Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Автомобильные двигатели

Влияние различных факторов на термический КПД и среднее давление цикла

Цикл с подводом теплоты при постоянном объеме. Из выражения (14) видно, что КПД цикла зависит от степени сжатия и природы

используемого рабочего тела, определяемой показателем адиабаты к.

! выбран из предположения, что в

, и, следовательно, от количества подведенной теплоты, т. е. нагрузки двигателя.

является следствием увеличения количества подводимой теплоты, пропорционально которой растет и удельная работа цикла.

то при увеличении е одновременно возрастает ра, что надо учитывать при сравнительном расчете. К рассматриваемому циклу близок цпкл, происходящий в двигателе с искровым зажиганием.

показывает, что эффективным средством улучшения показателей двигателей является повышение степени сжатия е. Предельные значения е в двигателях с искровым зажиганием ограничены условиями, при которых обеспечивается нормальный (без детонации или самопроизвольного воспламенения) процесс сгорания топлива, а также допустимое содержание в отработавших газах токсических веществ.

Степени сжатия современных бензиновых двигателей равны 6,09,5 (до 11), газовых 5,010,0. Высокие степени сжатия (до 11) применяются в двигателях, работающих на высокооктановом топливе.

снижается. Наиболее высокие значения rj( соответствуют условиям работы двигателя на холостом ходу, когда вся производимая двигателем работа затрачивается только на преодоление трения в сопряженных деталях и на привод вспомогательных механизмов и,

следовательно, количество подводимой теплоты минимально. Полученная зависимость v от нагрузки имеет важное значение для определения характера теплоиспользования в эксплуатационных условиях.

Цикл с подводом теплоты при постоянном давлении характерен для работы тихоходных компрессорных дизелей, выпускавшихся в начальный период развития двигателей внутреннего сгорания для электростанций, приводных установок различного назначения, судовых установок и т. п.

подведено при постоянном объеме и какое при постоянном давлении. Общее количество подведенной теплоты определяют по формуле (9).

Тогда

, достаточно проанализировать изменение произведения К рк в зависимости от X.

получим

, то

и

откуда

Подставив в правую часть уравнения (22) вместо

его значение по формуле (25), получим

откуда

Имея в виду, что

из уравнения следует, что при любом постоянном количестве подведенной теплоты в рассматриваемом цикле с увеличением к при соответствующем снижении р уменьшается числитель дроби в уравнении (18), а следовательно, увеличивается КПД цикла.

,

;

Сплошными линиями

) термический

КПД не зависит от количества подведенной теплоты.

увеличивается от 0,598 (точка с) до 0,664 (точка Ь) при одновременном уменьшении р от 2,57 (точка с) до 1,25 (точка d).

.

_ будут тем выше, чем больше X, т. е. чем больше теплоты подведено при постоянном объеме.

В этом случае всегда обеспечивается наиболее эффективное использование теплоты в автомобильном двигателе, работающем с переменной нагрузкой.

Среднее давление цикла со смешанным подводом теплоты определяется по формуле (19).

при четырех значениях количества под-

i. Объясняется это тем, что с увеличением количества подведенной теплоты в первом случае щ снижается, а во втором несколько возрастает.

Цикл со смешанным подводом теплоты характерен для бескомпрессорных дизелей, у которых более высокий КПД по сравнению

с двигателями с искровым зажиганием достигается применением высоких степеней сжатия. Нижний предел степени сжатия в дизелях ограничивается получением в конце сжатия температуры, достаточной для надежного воспламенения топлива (особенно при пуске). Ниже приведены значения степеней сжатия, современных быстроходных дизелей:

. Величина р зависит от нагрузки двигателя и находится в пределах 1,42,2.

, получаются большие значения и,. Промежуточные значения е и t)t достигаются в цикле со смешанным подводом теплоты.

Термодинамические циклы двигателей с наддувом

определяет дополнительно полученную работу при том же количестве подведенной теплоты.

В реально осуществляемом цикле потребителю передается не вся получаемая механическая энергия. Часть энергии затрачивается на трение в сопряженных движущихся деталях и на привод вспомогательных механизмов. В случае цикла с продолженным расширением, вследствие увеличения объема, существенно возрастают потери на трение, не компенсируемые получаемой дополнительной работой.

0 (линия la) и затем поступает в цилиндр поршневого двигателя. При этом, поскольку начальное давление в цилиндре ра будет больше атмосферного, удельная работа в поршневой части двигателя будет большей [см. уравнение (12)]. При таком методе осуществления процесса механические потери в газотурбокомпрессорном агрегате будут существенно меньше, чем в поршневом двигателе с продолженным расширением, и суммарный КПД будет большим.

Способ увеличения удельной работы путем предварительного сжатия воздуха (или топливовоздушной смеси) в компрессоре с последующим вводом его в поршневой двигатель называют наддувом. Рассматриваемый цикл является частным случаем цикла комбинированного двигателя.

Компрессор можно приводить также от коленчатого вала двигателя (механический привод), но при этом часть мощности, развиваемой двигателем, затрачивается на работу сжатия в компрессоре. Более целесообразно использовать для этой цели в первую очередь газотурбинный наддув, при котором утилизируется энергия газов, удаляемых из цилиндра.

Обозначим

степень сжатия в компрессоре

тогда общая степень

сжатия

В рассматриваемом цикле

где

Так как

то

откуда

или

Подставляя

в уравнение (7) и учитывая, что е0 = eek, получим

Удельную работу цикла с газотурбинным наддувом целесообразно относить к поршневой части двигателя (см. рис. 15). В этом случае рц определяется по уравнению (19) при подстановке в него r из уравнения (29).

Примерно по такому циклу работает двигатель с искровым зажиганием и газотурбинным наддувом. В этом случае

. Тогда из уравнения (29)

Газовые турбины, где горение топлива в камере сгорания происходит при постоянном давлении, работают по такому циклу.

j, подводится к газовой турбине.

Из уравнения термического КПД любого цикла имеем

со смешанным подводом теплоты

КПД цикла aril из уравнения (31)

откуда

Подставив вместо q2, его значение из уравнения (32), получим

Тогда термический КПД всего цикла

Среднее давление цикла, отнесенное к поршневой части двигателя,

, то тр рассматриваемого цикла и обычного цикла со смешанным подводом теплоты будут равны.

(см. рис. 15), будет выше, чем во втором цикле (см. рис. 16). Однако осуществление такого цикла с импульсным наддувом связано с необходимостью организации процесса выброса отработавших газов из цилиндра и ввода их в газовую турбину без потерь, что усложняет конструкцию двигателя.

при незначительном уменьшения КПД цикла.

Реклама