Российская Академия Наук Дагестанский Научный Центр Сборник научных трудов по термодинамическим циклам Ибадуллаева
|
Скачать 2.17 Mb.
|
|
Формула расчета наивыгодной степени сжатия теоретического расчетного цикла: Согласно термодинамике в идеальных циклах адиабатические процессы сжатия и расширения уравновешивают друг друга. Т.е. сумма работ (отрицательная работа сжатия + положительная работа расширения) или изоэнтроп в них равна нулю. «… энтропия системы сохраняется постоянной только в обратимом (равновесном) адиабатном процессе. На этом основании обратимый адиабатный процесс называется изоэнтропным». (Теплотехника, стр. 45). Так, в гипотетической тепловой машине со степенью сжатия ε.=5, работающей по циклу Карно, температура Т2 завершения процесса адиабатического расширения и начала изотермического сжатия составила бы 17690К. Разомкнутый термодинамический цикл со степенью сжатия ε.=5 тоже завершается при указанной температуре Т2=Тb=17690К, но рабочее тело выбрасывается в окружающую среду. В систему поступает новое рабочее тело при температуре Та равной температуре окружающей среды (во всех расчетах данные о количестве располагаемой теплоты Qт, температуре ∆Т, температуры начала сжатия Та автор берет из расчетов И.М. Ленина на стр. 16-17 т.1). Является бесспорным фактом то, что по мере увеличения степени сжатия механические потери двигателя увеличиваются. Т.е. в действительных циклах процессы сжатия и расширения не являются адиабатическими. В теории ДВС есть ни чем не обоснованные предположения о том, что допустимые пределы степени сжатия бензиновых двигателей находятся в районе 13-14, а для дизельных двигателей в районе 23-25. Также делается предположение о том, что при превышении некоей величины степени сжатия количество отрицательной работы цикла начнет превышать количество положительной работы. Но формулы, которая позволила бы рассчитать величину наивыгодной степени сжатия, в теории ДВС нет. Базой для определения наивыгодной степени сжатия предлагается следующая формулировка расчета: Наивыгодный эффективный КПД будет иметь тот теоретический расчетный цикл, в котором энергия работы сжатия будет равна половине количества располагаемой теплоты. Та=350К, Тс=1600 К, Тz=4100 К, Тz-Та=3750 Тz- Тс=2500=∆Т, Тс-Та=1250, Тb=8960К, Тb-Та=546, При перечисленных условия: εk-1=4,574, ε=77 В теоретическом цикле при степени сжатия ε=77 работа адиабатического сжатия L2=Q2 или QТ=2L2 (∆Т=2х1250) и термический КПД будет иметь максимальную величину t=1-(Тb-Та)/Тz-Та=85,44%. (Принятая в теории формула расчета термического КПД имеет вид: t=1-(Тb-Та)/Тz-Тс). Согласно второму закону термодинамики КПД термодинамической системы будет равен нулю, если при совершении работы количество отдаваемой на компенсацию теплоты будет равно количеству теплоты подводимой к рабочему телу. К идеальным и теоретическим циклам это положение не применимо, поскольку для них не существует понятия «механических потерь». Но в действительных циклах суммарная мощность механических потерь и других видов тепловых потерь могут уравновесить индикаторную мощность двигателя. В результате этого эффективная работа станет равной нулю. Соответственно этому при дальнейшем увеличении степени сжатия (выше 77) доля отрицательной работы сжатия будет возрастать, а КПД действительного цикла- уменьшаться. Когда расход теплоты достигнет равенства Q=Q2, т.е. количество теплоты, отдаваемой на компенсацию тепловых и механических потерь, будет равна количеству вводимой теплоты, эффективный КПД термодинамической системы станет равным 0. В действительных циклах величина наивыгодной степени сжатия будет располагаться в районе ε≈50. «Кстати, если рассматривать само название ВМТ (верхняя мертвая точка), то она и называется «мертвая» потому, что в этой точке не совершается никакая работа, т.е. нахождение в этом месте поршня не имеет смысла с точки зрения полезности, хотя в этот момент в двигателе и создается максимальное давление. Из-за того, что в ВМТ сила приложенная к коленвалу не совершает работу, вся нагрузка от приложенной силы передается на опорные шейки коленвала, что приводит к перегрузке кривошипно-шатунного механизма, и резкого снижения ресурса двигателя. Также в ВМТ самые максимальные тепловые потери, т.