Файл: Артамонов, М. Д. Основы теории и конструкции автомобиля учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 113
Скачиваний: 0
ское расширение газа, а по линии Ъа — отвод теплоты Q2 в холод ный источник по пзохоре. Следовательпо, рабочее тело, претерпев ряд изменений, возвращается к исходному состоянию, в резуль тате чего цикл замыкается. Цикл можно повторять неограничен ное число раз при соблюдении указанных выше условий.
Полезная механическая работа цикла Lt пропорциональна площади фигуры aczb, ограниченной кривыми отдельных процес сов цикла, и эквивалентна разности между подведенной теплотой Q1 и отведенной в холодный источник теплотой Q3, т. е.
Lt — Q\ —<?2-
Степень использования подведенпой теплоты Q1 в результате частичного преобразования ее в полезную механическую работу Lh т. е. тепловую экономичность
цикла, оценивают термическим коэффициентом полезного действия
|
|
11' ~ |
Л |
___(?2 |
|
|
|
|
|
||
|
|
q[ |
|
Q? |
|
|
|
|
|
||
|
Если отнести теплоту Qt и теп |
|
|
|
|||||||
лоту Q2к массе 1 кг рабочего тела, |
|
|
|
||||||||
то |
для |
рассматриваемое |
цикла |
|
|
|
|||||
можно |
написать: |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Qi = cv (Tz |
- Т с ) \ |
|
|
|
|
|
|||
|
|
Qz — св (Ть ■ Ta), |
|
|
Рис. |
1. |
Цикл с подводом тепло |
||||
где |
с„ — удельная |
теплоемкость |
|||||||||
ты при |
V - const |
||||||||||
|
|
при |
постоянном |
объеме. |
|
|
|
||||
|
Подставляя полученные выражения Q± и Q.z в формулу для |
||||||||||
определения коэффициента тр, |
получим |
|
|
||||||||
|
|
|
Ч( = 1 |
Л Т ь - Т а) |
А |
ттJ. 2 -т-I .с |
|||||
|
|
|
С1>(Тz |
Т с) |
|||||||
|
Из термодинамики известно, что для адиабаты сжатия и рас |
||||||||||
ширения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Тй = Та8*-» |
и |
Тг = Ть& ~ \ |
||||||
где |
е = |
степень |
сжатия двигателя; |
|
к = — — показатель адиабаты;
си Ср — удельная теплоемкость при постоянном давлении.
Подставляя найденные значения температур в формулу тер мического к. п. д., получим
11; = 1 |
Т ь - Т „ |
1 |
1 |
|
ek-i (Ть- Т а) |
gft 1 |
( 1 ) |
9
Из формулы (1) следует, что термический к. п. д. данного тео ретического цикла зависит от степени сжатия е и показателя адиа баты к. С увеличением значений е й к термический к. п. д. цикла повышается (рис. 2), причем более интенсивно в области небольших значений степени сжатия.
С увеличением степени сжатия в результате повышения тер мического к. п. д. увеличивается и полезная работа цикла, что показано на рис. 3 и вытекает из формулы
Lt = ntQv |
(2) |
Из этой формулы следует, что полезная работа цикла за висит также от количества под веденной, теплоты (?!•
Рис. 2. Зависимость терми ческого к. и. д. тр от стопеин сжатия е и показателя адиабаты к для цикла с под водом теплоты при V = const
Рис. 3. Циклы с подцодом тепло ты при V — const и при различ
ных значениях в
Как видно на рис. 3, с увеличением значения е уменьшается давление газа в точках Ъг и Ь3, что вызвано понижением его тем пературы. Понижение температуры газа, в свою очередь, при водит к уменьшению количества теплоты <?2>отводимой в холодный источник, т. е. к снижению тепловых потерь при выпуске отрабо тавших газов.
