Теоретические циклы тепловых двигателей внутреннего сгорания. Основные параметры, применяемые для характеристики теоретических, идеальных и расчетных циклов.

<12 3 4 5 6 7 >

Термодинамический (идеальный) цикл – это замкнутый цикл, в котором сжатие и расширение адиабаты, теплоёмкость рабочего тела постоянна и не зависит от его температуры, химический состав и объём рабочего тела не меняются, условные процессы подвода и отвода теплоты заменяют процессами сгорания и газообмена, протекающим в реальном рабочем цикле.Теоретический цикл – это незамкнутый, необратимый цикл, осуществляемый реальным рабочим телом переменного состава. В отличие от идеального цикла здесь учитываются изменения теплоёмкости рабочего тела, его химического состава в зависимости от фазы цикла и другие факторы.Расчётный цикл двигателя строится на основе одного из термодинамических с учётом реальных особенностей и условий протекания соответствующего действительного.На основе расчётного цикла могут быть получены значения среднего давления и КПД с наибольшим приближением к их реальным значениям в действительном цикле. Среднее индикаторное давление и индикаторная мощность. Под средним индикаторным давлением

понимают такое условное постоянное давление, которое действуя на поршень в течение одного рабочего хода, совершает работу, равную индикаторной работе газов в цилиндре за рабочий цикл.Согласно определению, среднее индикаторное давление – отношение индикаторной работы газов за цикл

к единице рабочего объема цилиндра

, т.е.

При наличии индикаторной диаграммы, снятой с двигателя, среднее индикаторное давление можно определить по высоте прямоугольника, построенного на основании

, площадь которого равна полезной площади индикаторной диаграммы, представляющей собой в некотором масштабе индикаторную работу

.Средние индикаторные давления при номинальной нагрузке у четырехтактных карбюраторных двигателей 0,8 – 1,2 МПа, у четырехтактных дизелей 0,7 – 1,1 МПа, у двухтактных дизелей 0,6 – 0,9 МПа.Индикаторной мощностью

называют работу, совершаемую газами в цилиндрах двигателя в единицу времени.Индикаторная работа (Дж), совершаемая газами в одном цилиндре за один рабочий цикл:

.Так как число рабочих циклов, совершаемых двигателем в секунду, равно 2n/T, то индикаторная мощность (кВт) одного цилиндра:

,где n – частота вращения коленчатого вала, 1/с, T – тактность двигателя, – число тактов за цикл (T=4 – для четырехтактных двигателей и T=2 – для двухтактных).Индикаторная мощность многоцилиндрового двигателя при числе цилиндров i:

Эффективная мощность и средние эффективные давления. Эффективной мощностью

называют мощность, снимаемую с коленчатого вала двигателя для получения полезной работы.Эффективная мощность меньше индикаторной

на величину мощности механических потерь

, т.е.

.Мощность механических потерь затрачивается на трение и приведение в действие кривошипно–шатунного механизма и механизма газораспределения, вентилятора, жидкостного, масляного и топливного насосов, генератора тока и других вспомогательных механизмов и приборов. Механические потери в двигателе оцениваются механическим КПД nm, которое представляет собой отношение эффективной мощности к индикаторной, т.е.

.Для современных двигателей механический КПД составляет 0.72 – 0.9.Зная величину механического КПД можно определить эффективную мощность

.Аналогично индикаторной мощности определяют мощность механических потерь:

,где:

– среднее давление механических потерь, т.е. часть среднего индикаторного давления, которая расходуется на преодоление трения и на привод вспомогательных механизмов и приборов.Согласно экспериментальным данным для дизелей

=1,13+0,1·ст; для карбюраторных двигателей

=0,35+0,12·ст; где ст – средняя скорость поршня, м/с.Разность между средним индикаторным давлением

и средним давлением механических потерь

называют средним эффективным давлением

, т.е.:

Эффективная мощность двигателя

откуда среднее эффективное давление

Среднее эффективное давление при нормальной нагрузке у четырехтактных карбюраторных двигателе 0,75 – 0,95 МПа, у четырехтактных дизелей 0,6 – 0,8МПа, у двухтактных 0,5 – 0,75 МПа. Индикаторный КПД и удельный индикаторный расход топлива. Экономичность действительного рабочего цикла двигателя определяют индикаторным КПД

и удельным индикаторным расходом топлива

.Индикаторный КПД оценивает степень использования теплоты в действительном цикле с учетом всех тепловых потерь и представляет собой отношение теплоты

, эквивалентной полезной индикаторной работе, ко всей затраченной теплоте Q, т.е.:

(1.1).Теплота (кВт), эквивалентная индикаторной работе за 1 с,

.Теплота (кВт), затраченная на работу двигателя в течение 1 с,

,H, где

– расход топлива, кг/с;

– низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг. Подставляя значение

и Q в равенство (1.1), получим:

(1.2)Удельный индикаторный расход топлива [кг/кВт·ч] представляет собой отношение секундного расхода топлива

к индикаторной мощности

, т.е.:

Эффективный КПД и удельный эффективный расход топлива. Экономичность работы двигателя в целом определяют эффективным КПД

и удельным эффективным расходом топлива

. Эффективный КПД оценивает степень использования теплоты топлива с учетом всех видов потерь как тепловых так и механических и представляет собой отношение теплоты

, эквивалентной полезной эффективной работе, ко всей затраченной теплоте

, т.е.

(1.3)Так как механический КПД равен отношению

, то, подставляя в уравнение, определяющее механический КПД nm, значения

из уравнений (1.2) и (1.3), получим

, откуда эффективный КПД двигателя равен произведению индикаторного КПД на механический.Удельный эффективный расход топлива [кг/(кВт·ч)] представляет собой отношение секундного расхода топлива