к. тепловая энергия не преобразовывается в механическую, то вся теплота передается интенсивно в окружающую среду через систему охлаждения». (Сборник МГТУ, стр. 110). Если исходить из условий задачи найти точку наивысшего эффективного КПД и наивысшей эффективности действительного цикла, то надо согласиться с тем, что эта точка в координатах линии, отображающей процесс движения поршня, должна иметь единственный начальный признак: наименьший удельный расход теплоты для получение единицы работы. После этого определить направление более эффективного движения поршня (в сторону ВМТ или НМТ). После этого определить остальные признаки зоны, в которой должно произойти выделение основного количества теплоты. «Все расчеты современного ДВС ведутся для ВМТ. В современных двигателях повышение степени сжатия приводит к резкому повышению давления в камере сгорания, а так как в этой точке тепловая энергия не преобразовывается в механическую энергию, то происходит тепловой удар по поршню и головке блока. В этом случае тепло интенсивно отводится на охлаждение через систему охлаждения, и способствует не рациональному использованию топлива. (Сборник МГТУ, стр.111). «Постепенное тепловыделение выгоднее мгновенного в связи с уменьшением потерь теплоты в охлаждающую среду и механических потерь двигателя».(Учебник МАДИ (ГТУ), стр.169). Согласно теории на расширении до достижения поршнем точки b диаграммы наибольшие потери теплоты происходят в стенки цилиндра. Вторая по величине группа потерь- трение. Количество теплоты отводимой в стенки цилиндра зависит от температуры рабочего тела, площади контакта рабочего тела со стенками, массы и плотности рабочего тела, которая приходится на эту площадь (удельная поверхность охлаждения) и времени контакта. Поэтому одновременные процессы тепловыделения и расширения должны протекать на основе принципов: Чем большее количество от выделяющейся в каждый момент теплоты в тот же момент будет превращаться в работу, тем меньше будет разрыв между величинами Тс и Тz и тем меньше будет величина тепловых потерь двигателя в систему охлаждения. Чем большее количество от выделяющейся в каждый момент теплоты в тот же момент будет превращаться в работу, тем меньше будет разрыв между величинами Рс и Рz и тем меньше будет величина механических потерь двигателя на трение. Чем меньше будет разрыв между интенсивностью расширения газов и интенсивностью тепловыделения, тем меньше будут и тепловые и механические потери. В виду перечисленных моментов главным фактором, определяющим экономичность и эффективность участка тепловыделения-расширения действительного цикла поршневого ДВС, является отношение скорости тепловыделения к скорости поршня. Согласно таблице положения поршня в функции от угла поворота кривошипа процесс расширения для двигателя ВАЗ-2110 с диаметром поршня 82мм, ходом поршня 71 мм будет иметь следующий вид: Площадь надпоршневой полости при положении поршня в ВМТ составляет 126,16 см2. Площадь надпоршневой полости при положении кривошипа под углом 820 к оси поршня составляет 196,97 см2. Произошло увеличение площади в 1,56 раз. Если принять допущение, что расширение происходит при постоянной температуре газов, за равный промежуток времени потери теплоты в стенки цилиндра увеличатся в 1,56 раз. Но скорость перемещения поршня от 0 до 1 градуса в 91,43 раз меньше, чем от 81 до 82 градусов. Следовательно, минимально возможные удельные потери теплоты в стенки цилиндра работающего двигателя при положении кривошипа в 820 будут меньше в 58,61 раз. А если учесть, что в действительном цикле при положении кривошипа в 820 удельная площадь охлаждения существенно меньше (из-за меньшей температуры и плотности газов) разница в потерях будет еще больше. Следовательно, наивыгодной точкой получения максимального количества работы при минимальных потерях теплоты является среднее положение поршня в цилиндре. Если рассмотреть процесс расширения с позиции минимальных трат энергии на трение, то выйдет следующая картина. Чтобы поршень совершил ход в 1 мм из положения ВМТ, кривошип должен повернуться на 120. Чтобы поршень совершил ход в 1 мм до положения кривошипа в 820, кривошип должен повернуться на 10 34', т.