Таким образом, увеличение степени сжатия двигателя явля ется выгодным. Однако повышать степень сжатия двигателей с при нудительным воспламенением смеси, работающих по рассматривае мому циклу, более 11—12 единиц не представляется возможным, так как в противном случае в результате увеличения давления при сжатии и расширении значительно возрастают нагрузки, а также вызванные ими потери на трение в кривошипно-шатунном механизме. Кроме того, степень сжатия указанных двигателей
ю
ограничивают возникающие при этом самовоспламенение и детона ционное сгорание рабочей смеси. Поэтому значения степени сжатия двигателей с принудительным воснламепеиием смеси находятся в пределах 4—5 для карбюраторных керосиновых, 6—12 — для карбюраторных бензиновых и 8—11 — для газовых двигателей.
§ 2. ЦИКЛ СО СМЕШАННЫМ ПОДВОДОМ ТЕПЛОТЫ
В смешанном цикле теплоту к рабочему телу подводят частично при V — const и частично прир = const (рис. 4). Этот цикл лежит в основе работы двигателей с воспламенением от сжатия (бескомпрессорных дизелей).
Рабочее тело в точке а |
сжимают |
|||
адиабатически по линии |
ас. |
Затем |
||
к нему подводят теплоту Qx, равную |
||||
сумме (Д + |
(?Ц |
|
|
Тс) |
Подвод теплоты Q\ = с.0 (Тг— |
||||
происходит по линии съ при V = const, |
||||
а теплоты |
Q\ — ср {Тг — Tz-) — по |
|||
линии z z при р — const. Далее сле |
||||
дует адиабатическое расширение' по |
||||
линии zb и отвод теплоты Q2 = |
cv X |
|||
X (Ть — Та) в холодный источник по |
||||
линии Ъа. |
|
|
|
|
Термический к. и. д. смешанного |
||||
цикла определяют по формулам: |
|
|||
|
Q-i . |
|
||
|
o: + q: |
|
Рпс. 4. Цикл со смешанным |
|
|
cv (Ть- - Т п) |
|
|
подводом теплоты |
Л/ = 1 - ;■v(TZ' - T c) + cp (Тг - |
Tz. y |
Выражая значения температуры в отдельных точках цикла через температуры Та и Ть-и проделав некоторые преобразования, получим формулу для определения термического к. п. д. смешан ного цикла
1 |
\pk— 1 |
|
»1| = 1 e'r-i |
я,—1 + U(p —1) ’ |
(3 ) |
где Я = — — степень повышения давления;
V,
р = т г — степень предварительного расширения.
Из формулы (3) следует, что термический к. п. д. смешанного цикла повышается с увеличением значений степени сжатия е и сте пени повышения давления Я, а также с уменьшением степени пред варительного расширения р.
Циклы с подводом теплоты при постоянном объеме и при посто янном давлении можно рассматривать как частные случаи смешан ного цикла.
11
Если считать, что объем Vг = Vc, и, следовательно, пришить коэффициент р = 1, то формула для определения термического к. п. д. примет вид выражения термического к. п. д. цикла с под водом теплоты при V = const:
Ч/ = 1 — iFT-
Если же считать, что давление p z = р с, а следовательно, коэф фициент %— 1, то эта формула примет вид выражения термиче ского к. и. д. цикла с подводом теплоты при р — const:
Глава II
СГОРАНИЕ ТОПЛИВА
В качестве автомобильного топлива используют бензин для кар бюраторных двигателей, дизельное топливо — для дизелей и го рючие газы, находящиеся в сжатом или сжиженном состоянии или получаемые в результате газификации твердых топлив, — для газовых двигателей.
§ 1. РЕАКЦИЯ ГОРЕНИЯ
Как известно, жидкое топливо по своему химическому составу представляет собой соедппепие ■трех основпых элементов: угле рода С, водорода Н и киелорода О.
Обозначая массовые доли отдельных составляющих символами соответствующих элементов, для 1 кг жидкого топлива можно написать, следующее равенство:
С+ Н + 0 = 1 .
Взависимости от количества кислорода, поступающего в ци линдр двигателя, сгорание топлива может быть полным или не полным. При полном сгорании образуются продукты, состоящие из углекислого газа С02, водяных паров Н20 , избыточного кисло рода 0 2 и азота N2, который поступает в цилиндр вместе с воздухом.
