Математическое моделирование тепловых процессов в двигателях внутреннего сгорания: Курс лекций, страница 5

                                                           (3.5)

Внутренние относительные КПД  и  характеризуют степень необратимости реальных процессов, а внутренний относительный КПД - степень необратимости всего цикла. В количественном отношении внутренний относительный КПД показывает, какова будет доля работы, совершаемая двигателем, работающим по реальному циклу, по сравнению с аналогичным двигателем, работающим по обратимому циклу. Если процессы расширения и сжатия будут обратимыми, то очевидно, что . Величина внутреннего относительного КПД определяется экспериментально.

С учетом внешних потерь, эффективный КПД теплового двигателя будет равен

                                              (2.9)

Зная эффективный КПД двигателя, можно рассчитать какая доля подводимого тепла будет превращена в полезную работу

                                                      (2.10)

Для различных типов двигателей полезная работа имеет различный смысл: для поршневого двигателя - работа, переданная на вал автомобиля для реактивного двигателя - это тяга и т.д.

Зная эффективный КПД, можно рассчитать потери тепла за счет необратимости процессов, потери тепла в окружающую среду и т.д. Очевидно, что

                                               (2.11)

или с учетом того, что  получим выражение потери тепла за счет необратимости в окончательном виде

.                                    (2.12)

4. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС)

4.1. Классификация ДВС

Двигателем внутреннего сгорания (ДВС) называют тепловую машину, в которой подвод тепла к рабочему телу осуществляется за счет сжигания топлива внутри самого двигателя.

Принцип действия ДВС следующий. В цилиндр вводится смесь воздуха и топлива, затем эта смесь сжимается поршнем и в конце сжатия воспламеняется. Продукты сгорания, имеющие высокую температуру и давление, перемещают поршень, передавая усилие на вал двигателя. После расширения продукты сгорания удаляются из цилиндра, и в него поступает новая порция смеси.

В настоящее время принята следующая классификация ДВС:

1.       По роду топлива. В зависимости от используемого рода топлива различают двигатели газообразного топлива, жидкого топлива, газовидкостные.

Газовые двигатели работают на смеси горючего газа и воздуха. Двигатели жидкого топлива используют бензин, керосин, лигроин, дизельное топливо, соляровое масло. В газожидкостных двигателях используется газообразное топливо, а его воспламенение осуществляется жидким топливом.

2.       По организации рабочего процесса различают четырехтактные и двухтактные двигатели. Четырехтактными двигателями называют такие, в которых рабочий цикл осуществляется за четыре хода поршня (два оборота коленчатого вала). Схема работы такого двигателя показана на рис. 4.1.

Первый такт - всасывание горючей смеси через всасывающий клапан 1 при перемещении поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) до нижней мертвой точки (НМТ). ВМТ соответствует крайнему верхнему положению поршня, а НМТ - нижнему.

Рис. 4.1. Схема работы четырехтактного теплового двигателя: 1 - всасывающий клапан; 2 - выпускной клапан; 3 - шатун; 4 - кривошип; а - всасывание; б - сжатие; в - рабочий ход; г - выпуск.

Второй такт - сжатие горючей смеси в цилиндре при перемещении поршня от НМТ до ВМТ. Всасывающий и выпускной клапан при этом закрыты. В верхней мертвой точке вся смесь будет ската в верхней части цилиндра, называемой камерой сгорания. При воспламенении сжатой смеси в камере сгорания развиваются высокая температура и давление.

Третий такт - рабочий ход. При этом под давлением продуктов сгорания поршень перемещается от ВМТ до НМТ, всасывающий и выпускной клапаны закрыты. В этом такте усилие от поршня через кривошипно-шатунный механизм передается на вал двигателя.

Четвертый такт - выпуск продуктов сгорания при ходе поршня от НМТ до ВМТ через открытый выпускной клапан.

Совокупность рабочих процессор, осуществляющихся за четыре такта, составляет замкнутый процесс - цикл теплового двигателя.