е. на величину меньшую в 8,44 раза. Если принять допущение, что расширение совершается при одинаковом давлении, во втором случае потери на трение будут в 7,66 раза меньше. Т.е. и с позиций уменьшения потерь на трение среднее положение поршня, а кривошипа под углом 820, является наивыгодным при условии постоянства давления. На совершение второй половины хода поршня до НМТ кривошип должен повернуться на 980 (на 160 больше, чем от ВМТ). Следовательно, участок от ВМТ до 820 является более эффективным, чем от 820 до НМТ. Поэтому начальной точкой, от которой должны идти поиски момента наибольшей экономичности и эффективности цикла надо считать точку, в которой поршень имеет максимальную скорость, т.е. при положении кривошипа под углом в 820 к оси движения поршня. Но будет ли в двигателе с такой скоростью поршня происходить процесс развития предпламенных реакций и горения? Не будет. Значит, вторым условием задачи является поиск участка между ВМТ и 820 ПКВ, на котором должно произойти тепловыделение, чтобы процесс сгорания завершился с наилучшим результатом. Как следует из диаграммы на рис. 227 (И.М. Ленин, стр.8, т.2) скорость движения поршня есть синусоида. Формирование очага пламени, распространение фронта пламени, сгорание смеси по времени, если нанести их на диаграмму в функции от угла поворота коленчатого вала, также примут вид синусоиды. «В самом начале своего распространения от свечи скорость пламени близка к скорости ламинарного горения (с учетом расширения продуктов сгорания). Затем скорость распространения пламени постепенно увеличивается».(А.Н.Воинов, стр. 161)  «Интенсивность турбулентного заряда в цилиндре пропорциональна частоте вращения, поэтому с ростом n длительность второй фазы во времени уменьшается пропорционально изменению длительности всего цикла, т.е. θ2 (в градусах ПКВ) практически не изменяется». (Уч. МАДИ (ГТУ), стр. 120, т.1). Еще лучше указанная зависимость определена И.М. Лениным (стр. 103 т.1). «Большая турбулентность смеси и более интенсивное нагревание ускоряют процесс сгорания. По мере роста числа оборотов: а) задержка воспламенения (период индукции по времени tφ1 сокращается, однако в градусах поворота φ1 коленчатого вала увеличивается: n, об/мин ......................1100 2000 tφ1, мсек ......................2,73 1,67 φ1° .......................18 23 б) период видимого сгорания по времени tφ2 сокращается, а в градусах поворота φ2 коленчатого вала почти не меняется: n, об/мин ......................1100 2000 tφ2, мсек ......................3,63 2,08 φ2° .......................24 25 Таким образом, общая продолжительность сгорания по времени сокращается с 6,36 дл 3,75 мсек, но удлиняется с 42 до 48° поворота вала.». Приведенные цитаты, по крайней мере для бензинового двигателя с высокой степенью сжатия, показывают синусоидный характер всех периодов процесса сгорания и зависимость формы синусоиды от частоты вращения коленчатого вала, т.е. времени. В двигателе со степенью сжатия 22 период задержки воспламенения при одинаковой частоте вращения существенно меньше, чем в двигателе с ε=10. Но в то же время при изменении частоты вращения подчиняется тем же закономерностям, что и в двигателе с ε=10. Поэтому еще одним необходимым условием обеспечения наибольшей экономичности и эффективности является наложение и относительное совпадение синусоид движения поршня и протекания процессов сжатия и сгорания. Главным средством такого «наложения» становится «дросселирование» (берем в кавычки, поскольку термин устаревший). «Дросселированием называется процесс понижения давления газа при преодолении потоком местного гидравлического сопротивления, например диафрагммы». («Теплотехника», стр. 72). Приведенное определение дросселирования нельзя применить к двигателю, в котором наполнение регулируется путем изменения фаз закрытия впускного клапана или выпускного клапана. В таком двигателе производится не понижение давления воздуха на впуске, а выталкивание его избытка из цилиндра во впускной или выпускной коллектор. Следующим условием наибольшей экономичности и эффективности является нормальное протекание процессов сжатия и сгорания. Для этого: 1. Двигатель не должен детонировать. «Горючая смесь нагревается сжатием до температуры, как правило, более чем достаточной для ее самовоспламенения, и если последнее не возникает, то только потому, что для этого не хватает времени, рабочий заряд в камере сжатия успевает сгореть в процессе распространения по нему фронта пламени раньше, чем наступит самовоспламенение». (А.