Тепловая электростанция на базе ДВС: Методические указания к лабораторным работам, страница 2

диаграмма (реальный цикл) 4-тактного ДВС

          B TS-диаграмме площадь под процессом представляет собой теплоту, подведенную к рабочему телу или отведенную от него. Поэтому заштрихованная площадка на левой диаграмме – это теплота , отведенная от рабочего тела к холодному источнику, одинаковая для всех трех циклов. На рисунке обозначены циклы: Тринклера - 123451, Отто – 12v451 и Дизеля – 12p451. Очевидно, что , поэтому из выражения термического КПД  следует, что , то есть наиболее экономичным является цикл Дизеля (с изобарным подводом теплоты от горячего источника к рабочему телу).

          На правой диаграмме изображена индикаторная диаграмма, которую можно назвать реальным циклом 4-тактного ДВС. Так как в реальном двигателе объем газа в цилиндре в течение цикла изменяется (из-за впуска и выпуска), по оси абсцисс откладывается полный объем V, в теоретических же циклах – удельный объем газа v, поскольку они рассматриваются для 1 кг рабочего тела. Цикл 4-тактного ДВС совершается за 4 такта (хода поршня) и соответственно – за 2 оборота коленчатого вала.

На рисунке они обозначены: ab – 1-й такт всасывание (поршень движется от верхней мертвой точки «ВМТ» к нижней «НМТ», через открытый всасывающий клапан в цилиндр всасывается горючая смесь воздуха и паров бензина, приготовленная в карбюраторе; bc- 2-й такт сжатие (оба клапана закрыты, поршень движется от НМТ к ВМТ, происходит сжатие горючей смеси). Когда поршень находится в ВМТ, газ занимает минимальный объем камеры сгорания , горючая смесь воспламеняется от запальной электрической свечи. В процессе горения топлива cd давление и температура газа многократно возрастают. Продукты сгорания стремятся расшириться, давят на поршень и он движется от ВМТ к НМТ. Это de - 3-й такт рабочий ход, в котором тепловая энергия газов преобразуется в механическую энергию движения поршня. После чего открывается выпускной клапан и при движении поршня от НМТ к ВМТ происходит выпуск продуктов сгорания в окружающую среду, efa выпуск - последний, 4-й такт.

При совершении одного цикла получается положительная работа, на диаграмме заштрихованная в клеточку и равная полезно использованной теплоте. Нижняя часть диаграммы представляет собой отрицательную, насосную работу потому, что во время тактов впуска и выпуска двигатель работает как насос. Если положительную работу цикла обозначить , а рабочий объем цилиндра , то можно определить среднее индикаторное давление, численно равное работе, совершаемой в единице объема цилиндра двигателя, :

                                                                                                           (5)

          По среднему индикаторному давлению можно определить  индикаторную (внутреннюю) мощность двигателя внутреннего сгорания, кВт:

                                                                                                         (6)

где   - рабочий объем цилиндра,  м³;  D – диаметр цилиндра, м;  s – ход поршня, м;  z– число  цилиндров;  n– число  оборотов  двигателя, об / мин;   - коэффициент тактности, который равен 4 для четырехтактных и 2 – для двухтактных ДВС;  2n/60  - число тактов в секунду.

          Мощность на выходном валу двигателя называется эффективной мощностью, кВт:

                                                                                                         (7)

Здесь   - мощность механических потерь (потерь на трение и привод вспомогательных механизмов). Относительные механические потери оцениваются механическим КПД двигателя:

                                                                                                                 (8)

          Для поршневых двигателей механические потери составляют   = 65-87 %. Эффективный КПД двигателя характеризует степень использования теплоты топлива и учитывает тепловые, внутренние и механические потери:

                                                                                                              (9)

где  В – расход топлива, кг/с;  - низшая рабочая теплота сгорания топлива.