- •5.2.1 Параметры состояния рабочего тела и законы идеальных газов
- •1 Краткая история создания поршневых двигателей внутреннего сгорания
- •2 Классификация двс
- •3 Требования к двигателям
- •4 Параметры и оценочные показатели двигателей
- •1) За счёт увеличения n посредством выбора соответствующих фаз газораспределения и настроек топливной аппаратуры;
- •2) За счёт увеличения mn посредством повышения цикловых подач топлива gт и воздуха gв;
- •3) Комбинация первых двух способов.
- •Теория двс
- •Основные понятия термодинамики
- •1) Совершение работы;
- •2) Теплообмен.
- •5.2 Параметры состояния рабочего тела и законы идеальных газов
- •5.2.1 Параметры состояния рабочего тела и законы идеальных газов
- •5.2.3 Первый закон термодинамики
- •5.2.4. Термодинамические процессы в идеальных газах
- •3. Связь между параметрами изотермического процесса определяется законом Бойля — Мариотта
- •6. Рабочие циклы двс
- •7 Теоретические термодинамические циклы
- •7.1. Цикл с подводом теплоты при постоянном объёме
- •7.2. Цикл с подводом теплоты при постоянном давлении
- •7.4. Циклы двигателей с турбонаддувом
- •Тема № 8. Топливо для двигателей самоходных машин
- •8.1 Структура топлива нефтяного происхождения
- •8.2 Требования к моторному топливу и его показатели оценки
- •1) Моторным (такой бензин обозначается буквой а с числом, которое показывает октановое число, то есть процентное содержание изооктана в смеси с гептаном эквивалентной данному бензину, например, а-76);
- •2) Исследовательским (обозначается двумя буквами аи, например, аи-93).
- •Тема № 9 Основы теории горения
- •9.1 Основные параметры горения топлива
- •0,78 И 0,21 - относительное объёмное содержание азота и кислорода в воздухе.
- •9.2 Виды горения
- •1) Диффузионно-цепной;
- •2) Тепловой.
- •1) Диффузионное горение несмешанных газов, где скорость горения в основном определяется скоростью перемешивания молекул топлива и окислителя;
- •2) Горение капель жидкого топлива, где началу горения предшествует испарение топлива и диффузионное перемешивание;
- •3) Горение твёрдого топлива, где процессу горения предшествует газификация (возгонка) топлива и его последующее перемешивание с окислителем.
- •9.3 Основы химической кинетики
- •9.4 Цепные химические реакции
- •9.5 Горение в дизелях
- •9.5.4 Горение в двигателях с принудительным воспламенением
- •Тема № 10. Токсичность двс
- •Тема № 11. Регулирование и характеристики двигателей самоходных машин
- •Путём изменения количества работающих цилиндров I;
- •Изменяя угловую скорость коленчатого вала д;
- •За счёт изменения среднего эффективного давления pe.
- •1) Количественное;
- •2) Качественное.
- •Нагрузочные, когда аргументом является среднее эффективное давление pe или мощность Nд;
- •Регулировочные, когда в качестве аргумента используется какой-либо регулируемый параметр, например, угол опережения зажигания н.
- •1) С всережимным регулятором двигателя врд (рис. 11.3,а);
- •2) С двухрежимным регулятором 2рд (рис. 11.3,б);
- •3) С многорежимным регулятором (рис. 11.3,в), в частности двигатель постоянной мощности (дпм).
- •Тема № 13. Термодинамический расчёт двс
- •Тема № 14. Кинематика и динамика кшм
- •Тема № 15. Кинематика и динамика грм
- •Тема № 16. Уравновешивание двигателей
- •Тема №17. Перспективы развития двигателей самоходных машин
7.4. Циклы двигателей с турбонаддувом
Одним из эффективных путей улучшения мощностных и экономических показателей ДВС является повышение наполнения цилиндра свежим зарядом. С этой целью, как отмечалось выше, применяется наддув. Различают четыре способа наддува:
1) инерционный, то есть за счёт инерции воздуха, входящего в цилиндр при некотором запаздывании закрытия впускного клапана после НМТ;
2) с помощью компрессора, имеющего привод от коленчатого вала двигателя;
3) с помощью турбокомпрессора;
4) комбинированный, то есть с использованием двух и более из указанных способов.
Диаграммы циклов при первом и втором способах наддува не отличаются от рассмотренных ранее. Эти диаграммы только будут подняты на величину давления наддува pк. В случае использования турбонаддува имеет место комбинированный двигатель, то есть поршневой и газотурбинный с газовой связью, где последний приводит в действие компрессор.
