Часть 3. ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ И УСТАНОВКИ
Раздел 13 Двигатели внутреннего сгорания
Наибольшее распространение получили поршневые ДВС. 
1– картер; 2 – впускной клапан; 3 – выпускной клапан; 4 – цилиндр двигателя; 5 – поршень; 6 – шатун; 7 – кривошип
ВМТ - верхняя мертвая точка
НМТ - нижняя мертвая точка
Объем внутренней полости цилиндра при положении поршня в ВМТ называется объемом камеры сгорания Vc.
Объем внутренней полости цилиндра при положении поршня в НМТ называется полным объемом Va.
– рабочий объем
– степень сжатия – важнейшая геометрическая характеристика.
Термодинамический процесс, происходящий между крайними положениями поршня, называется тактом.
Классификация ДВС
По способу газообмена ДВС подразделяются на 4-х тактные и 2-х тактные двигатели.
Индикаторная диаграмма четырехтактного (а) и двухтактного (б) двигателей: А – выпускное окно; Б – продувочное окно.
У четырехтактного двигателя отдельным процессам соответствуют: 0-1 –всасывание топливной смеси (1-й такт); 1-2 – сжатие смеси (2-й такт); 2-3 – сгорание + 3-4 – расширение продуктов сгорания + 4-5 – выхлоп (3-й такт); 5-0 – выталкивание продуктов сгорания (4-й такт).
У двухтактного двигателя отдельным процессам соответствуют: 0-1 – продувка и введение новой порции смеси + 1-2 – сжатие (1-й такт); 2-3 -сгорание + 3-4 – расширение + 4-0 – выхлоп (2-й такт).
Теоретически 2-х тактный двигатель в два раза мощнее 4-х тактного, т.к. время цикла в два раза меньше, но практически увеличение составляет в 1.5 -1.7 раза.
Смесеобразование в ДВС
По способу смесеобразования различают двигатели:
1) с внешним смесеобразованием – карбюратор, Е = 5 ¸10.
2) с внутренним смесеобразованием (дизельные). В этих двигателях топливо непосредственно впрыскивается в цилиндр в конце процесса сжатия чистого воздуха, Е = 10 ¸ 20.
Двигатели различают по:
1) быстроходности Wn > 8 м/с
2) тихоходности Wn < 8 м/с
Двигатели классифицируются по:
1) расположению цилиндров: V-образные, рядные, звездой;
2) назначению: транспортные, стационарные.
3) организации пуска: без наддува (БН), с наддувом (СН). БН - давление на впуске равно атмосферному.
СН – давление на впуске повышается с помощью компрессора.
Различают два способа наддува:
1) механический – привод компрессора осуществляется от коленчатого вала с помощью механической передачи.
2) газотурбинный – привод компрессора осуществляется от газовой турбины, которая работает за счет энергии выхлопных газов.
Наддув применяется для увеличения мощности двигателя. Газотурбинный наддув является более предпочтительным, т.к. с его помощью повышается не только мощность, но и КПД двигателя.
Теоретические циклы поршневых ДВС
Реальные процессы в двигателе являются политропными процессами с переменным показателем политропы. Поэтому для теоретического анализа в первом приближении их заменяют политропными процессами с постоянными показателями.
При этом одновременно считают, что теплоемкость равна константе, сгорание является полным и различные утечки отсутствуют.
Частные случаи:
1 Цикл с горением при V = const – цикл быстрого горения, или цикл Отто.
 |
– степень сжатия
– степень повышения давления
– степень предварительного расширения
Выразим Т2, Т3, Т4 через Т1 и подставим:
Процесс1-2 – адиабатный: PVk = const
Þ 
Процесс 2-3 – изохорный:
Þ 
Процесс 3-4 – адиабатный:
Þ 
Из формулы следует, что КПД растет с увеличением Е и увеличением k – показателя адиабаты.
2. Цикл с горением при Р – const или цикл медленного горения, или цикл Дизеля.
Для тяжелого топлива:
– степень сжатия
– степень повышения давления???
– степень предварительного расширения
Действуя аналогично предыдущему, получим следующую формулу:
Из формулы следует, что КПД растет с увеличением Е, k иуменьшением r. Этот цикл характерен для компрессорных дизелей, когда впрыск топлива осуществляется за счет давления, полученного компрессора.
3. Смешанный цикл – цикл Тринклера.
 |
В этих двигателях топливо подается от топливного насоса под высоким давлением.
Рассуждая аналогично предыдущему, получаем:
КПД такого цикла растет с увеличением Е, k, λ и уменьшением r.
Сравнение различных циклов
 |
Таким образом, из рисунка следует, что пои одинаковых степенях сжатия
КПД карбюраторного двигателя больше, чем КПД дизельного.
При одинаковой максимальной температуре цикла, КПД дизельного двигателя больше КПД карбюраторного. Однако, это требует использование большой степени сжатия.