Исследование цикла Отто.

Из формулы для полезной работы цикла Отто видно, что она равна нулю в двух точках: и . Согласно теореме Ролля эта функция в интервале имеет экстремум – максимальное значение функции при . Для определения оптимальной степени сжатия необходимо найти производную и приравнять её нулю. В этом случае находим .

Максимальная работа цикла в этом случае равна

При и стандартной температуре на входе в двигатель оптимальная степень сжатия равна , что значительно превышает эксплуатационные значения .

На рис.2.5 показаны зависимости отношения полезной работы цикла к внутренней энергии рабочего тела в начальной точке цикла «1» от степени сжатия при двух значениях температур в точке

«3» (или, что то же самое, при двух значениях степени подогрева , при стандартной температуре ). Видно, что оптимальная степень сжатия для идеального поршневого ДВС, работающего по циклу Отто, находится в диапазоне , а эксплуатационный интервал - .

Зависимость термического КПД цикла Отто показана на рис.2.6. Видно, что максимальный КПД идеального ДВС, работающего по циклу Отто, находится в диапазоне .

Цикл Дизеля.

В 1897 году немецкий инженер Рудольф Дизель (1858 – 1913) создал поршневой двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Двигатель работает на дизельном топливе (керосино-газойлевые фракции прямой перегонки нефти (для быстроходных дизелей) или остаточные нефтепродукты (для тихоходных дизелей)).

Для характеристики дизельного топлива применяется цетановое число – условная количественная характеристика воспламенительных свойств дизельного топлива. Численно это число равно процентному (по объёму)

Рис.2.5. Изменение отношения полезной работы цикла Отто к внутренней

энергии в начальной точке цикла «1» от степени сжатия при двух

значениях температуры в точке «3»

содержанию цетана (гексадекана - бесцветная жидкость, температура воспламенения 285^оС, цетановое число которого принято за 100 %) в смеси с метилнафталином (цетановое число которого равно нулю), эквивалентной по воспламенительным свойствам испытуемому топливу при стандартных условиях испытания.

Цикл Дизеля состоит из двух адиабатных процессов, изобарного процесса подвода тепла и изохорного процесса отвода тепла (рис.2.7, 2.8).

Исходными данными для расчёта цикла Дизеля являются:

параметры состояния в исходной точке «1» (начало цикла)

степень повышения давления ; степень подогрева рабочего тела в цикле ; показатель адиабаты и газовая постоянная .

Рис.2.6. Изменение термического КПД цикла Отто от степени сжатия

Рис.2.7. Изображение цикла Дизеля в координатах

75

Рис.2.8. Изображение цикла Дизеля в координатах

1.Порядок расчета параметров состояния в контрольных точках цикла Дизеля следующий:

(адиабатный процесс сжатия)

Точка «2»:

(изобарный процесс подвода теплоты )

Точка «3»:

(адиабатный процесс расширения)

Точка «4»:

2.Расчет энергий, участвующих в процессах цикла Дизеля, следующий:

Работа сжатия в цикле Дизеля

(деформационная работа сжатия, эквивалентная

площади фигуры на рис.2.7)

Работа расширения в цикле Дизеля

где

(деформационная работа

расширения, эквивалентная площади на рис.2.7)

;(деформационная работа

расширения, эквивалентная площади фигуры на рис.2.7).

Количество теплоты, подведенное к рабочему телу в цикле Дизеля

; (подведенное количество теплоты к

рабочему телу эквивалентно площади фигуры на рис.2.8);

Количество теплоты, отведенное от рабочего тела в цикле Дизеля

;(отведенное количество теплоты от

рабочего тела в цикле Дизеля эквивалентно площади фигуры

на рис.2.8).

Полезная работа цикла Дизеля, эквивалентная площади фигуры на рис.2.7

Термический КПД цикла Дизеля

2.3.1. Особенности цикла Дизеля:

а) рабочее тело – воздух, нет ограничений по детонации топлива, степень сжатия находится в пределах (без наддува) или (с наддувом);

б) дизельные топлива производят из гидроочищенных фракций прямой перегонки не­фти.

В России производят дизельное топливо, предназначенное для использования при различных температурах окружающего воздуха: Л — 0^оС и выше, 3 — минус 20 °С и выше, А — минус 50 °С и выше.

Важными эксплуатационными качествами дизельного топлива являются испаряемость, воспламеняемость, низкотемпературные свойства.

Испаряемость дизельного топлива зависит от фракционного состава, плотности и вязкости.

Воспламеняемость дизельных топлив оценивают цетановым числом (ЦЧ). Его определяют по объемному содержанию цетана (ЦЧ= 100) в смеси с -метилнафталином (ЦЧ = 0), которая при испытании на одноцилиндровой установке имеет одинаковую воспламеняемость с исследуемым топливом. Для быстроходных дизелей ЦЧ = 45. Пусковые свойства дизеля улучшаются при повышении ЦЧ.

Приближенная связь между ОЧ и ЦЧ выражается зависимостью: ЦЧ = 60 - ОЧ/2. Таким образом, топливо, обладающее высоким ЦЧ (хорошей воспламеняемостью), имеет малое ОЧ (низкую детонационную стойкость).

При снижении температуры до определенных значений дизельное топливо мутнеет, из него начинают выпадать кристаллы углеводородов. При дальнейшем понижении температуры дизельное топливо теряет способность проходить через фильтр с необходимой скоростью. Далее оно застывает. Для

улучшения низкотемпературных свойств дизельное топливо очищают от парафиновых углеводородов и обогащают специальными присадками.

в) давление в конце сжатия (точка «2») достигает значений

40…50х10⁵ Па;

г) высокая температура в точке «2» приводит к самовоспламенению топлива, впрыскиваемого в цилиндр двигателя. Для улучшения этого процесса используют добавку в топливо цетана;

д) температура в конце процесса подвода теплоты (точка «3») оказывается значительно меньше по сравнению с циклом Отто ввиду сравнительно низкой калорийности дизельного топлива;

е) давление в точке «4» оказывается значительно больше, чем в точке «1», то есть имеет место значительная потенциальная энергия выхлопных газов.