Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Автомобильные двигатели

Теория двигателей

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Преобразование тепловой энергии в механическую в двигателе внутреннего сгорания является сложным процессом. Его протекание в реальных условиях связано с возникновением дополнительных потерь, не учитываемых вторым законом термодинамики.

Для оценки совершенства отдельных процессов в реальном двигателе и их совокупности, определяющей действительный цикл, необходимо выявить возможное использование теплоты, характерное для термодинамического цикла, в котором отдача теплоты холодному источнику есть обязательный и единственный вид потерь. Сопоставлением значений КПД теоретического и действительного циклов можно установить, насколько совершенно протекают отдельные процессы в двигателях, и наметить пути повышения экономичности и работоспособности цикла.

При рассмотрении термодинамических циклов делают следующие допущения:

1. В цилиндре двигателя находится постоянное несменяемое количество рабочего тела, совершающего замкнутый цикл. В действительности для осуществления цикла необходимо удалить из цилиндра двигателя отработавшие в предыдущем цикле газы и обеспечить поступление свежей порции рабочего тела. На совершение этого процесса газообмена, не предусмотренного в теоретическом цикле, затрачивается работа.

2. Теплота подводится извне в определенный период цикла в соответствии с выбранным характером его протекания. В реальных циклах теплота в соответствующий период цикла выделяется в результате химической реакции топлива с кислородом воздуха. Процесс сгорания является сложным, вследствие чего не всегда в процессе химического реагирования топливо окисляется полностью до выделения конечных продуктов сгорания. Все это вызывает дополнительные потери теплоты.

3. Теплоемкость находящегося в цилиндре несменяемого рабочего тела постоянна и не зависит от температуры. В действительности теплоемкость является переменной и зависит от изменения температуры и состава рабочего тела.

4. Процессы сжатия и расширения протекают без теплообмена с внешней средой (адиабатные процессы). В реальных условиях при

этих процессах, а также при газообмене и сгорании вследствие значительных разностей температур между рабочим толом и стенками цилиндра, головкой блока цилиндра, днищем поршня возникает интенсивный теплообмен, в результате которого теряется часть теплоты.

Использование теплоты в двигателе характеризуется КНД, а экономичность двигателя количеством израсходованной теплоты па единицу мощности.

В соответствии со вторым законом термодинамики для теоретического цикла, совершаемого 1 кг рабочего тела, термический КНД

(1)

|.

Для любого замкнутого цикла совершаемая G кг рабочего тела работа

объем.

" (рис. 3) эта работа определяется площадью внутри контура, описывающего цикл.

. Высота прямоугольника

(2)

характеризует удельную работу, т. е. работу, приходящуюся на единицу рабочего объема (в Н-м/м3 или Па).

Как видно из формулы (2), удельная работа численно равна некоторому условному постоянному давлению рц, действующему на

Величину рц принято называть средним давлением

цикла. В технических расчетах величину среднего давления цикла удобнее выражать в МПа.

Реклама