Вслучае неполного сгорания из-за недостатка кислорода часть углерода сгорает полностью и образует углекислый газ С02 (С + -}- 0 2 = С02), а часть — неполностью с образованием окиси угле
рода СО (2С + 0 2 = 2СО). -
При расчете в киломолях (кмоль) 1 количество кислорода, тео
ретически необходимое для |
сгорания 1 кг топлива, равно |
|
С |
. Н |
От |
12 ~г 4 |
32 ’ |
От где ~ — число киломолеи кислорода, который содержится в топ
ливе.
1 Расчет в киломолях равносилен расчету в' объемных величинах, но не требует оговорки относительно температуры и давления газа.
13
Ввоздухе по объему содержится 21% кислорода и 79% азота,
ипоэтому количество, воздуха в кмоль, теоретически необходимое для сгорания 1 кг топлива,
Величина L0 (в кмоль/кг) для бензина составляет 0,512, а для дизельного топлива 0,496.
В действительности па каждый килограмм или кубический метр топлива в цилиндр двигателя поступает воздух в количестве, кото рое отличается от теоретически необходимого. Отношение действи тельного' количества воздуха L к теоретически необходимому L0 на зывают коэффициентом избытка воздуха:
Если коэффициент а = 1, то полное сгорание топлива (до ко нечных продуктов окисления) возможно только при идеальном смешении топлива с воздухом, когда каждая частица топлива обес печена необходимым для ее сгорания количеством кислорода. Поэтому полное сгорание топлива практически возможно только при коэффициенте а > 1.
Для повышения мощности карбюраторных двигателей и дви гателей с впрыском топлива и принудительным воспламенением приготовляют смесь с коэффициентом а < 1. При этом часть угле рода топлива сгорает с образованием окиси углерода СО, вслед ствие чего экономичность двигателя ухудшается.
Значения коэффициента избытка воздуха а для автомобильных двигателей при полной подаче топлива колеблются в пределах 0,85—1,15 для карбюраторных, 1,1—1,3 — для газовых двигате лей, 1,3—1,7 — для дизелей (при малых нагрузках коэффициент а равен 4 единицам и более).
§ 2. ГОРЮЧАЯ СМЕСЬ И ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ
Горючая смесь в карбюраторных двигателях состоит из воздуха и испарившегося топлива. Если молекулярную массу топлива обозначить через тТ, то количество киломолей горючей смеси, ко торое приходится на 1 кг топлива, можно определить по формуле
M1 = aL0 + -^~. |
(5) |
Так как молекулярная маЬса автомобильного бензина тТ —
— 110-М20, то в случае проведения ориентировочных расчетов
величиной — можно пренебречь.
14
У газовых двигателей горючая смесь состоит из 1 кмоль газа
и аL0 кмоль воздуха. Поэтому количество |
газовоздушной смеси |
в кмоль/кг |
|
М1 = 1Ц-аЬ0. |
(6) |
У дизелей объем топлива, впрыскиваемого в цилиндр, по срав нению с объемом воздуха ничтожно мал (до 0,01% от объема воз духа) и поэтому величиной 1/тет можно пренебречь; Следовательно, в этом случае количество киломолей свежего заряда можно опре делить по формуле
M1 = aL0. |
(7) |
Общее количество продуктов полного сгорания, как жидкого, так и газообразного топлива можно определить при помощи рас смотренных выше выражений.
Состав продуктов сгорания 1 кг жидкого топлива, выраженный в кмоль/кг, определяют по формулам:
MCOi = f2;
М0й —0,21 (a — 1) L0;.
М$г= 0,79аL0.
Общее же количество продуктов полного сгорания жидкого топлива определяют как сумму киломолей отдельных составляю щих продуктов сгорания:
M o = М СОа + /1^11=0 + М о , + M n 2
или
М2= р “2—I- 0,21 (а — 1) L0-\-0,19aL0.
После преобразования получим
^ 2 = § + ! + ( а - ° , 21)£о- |
(8) |
Масса продуктов сгорания равна сумме масс топлива и воздуха До сгорания, но количество киломолей продуктов сгорания может быть не равно количеству киломолей свежего заряда.
Изменение количества киломолей свежего заряда в результате сгорания определяют как разность:
Ш = М2- М 1. |
(9) |
В результате сгорания жидкого топлива объем продуктов сгорания оказывается больше объема свежего заряда, а после
15