Наиболее часто в комбинированных двигателях самоходных машин применяется объёмный турбонаддув. В турбокомпрессорах таких моторов используется в основном пьезометрический напор газов, выходящих из цилиндра pr / 2r , где pr и r - давление и плотность отработавших газов.
На рис. 8.4 изображены диаграммы смешанного цикла ДВС с объёмным турбонаддувом, где цикл a-f-g-l-a совершается в турбокомпрессоре.
Теплота Qт, отводимая от поршневой части двигателя, подводится при постоянном давлении к турбине (процесс a-f ). Там происходит адиабатное расширение рабочего тела (процесс f-g) до давления среды p0 . Затем происходит изобарный отвод теплоты (процесс g-l ). В компрессоре осуществляется процесс l-a адиабатного предварительного сжатия рабочего тела до давления pa = pк. Далее в поршневой части следует цикл Сабате.
Термический КПД данного комбинированного цикла определяется также, как и ранее T Ко = (Q1’ + Q1 – Q2) / (Q1’ + Q1), где отводимая в среду теплота Q2 = cmv m k (Tg – Tl). Температуры в узловых точках цикла турбокомпрессора определяют по следующим выражениям: Tf = Ta т , где т = Vf / Va - степень предварительного расширения рабочего тела в турбине; Tg = Tf к(1- k)/k = Ta т к(1- k)/k , где к = pк / p0 - степень повышения давления наддува; Tl = Ta / к( k-1)/k = Ta к(1- k)/k. В результате имеем
. (8.17)
Анализ данной зависимости показывает, что при уменьшении степени предварительного расширения турбины т и увеличении степени повышения давления наддува к тепловой КПД комбинированного цикла с объёмным турбонаддувом растёт. Для минимизации т необходимо уменьшать объём полости турбины (улитки) и укорачивать трубопровод, соединяющий цилиндр с этой полостью.
Среднее давление данного цикла определится суммой - для pT Д (8.12) и среднего давления цикла газотурбинного двигателя (объёмного турбокомпрессора) pT Ко = pT Д + pT о, где последнее слагаемое вычисляется как
. (8.18)
Работу в каждом элементарном процессе можно вычислить по выражениям
Laf = pa (Vf – Va) = pa Va (т – 1); (8.19)
Lfg = ; (8.20)
Lgl = pa к-1(Vl – Vg) = pa Va к(1-k)/k(1 – т); (8.21)
. (8.22)
Подставляя зависимости (8.19) ... (8.22) в (8.18) и учитывая, что максимальный объём рассматриваемого ДВС Vg = Va т (1 + к1/k), имеем
.(8.23)
Итоговая зависимость для среднего давления цикла Сабате с объёмным турбонаддувом имеет вид
. (8.24)
Нетрудно заметить, что также, как и тепловой КПД T Ко, среднее давление смешанного цикла с объёмным турбонаддувом pT Ко увеличивается при возрастании к и уменьшении т. В пределе, то есть при т = 1, получаем цикл с импульсным наддувом, в котором, кроме пьезометрического напора, используется скоростной напор газов, выходящих из цилиндра vr2 / 2g, где vr - скорость отработавших в цилиндре газов; g - ускорение свободного падения.
Диаграммы комбинированного цикла с импульсным турбонаддувом представлены на рис. 8.5, где площадь abgla соответствует работе в турбокомпрессоре. Причём на участке b-g продолжается адиабатное расширение. В процессе g-l осуществляется отвод теплоты Q2. А на линии l-a производится предварительное адиабатное сжатие рабочего тела, которое затем продолжается в цилиндре на линии a-c.
Термический КПД для данного цикла оценивается по выражению
. (8.25)
Среднее давление цикла Сабате с импульсным турбонаддувом определяется по аналогии с предыдущим случаем pT Ки = pT Д + pT и, где pT и - среднее давление в импульсном турбокомпрессоре, которое пропорционально площади a-b-g-l-a на Vp-диаграмме
. (8.26)
Сопоставляя зависимость (8.23) с (8.26), нетрудно заметить, что импульсный наддув даёт существенные преимущества. Например, при т = 2, k = 1,4 и к = 2 имеем для объёмного турбокомпрессора увеличение среднего давления цикла на величину pT о = 0,99 pa. А для импульсного турбокомпрессора при тех же параметрах, кроме т = 1, имеем pT и = 3,05 pa.