Принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ)

Наши партнеры ArtmMisto

Принцип дії двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ) показаний на малюнку, де для наочності поєднана індикаторна діаграма чотиритактного двигуна і його принципова схема.

Поршень, переміщуваний в циліндрі діаметром D, шарнірно з'єднаний з шатуном, який в свою чергу шарнірно з'єднаний з кривошипом колінчастого вала. У голівці циліндра встановлені впускний к1, і випускний к2 клапани, які пов'язують порожнину всередині циліндра з навколишнім середовищем. Поршень здійснює зворотно-поступальний рух (хід поршня S), а колінчастий вал - обертальний. Так як двигун чотиритактний, одному обороту колінчатого вала відповідають два ходи поршня.

Мал. Індикаторна діаграма роботи чотиритактного ДВС і його принципова схема

При русі поршня від клапанів всередину циліндра через впускний клапан к1 засмоктується горюча суміш (крива О-1 '). Пряма a-а 'відповідає тиску навколишнього середовища. При впуску не відбувається зміна параметрів стану суміші (р, v і Т), змінюються лише маса (G) і обсяг (V) суміші. При зворотному русі поршня горюча суміш стискається по адіабати (крива 1 '-2). Відбувається зміна стану суміші, параметри p, v і Т при постійній кількості суміші, укладеної в циліндрі, при стисненні змінюються. Клапани при цьому закриті.

Після закінчення стиснення суміш запалюється і дуже швидко згоряє. Пряма 2-3 відповідає зміні стану робочого тіла, причому відбувається зміна як термодинамічних параметрів, так і хімічного складу робочого тіла. До спалаху (точка 2) робоче тіло являло собою горючу суміш, в кінці горіння (точка 3) це вже продукт горіння.

На цьому етапі відбувається дуже різке збільшення тиску (р) і температури (Т). Теплотою, яка виділяється в результаті згоряння суміші, нагріваються продукти згоряння, їх тиск і температура збільшуються.

Коли поршень робить третій хід, відбувається процес розширення газів (крива 3-4), здійснюється Адіабатний процес зміни стану продуктів згоряння.

При четвертому ході поршня, який збігається за напрямком з другим, з циліндра видаляються продукти згоряння через випускний клапан к2. Причому початок цього процесу збігається з кінцем процесу розширення (пряма 4-1). Надмірний тиск в циліндрі падає. При цьому не відбувається зміни стану робочого тіла, так як падає тиск з р4 до р1 не в результаті охолодження робочого тіла за допомогою теплообміну в холодильнику, а шляхом випуску робочого тіла, тобто без теплообміну.

Далі, при русі поршня в сторону клапанів відбувається примусове видалення залишків продуктів згоряння з циліндра (крива 1-0) у змінюється маса (G) і обсяг (V) робочого тіла. Далі цикл повторюється.

Таким чином, цикл двигуна внутрішнього згоряння формується чотирма зворотно-поступальними ходами поршня, званими тактами двигуна. Тому даний двигун називається чотиритактним.

Якщо у двигуна відсутні такти впуску і випуску, то він називається двотактним, і його вал робить один оборот за цикл. Цикл двотактного двигуна складається з тих же процесів, що і для чотиритактного, а назва тактів визначається основними процесами, які протікають в циліндрі (такт розширення і такт стиснення). При цьому процеси впуску свіжого заряду і випуску продуктів згоряння здійснюються відповідно на початку такту стиснення і в кінці такту розширення, протікаючи майже одночасно. Площа фігури +1234 на індикаторної діаграмі відповідає роботі за один цикл.

На малюнку показана індикаторна діаграма чотиритактного двигуна внутрішнього згоряння. Діаграма термодинамічної циклу відмінна від індикаторної діаграми, так як вона показує зміну стану робочого тіла, а індикаторна - зміна тиску в циліндрі в залежності від положення поршня.

ДВС, як це видно з малюнка, не працюють по замкнутому круговому процесу, але їх цикли умовно вважають круговими оборотними циклами і при їх дослідженні використовують ті ж термодинамічні методи вивчення, для чого дійсні процеси, що протікають в ДВС, замінюються оборотними термодинамічно ми процесами. Складений з термодинамічних оборотних процесів цикл досліджується на термічний ККД, роботу і параметри стану.

Дослідження теоретичних циклів дозволяє визначити максимальний з точки зору термодинаміки ККД в даних умовах і фактори, які впливають на економічність двигуна .

За принципом роботи, т. Е. За характером підведення теплоти до робочого тіла цикли ДВС можна розбити на три групи:

1. цикли з підведенням теплоти до газу при постійному обсязі;
2. цикли з підведенням теплоти до газу при постійному тиску;
3. змішані цикли - з підведенням теплоти до газу частково при постійному обсязі, частково при постійному тиску.

Термодинамічні цикли досліджуються одним методом, який включає в себе наступні етапи:

1. за умовою і характером роботи двигуни будується індикаторна діаграма циклу;
2. визначаються параметри робочого тіла в характерних точках на підставі формул, що виражають співвідношення між параметрами стану для процесів даного циклу;
3. визначаються теплота і робота циклу;
4. визначається термічний ККД циклу за формулою:
   

   n = I - (q2 / q1)

5. виявляються фактори, що впливають на термодинамічний ККД, і визначаються шляхи його підвищення.