Н. Воинов, стр. 138.). «Часть рабочей смеси, до которой фронт пламени доходит в последнюю очередь, нагревается в результате поджатия (увеличения давления от сгорания) до температуры, превышающей температуру самовоспламенения. Несмотря на это, при нормальном сгорании самовоспламенение последней порции смеси не происходит, так как для его развития не хватает времени. Если же период задержки самовоспламенения по сравнению с временем распространения пламени окажется настолько коротким, что в последней порции заряда возникнут очаги самовоспламенения от поджатия, то такое самовоспламенение может приобретать взрывной характер». (учебник МАДИ (ГТУ), т.1, стр.122.). Приведенные цитаты необходимо уточнить: Чтобы не возникло детонационного сгорания, интенсивность протекания предпламенных реакций в любом участке свежей смеси должна быть исключающей возможность их саморазгона и самовоспламенения. Инициирование развития цепной реакции в свежей смеси должно произойти от фронта пламени, а не от поджатия в результате повышения давления в камере сгорания. Если цепная реакция началась «нормальным» способом, т.е. от фронта пламени, дальнейшее увеличение температуры реагирующих компонентов не может повлечь их детонационного горения. «При постепенном взрыве источник радикалов находится в сгорающей газовой смеси, где реакция развилась значительно и, как следствие, температура очень высока (на практике доходит до 1500-25000С). Поэтому легко понять, что эти радикалы отличаются по природе от тех, которые являются причиной развития одновременного взрыва, так как при столь высоких температурах в наличии оказываются только очень простые части первоначально существовавщих сложных молекул. Поэтому исходная структура углеводородов не является более решающим фактором. Более важен в данном случае элементарный состав или, еще проще, отношение содержания углерода к содержанию водорода». (Д.Д.Брозе, стр. 31). Но в то же время дальнейшее увеличение давления в процессе активного сгорания согласно формуле ωотн=К∙роn-1 может увеличить скорость реакции горения до недопустимых величин. 2. Поэтому в двигателях со сверхвысокой степенью сжатия и принудительным зажиганием в период быстрого сгорания взаимосвязанные интенсивности тепловыделения и нарастания давления не должны быть такими, что может возрасти жесткость работы двигателя. Для правильного теоретического освещения, а затем и практического решения изложенных задач необходимо ввести понятие и термины «зоны равновесия процессов» и «точки равновесия процессов» в ДВС. Примерные их определения таковы: 1. Зона равновесия процессов- некоторый пространственный и временной период в диаграмме двигателя с принудительным зажиганием и низкой степенью сжатия, раположенный возле точки наилучшего прохождения процессов, в пределах которого приближение и удаление точки ввода основного количества теплоты относительно ВМТ не отражается на количестве совершаемой двигателем работы. Точка равновесия процессов- расположенная на любом участке диаграммы двигателя (предположительный диапазон углов возможного положения точки от 0 до 45-600 ПКВ после ВМТ) с принудительным зажиганием со сверхвысокой степенью сжатия точка ввода теплоты, в которой с учетом величины степени сжатия, наполнения цилиндра рабочим телом и частоты вращения обеспечиваются наилучшие условия прохождения процессов сгорания, причем выход за пределы точки без изменения наполнения, частоты и угла опережения зажигания существенным образом отражается на количестве совершаемой двигателем работы. На рис. 58 (Д.