Диаграмма термодинамического цикла «Аида».

Р

с

д Т=const

Р=const

в в '

V=const

Е

А

V

Рис. 13

Термодинамический цикл совершается следующим образом: на участке ав диаграммы происходит политропное сжатие рабочего тела с отводом теплоты. Давление рабочего тела поднимается до величины Р₁. В точке в к рабочему телу подводится часть теплоты. На участке вв ' давление рабочего тела остается равным величине Р₁. На участке в ' с диаграммы при постоянном объеме подводится вторая часть теплоты. Давление и температура рабочего тела поднимаются до величины Р₂ и Т₂. На участке сд при постоянной температуре Т₂ подводятся следующие части теплоты. На участке де происходит адиабатное расширение рабочего тела с отводом теплоты. На изохорном участке еа диаграммы происходит обновление рабочего тела.

Диаграмма расчетного цикла «Аида».

Р Тz Р_b

120кг/см²

Т=const

60кг/см²

Рс=Р₁ V=const

Р=const

Ра

ВМТ V_c Vh 140* НМТ

Рис. 14

При работе двигателя с внутренним смесеобразованием со сверхвысокой степенью сжатия до 60 на внешней скоростной характеристике на низких оборотах (менее 1700 об/мин) без ограничения наполнения в нем в зависимости от времени подвода теплоты могут происходить процессы следующего характера: 1. При своевременном, для получения эффективной работы, впрыске топлива скорость нарастания давления в камере сгорания в начале расширения существенно (недопустимо) превысит скорость нарастания объема камеры сгорания. Вследствие этого произойдет ударное воздействие давления газов на поршень, работа двигателя станет недопустимо жесткой. 2. При более позднем впрыске топлива процесс сгорания сместится на линию расширения. Скорость нарастания объема камеры сгорания превысит скорость нарастания давления горящей смеси. Вследствие этого скорость сгорания снизится, работа двигателя станет не эффективной.

Исключить возникновение указанных последствий можно следующим образом:

1. При завершении такта сжатия при положении поршня в ВМТ в цилиндре двигателя должно достигаться давление не выше Р₁. Для этого в зависимости от частоты вращения коленчатого вала необходимо ограничивать наполнение цилиндра воздухом.

2. Впрыск первой минимально необходимой порции топлива должен произойти перед завершением такта сжатия, чтобы процесс тепловыделения начался в ВМТ. Цель впрыска первой порции топлива- поднять температуру воздуха для обеспечения условий более быстрого сгорания следующих порций топлива.

3. В начале расширения (примерно 15⁰ ПКВ после ВМТ) увеличения давления не должно быть вообще, либо оно должно увеличиваться незначительными темпами, исключающими излишнюю шумность работы двигателя, то есть указанный участок расширения характеризуется постоянством давления Рс=Р₁, или Р=const (изобарный участок).

4. Примерно в 15⁰ ПКВ после ВМТ в цилиндр впрыскивается вторая порция топлива. Давление Р₁ увеличится до значения Рz, а температура до значения Т₂. Этот участок расширения можно считать изохорным, то есть подвод теплоты при постоянном объеме V=const.

5. Дальнейший впрыск топлива несколькими порциями обеспечит на некотором участке сгорания относительно одинаковую температуру Т₂. В теоретическом цикле этот участок подвода теплоты будет считаться изотермным, совершающимся при Т=const.

Таким образом, по предлагаемому теоретическому циклу способом превращения теплоты в механическую работу является политропное сжатиерабочего тела, его предварительное расширениес подводом теплоты:1. Первой части-при постоянном давлении Р₁. 2. Второй части при увеличивающемся давлении, но при постоянном объеме. 3. Следующих частей- при постоянной температуре.

Теоретический цикл Аиды характеризуется показателями предварительного увеличения объема ρ на изобарном участке, предварительного увеличения давления λ на изохорном участке и предварительного увеличения объема ρ₁ на изотермном участке, которые влияют на величину термического КПД.

Диаграмма

максимально допустимого наполнения цилиндра дизеля в зависимости от оборотов при степени сжатия 51 (полное наполнение равняется 1)

1

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 2000 6000

Рис. 15

Действительный цикл «Аида» дизельного двигателя с внутренним смесеобразованием со сверхвысокой степенью сжатия до 60 совершается следующим образом: степень сжатия двигателя, например, составляет 60, частота вращения коленчатого вала, например, 1000 об/мин, режим работы- внешняя скоростная характеристика. При перечисленных условиях дроссельная заслонка прикрыта и согласно диаграмме на рис. 15 ограничивает наполнение цилиндра. При этом, если при полностью открытой дроссельной заслонке наполнение цилиндра составит, примерно, 500 мг воздуха, то при работе на внешней скоростной характеристике при указанной частоте вращения коленчатого вала дроссельная заслонка должна занять такое положение, при котором максимальное поступление воздуха в цилиндр составит, примерно, 300 мг на рабочий такт.

На первом такте поршень движется от ВМТ (верхняя мертвая точка) к НМТ (нижняя мертвая точка), производится всасывание свежего заряда воздуха. На втором такте поршень движется от НМТ к ВМТ и производит сжатие воздуха. При положении поршня, примерно, в 3 градусах до ВМТ подается первая часть топлива. При нахождении поршня в 0 градусов ВМТ начинается процесс горения смеси, поршень начинает движение от ВМТ к НМТ, совершается рабочий такт. До, примерно, 15⁰ ПКВ после ВМТ процесс сгорания протекает при давлении равном Рс=Р₁. Примерно, в 15⁰ ПКВ после ВМТ подается вторая часть топлива и давление в цилиндре возрастает до величины Рz. После этого несколькими порциями подаются следующие части топлива и процесс сгорания протекает при относительно одинаковой температуре. На следующем такте совершается удаление отработавших газов из цилиндра. Расчет термического КПД теоретического цикла Аиды должен производиться по формуле Фатахова: h_t= 1- 5/2(λρρ₁^k-1 -1)/ ε ^{n 1-1} [7/2(ρ -1)+ 5/2∆ λ ∙1/ γ ∙ ρ + λρ lgρ ₁/ ρ ].

Формула цикла «Аида»:

Смешанный цикл работыдизельного ДВС с внутренним смесеобразованием и со сверхвысокой степенью сжатия до 60, в котором на первом такте производится впуск свежего заряда воздуха (либо топливно-воздушной смеси), на втором такте производится сжатие этого заряда до давления Р₁, на третьем такте происходит расширение продуктов горения, на четвертом такте производится удаление из цилиндра продуктов сгорания, отличающийся тем, что при работе на внешней скоростной характеристике, в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, на такте впуска производится ограничение наполнения цилиндра воздухом для обеспечения на рабочем такте в зоне малого изменения объема камеры сгорания постоянства давления Р₁ путем синхронизации процесса увеличения объема камеры сгорания и давления рабочего тела. При этом точка начала тепловыделения находится в ВМТ (верхней мертвой точке). В зоне малого изменения объема камеры сгорания давление не изменяется, что соответствует в теоретическом цикле изобарному процессу Р=const. На линии расширения для доведения температуры в цилиндре до значения Тz, что соответствует в теоретическом цикле изохорному процессу V=const, подается вторая часть топлива. Далее на линии расширения для обеспечения горения при одинаковой температуре подаются остальные части топлива, что в теоретическом цикле соответствует процессу Т=const. В теоретическом цикле процесс сжатия является политропным, процесс предварительного расширения является сначала изобарным, затем изохорным, затем изотермным, а процесс последующего расширения- адиабатным.

Дата добавления: 2015-10-24