Идеальный цикл с подводом теплоты при постоянном давлении

Такой цикл используется для раздельной подачи сжатого топлива в предварительно сжатый воздух до больших давлений.

В этом цикле (в Р- υ диаграмме –

Рис. 5

 

рис.5) рабочее тело с начальными параметрами Р1, υ1, T1 сжимается по адиабате 1-2, по изобаре 2-3 сообщают тепло q1. От точки 3 до точки 4 рабочее тело расширяется по адиабате, а по изохоре 4-1 тело возвращается в первоначальное состояние, отдав теплоту q2 в теплоприемник.

Термический КПД цикла:

ŋt = 1 – q2/q1

q1р· (Тз-Т2); q2 = cv(T4-T1), тогда ŋt = 1 – (T4-T1)/k•(Тз- Т2);

Здесь к = ср / cv.

Приведем значения всех температур к Т1.

Т2 = Т1 • ε k-1; Т3 = Т2 • р = Т1 • εk-1 • р, где р = v3 / v2 - степень
предварительного расширения.

Т41 k; так как Т4 = Т3 • (υ3 / υ4)k-1 = T1• р • ε k-1 ·.(υ3 / υ1)k-1 =

= (T1 · p • (υ3/ υ2) k-1 ) · (υ3/ υ1)k-1 = T1 · p · (υ3/ υ2) k-1 = T1 • p • (p) k-1 = = T1 • p k .

Тогда:

ŋt = 1- (T1 · pk – T1)/(k · (Tεk-1· p – T1· εk-1)) ;

ŋt = 1- (pk – 1)/(k ·εk-1 · (p – 1)) ,

Таким образом, ŋt зависит от ε, риk. При увеличении εи kзначениеŋt, увеличивается, а при увеличении ртермический КПД снижается.

 

5.4. Идеальный цикл со смешанным подводом теплоты: частично при постоянном объеме и частично при постоянном давлении

По такому циклу работают бескомпрессорные дизели. Проект разработан российским инженером Г.В.Тринклером.

Рис. 6

 

Рабочее тело (рис.6) c параметрами p1, υ11 сжимается по адиабате 1- 2 до точки 2. По изохоре 2-3 к телу подводится теплота q1v , а по изобаре 3 – 4 теплота q( вторая доза). От точки 4 до точки 5 газ расширяется по адиабате 4-5, а по изохоре 5-1 рабочее тело возвращается в первоначальное состояния с отводом теплоты q1v в теплообменник.

Термический КПД цикла:

ηt = 1- q2v/(q1v+q1p).

Выразим теплоту, используя первый закон термодинамики:

q1v = cv (T3-T2) ; q1p=Cp (T4-T3) ; q2v= cv (T5-T1) ,

Тогда:

ηt = 1 – (T5 –T1)/ [(T3-T2) +k(T4-T3)] ;т.к.cр/cv =k.

Приведем значения температур к начальной Т1 :

T2= T1· εк-1 ; T3 = T2 ·λ = T1· ε к-1 .λ; T4 = T3 .p= T1. ε к-1 .λ.ρ; T5= T1· λ· ρк

Подставим значения температур в ηt и после преобразований получим:

ηt = 1 – (λ· ρк – 1)/εк-1 - [(λ-1) + k ·λ· (ρ -1 )].

Значения ηtзависят отε, λ, ρиk.

При увеличении ε, λик - ηt – увеличивается.

При увеличении ρ - ηt уменьшается.

 

Наддув двигателей. Общие сведения

Вследствие увеличения в последнее время грузоподъемности и скорости движения автомобилей необходимо повышение номинальной мощности их двигателей без существенного увеличения габаритных размеров и массы. Эксплуатация автомобилей в горных условиях на различной высоте над уровнем моря приводит к необходимости искать пути сохранения мощности двигателя, несмотря на падение плотности атмосферного воздуха. Специализация оборудования и мерительных инструментов серийного производства позволяют организовать выпуск двигателей с разной номинальной мощностью на базе унифицированного ряда, когда во всех модификациях размеры цилиндров и ход поршня остаются неизменными. Решение этих проблем сводится к отысканию способов значительного повышения литровой мощности двигателя.