Н. Вырубов, стр. 184) зависимости индикаторных показателей двигателя от угла опережения зажигания штриховая линия есть середина зоны равновесия процессов. Отклонение угла зажигания вправо или влево на некоторое количество градусов не отражается на показателях работы двигателя. За центр зоны принимается точка Рz. Наивыгоднейшее расположение Рz в середине зоны равновесия процессов дает некоторое количество работы цикла. При этом такие показатели как индикаторные и механические потери, эффективные КПД и давление, УОЗ, Рс, Тс, Рz, Тz имеют для периода средние показатели, а удельный расход топлива, мощность и состав выхлопных газов в совокупности имеют наилучшие значения.         Pz Pi gi i Рис.58-а θ опт. При увеличении значений Рс, Тс, Рz, Тz выше оптимальных (допустим увеличением угла зажигания на 50) индикаторный КПД цикла несколько увеличивается за счет уменьшения площади теплообмена со стенками цилиндра и возрастания интенсивности сгорания. Но за счет увеличения значения Рс и приближения Рz к ВМТ растут механические потери. Эти потери поглошают прирост индикаторного КПД и количество работы цикла не изменяется. При уменьшении значений Рс, Тс, Рz, Тz ниже оптимальных (допустим уменьшением угла зажигания на 50) индикаторный КПД цикла несколько уменьшается за счет увеличения площади теплообмена со стенками цилиндра и уменьшения интенсивности процесса сгорания. Но за счет уменьшения значения Рс и удаления Рz от ВМТ уменьшаются механические потери. Уменьшение этих потерь компенсирует уменьшение индикаторного КПД и количество работы цикла тоже не изменяется. Такое происходит из-за несбалансированности объема надпоршневой полости, количества горючей смеси и времени прохождения сгорания. Из рис. 80 (Сороко-Новицкий, стр.142 т.1) видно, что в двигателе с низкой степенью сжатия ε=3,2 Рz может быть достигнут значительно раньше до ВМТ.  Поэтому чем ниже степень сжатия двигателя, тем больше по протяженности зона равновесия процессов. Чем выше, тем меньше. При определенной величине степени сжатия она превращается в точку. В этом случае отрезок диаграммы двигателя, на котором осуществляется ввод теплоты, будет состоять из множества таких точек. Отклонение (без изменения наполнения, частоты и УОЗ) от точки влево вызовет детонацию, отклонение вправо- сильное уменьшение эффективности цикла. Когда зона равновесия процессов превратится в точку, цикл будет иметь максимальные КПД и среднее давление (см. выше рис. 58-а). За основу построения цикла надо взять эталонный двигатель. Аппаратурные условия эталонного двигателя: ε=10, Ра- 1 кг/см2, k=1,36, Та= 500С, используемый бензин АИ-98, режим работы-полная нагрузка (100% дросселя), частота вращения-800 об/мин. При работе эталонного двигателя на указанной частоте Рс=25 кг/см2, Тс=5800С, УОЗ θ=2-30 до ВМТ. Точка начала тепловыделения 00 ВМТ. Рz=56 кг/см2, достигается, примерно, в 7-80 ПКВ после ВМТ, Тz=24000С, достигается в 16-180 ПКВ после ВМТ. При работе на этой частоте процессы формирования очага пламени, развития в смеси предпламенных реакций, распространения фронта пламени, сгорания, увеличения объема камеры сгорания, нарастания давления будут полностью сбалансированы и сведены в точку равновесия процессов. Уменьшение оборотов без дросселирования вызовет детонацию, увеличение оборотов без коррекции УОЗ- резкое падение эффективности. Чтобы этого не произошло, придется повышать УОЗ. При, допустим, частоте вращения 3000 об/мин оптимальный УОЗ будет, примерно, θ=350 до ВМТ и диаграмма двигателя будет иметь такой вид, как на приведенном выше рис. 58. Т.е. процессы будут происходить в зоне равновесия. Отклонение УОЗ на несколько градусов, или изменение октанового числа на несколько единиц останутся практически не замеченными. 