительно сжатым воздухом (в дизелях) или горючей смесью (в карбюраторных и газовых двигателях). Предварительное сжатие воздуха или смеси происходит в специальном продувочном или наддувочном компрессоре. В процессе газообмена в двухтактных двигателях некоторая часть свежего заряда неизбежно удаляется из цилиндра вместе с отработавшими газами через выпускные органы. В связи с этим подача продувочного или наддувочного компрессора должна быть достаточной, чтобы компенсировать эту утечку заряда.

Выпуск газов из цилиндра происходит через окна или через клапан (количество клапанов может быть от 1 до 4). Впуск (продувка) свежего заряда в цилиндр в современных двигателях осуществляется только через окна. Выпускные и продувочные окна размещены в нижней части втулки рабочего цилиндра, а выпускные клапаны – в крышке цилиндра.

Схема работы двухтактного дизеля с контурной продувкой, т. е. когда выпуск и продувка происходят через окна, показана на рис. З.20. Рабочий цикл имеет два такта.

Первый такт – ход поршня от НМТ (точка m) до ВМТ. Вначале поршень 6 перекрывает продувочные окна 1 (точка d'), прекращая тем самым поступление свежего заряда в рабочий цилиндр, а затем поршень перекрывает и выпускные окна 5 (точка b'), после чего начинается процесс сжатия воздуха в цилиндре, который заканчивается, когда поршень придет в ВМТ (точка с). Точка n соответствует моменту начала впрыскивания топлива форсункой 3 в цилиндр. Следовательно, в течение 1–го такта в цилиндре заканчиваются выпуск, продувка и наполнение цилиндра, после чего происходит сжатие свежего заряда и начинается впрыскивание топлива.