Файл: Колоколов А.А. Двигатели внутреннего сгорания изотермического подвижного состава учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 98
Скачиваний: 0
или T]t = l |
] |
Находя с помощью логарифмирования З 1 , 4 = |
g l f 4 |
= 4,64, получим
1—0,216 = 0,784,
4,64
или 78,4% против 23,5% для цикла, рассмотренного в примере. По следнее говорит о том, что цикл, рассмотренный в примере предыду щего параграфа, термодинамически весьма несовершенен.
§ 13. Теоретический цикл двигателя внутреннего сгорания
Рассмотрим цикл двигателя с самовоспламенением топлива от сжатия (дизель) — цикл со смешанным подводом тепла.
Рабочее тело (воздух), имеющее первоначальный объем V x (рис. 25),
давление рг |
и температуру tlt |
сжимается без сообщения ему или отня |
||
тия от него тепла, т. е. адиабатно, до конечного |
объема V2 |
(процесс |
||
1-2). |
|
|
|
|
Отношение объема Vx в начале сжатия к объему V2 в конце |
сжатия |
|||
|
|
= 8 |
|
|
называется |
степенью сжатия |
и бывает у дизелей |
в пределах |
12—18. |
В результате столь сильного сжатия температура воздуха дости
гает 500—700° С. В конце сжатия в цилиндр |
посредством |
форсунки |
|||||
А вводится топливо в мелко распыленном |
состоянии. |
|
|
|
|||
|
|
Часть |
топлива, |
посту |
|||
|
пившего в цилиндр, быстро |
||||||
|
воспламеняется, |
что |
дает |
||||
|
скачок |
давления. |
Сгора |
||||
|
ние |
остального |
топлива, |
||||
|
поданного |
форсункой, со |
|||||
|
провождается увеличением |
||||||
|
объема, |
так как поршень, |
|||||
|
пройдя свое крайнее |
левое |
|||||
|
положение, движется |
уже |
|||||
|
вправо. Эта фаза сгорания |
||||||
|
может |
|
рассматриваться |
||||
|
как р = |
const. |
Таким |
об |
|||
|
разом, |
выделение |
тепла |
||||
о |
при |
сгорании |
топлива и |
||||
сообщение |
его |
рабочему |
|||||
ib = = d |
телу состоят из двух фаз: |
||||||
|
V = const |
(процесс |
2—М) |
||||
Рис. 25. Цикл со смешанным подводом |
и |
р = |
const |
(процесс |
|||
М |
— 3). |
Поэтому |
|
рас- |
|||
тепла |
|
||||||
40
сматриваемыи |
цикл называется циклом |
со смешанным подводом |
тепла. |
|
|
Отношение |
максимального давления в |
цилиндре, достигнутого |
в результате сгорания, к давлению р2 конца |
сжатия |
|
Pi
называется степенью увеличения давления при сгорании. Отношение объема У3 в конце сгорания к объему V2 в начале сго
рания
^= Р
называется степенью предварительного расширения.
После окончания сгорания (точка 3) газы расширяются адиабатно (процесс 3—4) и поршень перемещается в исходное положение1 . Однако в точке 4 давление и температура газов оказываются значи тельно выше исходных, т. е. выше, чем в точке 7.
Для получения цикла, т. е. замкнутого контура, необходимо по низить давление и температуру до рг и tu что теоретически достигает ся мгновенным охлаждением рабочего тела путем отнятия от него
тепла Q2 . |
из понятия |
о термическом к. п. д. цикла |
(49), |
||||||||||
Исходя |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
Qi—Q2 _ |
j |
Q2 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
Тепло Qx складывается из Q{ = |
cvm |
|
(7м — Т2) |
G, подведенного в изо- |
|||||||||
хорном процессе |
2 — М, |
и |
Q'{ = |
cpm |
(Т3 |
— Тм) |
G, |
подведенного |
|||||
в изобарном процессе |
М — 3: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Qi = |
QI + |
QI = |
cvm |
( Г м |
- |
T2) |
G + |
cpm |
(Г, - |
Т м ) G. |
|||
Тепло, отведенное |
в изохорном процессе |
4—/, |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
Q2 |
= Cvm ( T |
i |
— |
T i ) |
G - |
|
|
|
|
Подставляя |
значения |
Qx |
и Q2 |
в формулу |
т](, |
получим |
|
||||||
|
1 |
0г __ 1 |
|
|
cvm(Tt |
— r i ) G |
|
|
|||||
T 1 i _ 1 |
Qt |
|
|
с г , т ( Т м - Г 2 ) С + С р т ( 7 ' з - Г м ) 0 * |
|||||||||
Сокращая массу газа G и деля числитель и знаменатель дроби на cvm, получаем
п |
— \ |
Tj-Tj |
/ 5 |
1 ч |
|
|
Г м - Г 2 + К ( Г з - Т м ) |
k |
1 |
1 Следует заметить, |
что |
термодинамика рассматривает |
процессы 2 — М |
|
и М — 3 не как сгорание топлива, а лишь как подвод к рабочему телу внешнего
тепла без изменения его химического состава (см. § 16).
41
Если, пользуясь формулами основных процессов, выразить темпе
ратуры Т 2 , Т м , Т3 и Tt |
через температуру 7\, то получим |
||
т,,= 1 |
* ^ = * |
. |
(52) |
|
e « - l [ Я , _ 1 + Я , к ( р — 1 ) ] |
|
|
Из формулы (52) следует, что к. п. д. цикла будет |
увеличиваться |
||
с ростом степени сжатия е и величины X, т. е. с увеличением максималь ного давления в цилиндре. С ростом же величины р к. п. д. умень шается, что говорит о невыгодности затяжного подвода тепла, сопро вождающегося увеличением объема газов при сгорании.