2. Расчетный двигатель. Аппаратурные условия: ε=20, Ра- от 0,425 до 1 кг/см2, k=1,36, Та= 500С, используемый бензин АИ-98, режим работы-полная нагрузка (42,5-100% дросселя), минимальная частота вращения 800 об/мин, максимальная 6000 об/мин. При работе двигателя на частоте 800 об/мин с полной нагрузкой мы должны выдержать условия формирования очага пламени, распространения фронта и пр. эталонного двигателя. Поэтому ограничиваем наполнение путем дросселирования до 42,5%, Ра=0,425, (в ВАЗ-2110 с ε=20 фактически доходит до 0,6) Рс=25 кг/см2, Тс=5800С, УОЗ θ=2-30 до ВМТ. Точка начала тепловыделения 00 ВМТ. Рz=56 кг/см2, достигается, примерно, в 8-90 ПКВ после ВМТ, Тz=22000С, достигается, примерно, в 18-190 ПКВ после ВМТ. При работе на этой частоте процессы формирования очага пламени, развития в смеси предпламенных реакций, распространения фронта пламени, сгорания, увеличения объема камеры сгорания, нарастания давления, как и в эталонном двигателе, будут полностью сбалансированы и сведены в точку равновесия процессов. Уменьшение оборотов без уменьшения Ра вызовет детонацию, увеличение оборотов без увеличения Ра или УОЗ- резкое падение эффективности. При увеличении оборотов до 1600 время прохождения указанных процессов уменьшается вдвое. Соответственно, в нашем распоряжении имеется вдвое большее время задержки самовоспламенения. Поэтому есть возможность по мере увеличения оборотов пропорционально увеличивать Ра до величины 1 кг/см2. До этого числа оборотов процессы формирования очага пламени, развития в смеси предпламенных реакций, распространения фронта пламени, сгорания, увеличения объема камеры сгорания, нарастания давления будут полностью сбалансированы и сведены в точку равновесия процессов. При этом Рс=59 кг/см2, Тс=6700С, УОЗ θ=5-60 до ВМТ. Точка начала тепловыделения 00 ВМТ. Рz>80 кг/см2, достигается, примерно, в 200 ПКВ после ВМТ, Тz26000С, достигается в 300 ПКВ после ВМТ. При частоте вращения 1800 об/мин и выше время задержки самовоспламенения начинает отставать от скорости процессов поэтому увеличиваем УОЗ. При, допустим, частоте вращения 3000 об/мин оптимальный УОЗ будет, примерно, θ=150 до ВМТ и диаграмма двигателя будет иметь такой вид, как на приведенном выше рис. 58-а. Т.е. процессы будут происходить в сильно суженной зоне равновесия. Отклонение УОЗ на 2-3 градуса, или изменение октанового числа на несколько единиц станут сильно заметными либо в виде детонации, либо в виде падения эффективности. С позиций наименьших потерь теплоты в стенки условие подвода теплоты к рабочему телу при Т=const является наиболее выгодным, а цикл с подводом теплоты при V=const наименее выгодным. Если применить правило процесса Т=const к поршневому ДВС, то на рабочем такте от 0 до 60 градусов поворота коленчатого вала при движении поршня от ВМТ теплота, требующаяся для совершения работы, должна будет подводиться по мере ее необходимости (путем многостадийного впрыска), а не заранее. Но в ДВС, во-первых, обеспечить безусловно точное постоянство температуры расширяющихся газов не возможно, во-вторых, в этом нет необходимости. Как в цикле со смешанным подводом теплоты нет необходимости производить расширение при безусловно точном постоянном давлении. На рис. 47 индикаторной диаграммы дизельного двигателя отображен процесс изменения давления между точками 3 и 4. По кривым видно, что динамика уменьшения давления между указанными точками примерно такая же, как динамика увеличения температуры между точками 3' и 4'. В теории делается допущение, что между точками 3 и 4 давление не изменяется и это каким-то отрицательным образом на результатах цикла не отражается. Соответственно, можно принять, как допущение, что и температура между точками 3'-4'-5' является постоянной величиной. При таком допущении указанный участок расширения можно считать изотермическим. Сказанное можно подытожить следующим образом:
4. Чем выше степень сжатия, тем больше будет длина «изотермического» участка расширения действительного цикла и тем больше цикл будет соответствовать условиям идеального цикла, что видно из приведенной выше таблицы 23 (И.М.Ленин). Такие же пропорции в увеличении удельной мощности, в уменьшении удельного расхода топлива, уменьшении мощности механических потерь и теплоотдачи в стенки камеры сгорания сохраняются и при увеличении степени сжатия бензинового двигателя до 22 и выше. «Для проверки этого метода расчета был выбран второй вариант увеличения мощности. Расчетная степень сжатия 8,5 была установлена в 20 градусах от ВМТ на двигателе ВАЗ 2106. Это дало в верхней мертвой точке степень сжатия 13 единиц. Мощность двигателя возросла до 98 л.с. вместо 75 л.