Эффективная мощность приходящаяся на единицу рабочего объема двигателя, определяется уравнением (1)

Nл = (1)

При данном рабочем объеме двигателя iVh мощность может быть повышена путем увеличения частоты вращения n или среднего эффективного давления ре. Возможности первого способа ограничены предельной (из условия долговечности конструкции) средней скоростью поршня.

Рассмотрим возможности повышения среднего эффективного давления.

Величина отношения ηi/α определяется индикаторным процессом в цилиндре. При современном уровне совершенства процесса дальнейший рост этой величины возможен только на несколько процентов и большого влияния на ре оказать не может. Величина ηv также достигла высоких значений. Ведутся работы по снижению механических потерь, но и совершенствование этого параметра не может дать резкого повышения ре.

Плотность заряда рк можно значительно увеличить, повышая рк поступающего в цилиндр воздуха или смеси. Этот способ называют наддувом двигателя. Пропорционально рк возрастает ре, а следовательно, и литровая мощность двигателя.

При наддуве потери на трение большие по сравнению с их значениями при работе двигателя без наддува, но вследствие увеличения' эффективной мощности механический КПД при наддуве повышается.'

Повышение давления воздуха осуществляют в компрессоре, который можно приводить от двигателя. Несмотря на затрату мощности на работу компрессора, наддув значительно увеличивает эффективную мощность двигателя, что объясняется следующим. Известно, что работа, затрачиваемая на сжатие или получаемая при расширении газа, пропорциональна его начальной температуре. В компрес­соре воздух сжимается при относительно низкой температуре, в цилиндре двигателя он расширяется при высокой температуре следовательно, производит большую работу, чем та, которая была затрачена на сжатие.

Повышение мощности двигателя в результате наддува оценивается степенью наддува

Ренене

где рен - среднее эффективное давление, достигаемое в двигателе при наддуве.

При наддуве повышаются давление и температура воздуха в конце сжатия. Это ограничивает степень наддува в бензиновых двигателях из-за возникновения детонации. Наддув можно использовать в автомобильных двигателях с искровым зажиганием для сохранения номинальной мощности при работе в горных условиях.

Номинальную мощность двигателя с искровым зажиганием с помощью наддува можно повысить при таком сочетании степени сжатия, давления наддува и коэффициента избытка воздуха, когда достижение большой мощности при использовании топлива с заданным октановым числом не вызывает детонационного сгорания.

Особые преимущества достигаются, применением наддува в дизелях, где величина рк не ограничивается возникновением детонационного сгорания. Это позволяет значительно увеличить литровую мощность дизелей. В целях обеспечения надежности и допустимой тепловой напряженности дизеля с наддувом ограничивают максимальное давление цикла рz, и при работе на номинальном режиме повышают коэффициент α, Последнее снижает, относительное содержание токсических компонентов и сажи в отработавших газах. Отмеченные положительные стороны показывают перспективы расширения сферы применения автомобильных и тракторных, дизелей с наддувом, которые, получают большое распространение.

На автомобилях и тракторах применяют дизели, когда ре за счет наддува повышается до 30% (низкий наддув). Известно, также и более высокое форсирование дизелей этого класса (до 40—50%).

Системы наддува

Различают три системы наддува: с приводным компрессором, турбокомпрессором и комбинированную.

При использовании приводного компрессора 1 (рис.3а) его через повышающую передачу 2 соединяют с коленчатым валом 3 двигателя. Для привода турбокомпрессора (рис. 3б) используют энергию отработавших газов, поступающих в газовую турбину 4. Компрессор 1 устанавливают на одном валу с газовой турбиной 4.

В случае; комбинированной системы (рис.3в) первой-ступенью является приводной компрессор, а второй - турбокомпрессор.

Температура воздуха после компрессора вследствие сжатия повышается. При увеличении мощности двигателя наддувом, когда πк = рк0 > 2,0; между впускной системой двигателя и компрессором размещают холодильник для понижения температуры заряда. Использование промежуточного охлаждения существенно снижает при заданном уровне форсирования тепловую напряженность ответственных деталей двигателя.