На рис. 26, а показаны графики термического к. п. д. цикла в за висимости от степени сжатия б при различных значениях X, при этом
степень |
предварительного расширения принята постоянной р = 1,5. |
На рис. |
26, б приведены графики термического к. п. д. также в зави |
симости |
от 8, но при различных значениях р и постоянном X = 1,5. |
В обоих |
случаях показатель адиабаты принят к = 1,4. |
В карбюраторных и большинстве газовых двигателей предваритель ному сжатию подвергается не воздух, а заранее подготовленная взрыв
чатая смесь |
воздуха с топливом и остаточными газами, называемая |
р а б о ч е й |
с м е с ь ю (см. § 34). Во избежание преждевременного |
самовоспламенения смеси вследствие повышения температуры от сжа тия степень сжатия е не превышает 9 (чаще 6—8). Малая степень сжа тия является основной причиной более низкой экономичности этих
двигателей по сравнению с дизелями. Кроме того, в этих |
двигателях |
|||||
сгорание топлива (подвод тепла) имеет характер |
взрыва |
(V = |
const), |
|||
отсутствует |
период |
догорания при р = |
const, |
V3 = Ум = |
V 2 и |
|
Vb |
1. График |
цикла с изохорным |
подводом тепла |
показан на |
||
р = ^-Д- = |
||||||
рис. 27.
42
Если в формуле (52) положить р = |
|
1, то получаем для этого цикла |
T]t = 1- |
1 |
(53) |
|
||
Пример 1. Газ в начале сжатия имеет |
температуру tx = 35° С. Определить |
|
температуру в типичных точках и термический к п. д. цикла со смешанным под
водом тепла, |
если |
s = 17; X = |
1,4; р = |
1,5. |
Сравнить щ |
данного цикла с щ |
цикла Карно при тех же температурных |
пределах. |
|
||||
Решение. |
Для |
адиабатного |
процесса |
1—2 |
(см. рис. 25) |
по формуле (34) |
т.
откуда |
|
|
|
|
т-т |
(XL |
к- |
1 |
. = (35°С + 273К) 171,4—1 = 955К, |
или |
^2 |
= 955К—273К = 682°С. |
||
|
||||
Для изохорного процесса |
2—М |
по формуле (22) |
||
|
|
Рк |
' м |
|
|
|
|
|
Т 2 |
откуда
2 — = Г 2 Я =955 К-1,4 = 1 340К,
/ м = 1 340К—273К = 1 067° С.
Для изобарного процесса М—3 по формуле (23)
откуда |
|
V м |
1 м |
|
|
|
|
|
|
|
= 1 340К-1,5 = 2 0 1 0 К , |
или |
|
|
7»' |
^з = 2010К—273К = 1 |
737° С. |
||
" м |
|
||
Для адиабатного процесса 3 — 4 |
|
||
по формуле |
(34) |
|
|
1± |
I t |
|
|
|
V3 |
|
|
Деля числитель и знаменатель правой части на V2> получим
к— 1
к— 1
Рис. 27. Цикл с изохорным подво дом тепла
43
откуда
7,4 = 7"з( - ^ - ] |
= 2 0 1 0 1 ~ ) |
=760 К, |
^4 = 760К—273К = 487С. Термический к. п. д. цикла по формуле (51)
Tt-Tt Тп-Тя+к(Тя-Т
760—308
= I - 1 340-955 + 1,4(2010-1 340) = = ° ' 6 5 5 ' М И 6 5 ' 5 % -
Максимальная температура "газов достигается в точке 3 цикла 7, 3 =2010 К, а минимальная —7'1 = 308 К. При этих условиях термический к. п. д. цикла Карно
ТЛпах—Tm i n |
2 010—308 „ „„ |
'max |
ZUIU |
Г л а в а I I
ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
§ 14. Классификация двигателей
Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать:
п о т е р м о д и н а м и ч е с к о м у ц и к л у , лежащему в осно ве работы двигателя. По циклу с изохорным подводом тепла работают двигатели, в которых в конце сжатия смесь топлива с воздухом равно мерно распределена по всему пространству камеры сжатия цилиндра. Процесс сгорания всей массы смеси имеет характер вспышки со зна чительным скачком давления. К этим двигателям относятся карбюра торные и большинство газовых. По циклу со смешанным подводом тепла работают современные дизели и некоторые типы газовых двига телей, в которых высокому сжатию подвергается воздух или бедная, не способная к самовоспламенению газовоздушная смесь. В конце
сжатия |
в цилиндр вводится горючий газ или небольшое количество |
||
запального топлива, которое, самовоспламеняясь, поджигает |
сжатую |
||
бедную |
газовоздушную |
смесь; |
|
п о |
т а к т н о с т и . |
В четырехтактном двигателе весь |
рабочий |
цикл в цилиндре совершается за четыре хода поршня, или два оборота
коленчатого вала. В двухтактном двигателе рабочий цикл |
совершает |
|
ся за два хода поршня, или один оборот вала; |
|
|
п о с п о с о б у с м е с е о б р а з о в а н и я . |
В |
двигателях |
с внутренним смесеобразованием топливо подается |
непосредственно |
|
внутрь цилиндра. К этим двигателям относятся все типы дизелей и не44