с. по паспорту, прирост составил более чем 30%. Расход топлива снизился на 24 % и составляет 5,5 литров на 100 км». (Сборник МГТУ. Стр. 112). Еще один положительный аспект увеличения степени сжатия: «Наибольший возможный объем тела Vmaх достигается при продолжении расширения рабочего тела до минимального давления цикла рmin. При этом возрастают и термический КПД и работа цикла. Однако с увеличением объема Vmaх соответственно уменьшается удельная работа, т.е. среднее давление цикла. При осуществлении цикла с продолженным расширением в поршневом двигателе потери от теплообмена и трения в действительных процессах быстро возрастают с увеличиением разности Vmaх - Vmin, и некоторое, относительно небольшое увеличение работы цикла не компенсируют этих потерь. Вместе стем уменьшение среднего давления цикла приводит к необходимости увеличения размеров цилиндра для получения заданной мощности двигателя» (Д.Н. Вырубов, стр. 11).  Цель продолжения расширения в обычных или комбинированных двигателях- увеличить в первом случае экономичность, во втором случае эффективность. Эта задача возникает потому, что при завершении цикла нормального двигателя в удаляемых газах сохраняется такой большой избыток теплоты, что его еще можно использовать со значительной пользой. Но как указано у Д.Н.Вырубова: 1.Если использовать принцип продолжения расширения за счет увеличения рабочего хода поршня (показатель Vb), падает среднее давление цикла, что уменьшает эффективность. При этом двигатель становится более громоздким. Так, если в двигателе ВАЗ-2110 увеличить реальное расширение с 7,68 до 13 за счет увеличения хода поршня, то ход поршня вместо 71 мм, станет 127 мм. 2. Если же продолжить расширение в комбинированном двигателе, возрастает эффективность, но уменьшается экономичность. Если же ход поршня оставить прежним и получить продолженное расширение путем уменьшения первоначального объема рабочего тела (показатель Vz), т.е. увеличением степени сжатия от 9,9 до 22, то недостатки исчезнут. По сравнению с обычным бензиновым, дизельный двигатель фактически является двигателем не просто двигателем с высокой степенью сжатия, а двигателем с продолженным в поршневой части расширением. Из таблицы 1 (Д.Н.Вырубов. стр. 19) видно, что двигатель с ε=20 при практически равных показателях сжатия-расширения имеет больший КПД, чем двигатель с ε=9,11 с продолженным в турбокомпрессоре расширением. А если вывести е приведенных в таблице двигателей, то окажется, что экономичность двигателя с ε=9,11 за счет потерь на привод турбокомпрессора значительно ниже. Другим положительным фактором увеличения степени сжатия двигателя является увеличение возможностей его форсировки. Если даже считать, что приведенные выше Д.Д. Брозе цифры соотношения времени распространения фронта пламени и скорости протекания реакции сгорания 10:1 являются завышенными (для приведенного случая более верно соотношение 7:1), теоретические возможности форсировки и увеличения удельной мощности ДВС чрезвычайно высоки. Об этом свидетельствует и диаграмма на рис.93 (А.Н.Воинов, стр.196) из которой следует, что увеличение степени сжатия и увеличение оборотов двигателя способствуют увеличению степени турбулизации смеси и уменьшению периода сгорания смеси. Это касается не только бензиновых двигателей, но и дизельных. По расчетам автора при увеличении степени сжатия дизельного ДВС с 17 до 35 наиболее эффективные с точки зрения удельного расхода топлива и среднего давления цикла показатели будут получены при 2500-5000 оборотов в минуту. Еще одним положительным фактором увеличения степени сжатия до максимально возможных и оправданных с точки зрения экономичности и эффективности величин степеней сжатия является то, что такое увеличение позволяет, снижая потери на насосный ход выпуска продуктов сгорания (из-за уменьшения объема за счет более низких температур выпуска), смещать момент предварения выпуска в сторону НМТ. В результате этого появляется возможность дополнительно увеличить величину показателя последующего расширения δ. В виду этого при степенях сжатия выше 14-15 более эффективными будут бензиновые двигатели, в которых диаметр поршня будет меньше его хода. 
|
Похожие:
 |
Межвузовский сборник научных трудов Актуальные проблемы частного права: межвузовский сборник научных трудов. Вып. 2/ отв ред. Е. П. Чорновол. – Екатеринбург: Издательство... |
|
· · Межвузовский сборник научных трудов Выпуск седьмой Язык. Речь. Речевая деятельность: Межвузовский сборник научных трудов. Выпуск седьмой. – Нижний Новгород: Нижегородский государственный... |
 |
Сборник научных трудов студентов и молодых ученых Наука и молодежь: сборник научных трудов студентов и молодых ученых. Вып / Редколлегия: Роговая В. Г., Горин Н. И. – Курган: Курганский... |
|
Литература победитель обмана Российская академия наук научный совет по истории мировой культуры Комиссия по истории культуры Древней и Средневековой Руси Евразийское... |
|
Вопросы театроведения: Сборник научных трудов Вопросы театроведения: Сборник научных трудов / Ред кол.: А. Я. Альтшуллер (отв ред.), Т. Д. Исмагулова (сост.), Н. В. Кудряшёва.... |
|
Профилактика и лечение нарушений лактации при сочетании анемии с иммуноконфликтной беременностью Работа выполнена в гу «Дагестанский Научный Центр Российской Академии Медицинских Наук» |
|
Российская академия наук институт государства и права Ибадова Лейла Тофиковна кандидат юридических наук, научный сотрудник Института государства и права Российской академии наук |
|
Российской Федерации Дальневосточный государственный университет... Л. П. Бондаренко, канд филол наук, профессор; Л. Е. Корнилова, старший преподаватель; Н. С. Морева, канд филол наук, профессор, М.... |
|
Особенности патогенетической профилактики синдрома потери плода у беременных с тромбофилией Работа выполнена в гоу дпо «Российская медицинская академия последипломного образования» Федерального агентства по здравоохранению... |
|
Облемы языка и перевода в трудах молодых ученых сборник научных трудов... Проблемы языка и перевода в трудах молодых ученых: Сборник научных трудов. Выпуск 15. – Нижний Новгород: Нижегородский государственный... |
|
Дагестанский научный центр ... |
|
Всемирная федерация сердца российская академия наук департамент здравоохранения города москвы Фгбу государственный научно-исселдовательский центр профилактической медицины минздрава россии |
|
Фгуп росдорнии сборник дороги и мосты В очередном отраслевом сборнике научных трудов «Дороги и мосты» нашли отражения последние исследования ученых и специалистов ведущих... |
|
Владимир набоков: современные прочтения сборник научных трудов Владимир Набоков: современные прочтения: Сб науч тр. / Ран. Инион. Центр гуманит науч информ исслед. Отд культурологии; Отв ред.... |
|
Владимирский Государственный Университет Научная библиотека Бюллетень... Наёмный работник в современной России: [сборник статей]/ Российская академия наук (ран), Институт социологии; отв ред. З. Т. Голенкова.... |
|
Музейно-краеведческая работа проблемы истории и культуры волго-уральского... Проблемы истории и культуры Волго-Уральского региона и Евразии. – Выпуск Проблемы региональной истории и музейно-краеведческая работа.... |