]Влияние степени сжатия на индикаторный кпд
Г. Р. Рикардо рассчитал и проверил на экспериментальном двигателе зависимость индикаторного КПД от степени сжатия для чистого воздуха. Результаты его опытов изображены на рис. 48. При этом делается допущение, что рабочее тело - чистый воздух и что при сгорании углеводородного топлива в среде чистого воздуха образуются только СО3 и Н2О. Другое допущение предполагает, что в течение всего цикла отсутствует теплообмен со стенками цилиндра. При этих допущениях КПД такого теоретического цикла:
"Л = 1 -
где е - степень сжатия; k - показатель адиабаты (отношение теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме), равный 1,4 для воздуха.
Этот КПД можно использовать для сравнения, но он значительно отличается от реально достижимых, поскольку:
рабочее тело представляет собой смесь азота и продуктов сгорания, а не чистый воздух;
средняя теплоемкость продуктов сгорания увеличивается с ростом температуры таким образом, что теплота, подведенная при более высокой температуре, не повышает давление в цилиндре в той степени, в какой оно повышалось бы при подводе того же количества теплоты, но при меньшей температуре;
при высокой температуре происходит диссоциация воды на водород и кислород, а углекислого газа - на окись углерода и кислород, на что затрачивается значительное количество теплоты, возвращаемой в цикл с потерями;
часть теплоты отводится через стенки цилиндра;
объем продуктов сгорания при постоянной температуре и давлении не равен объему смеси топлива с воздухом.
В двигателе идеальные условия не могут быть выдержаны и поэтому его КПД значительно ниже. На рис. 49 кривой а обозначен КПД теоретического цикла с подводом теплоты при постоянном объеме согласно рис: 48. Кривая показывает расчетный КПД этого же цикла для бензовоз душной смеси с 50 %-ным недостатком топлива, кривая в - с 20 %-ным недостатком топлива. Кривая г рассчитана для стехиометрической смеси бензин-воздух. Во всех расчетах циклы считались термодинамическими идеальными, т. е. принималось, что теплота подводится мгновенно в ВМТ, а теплообмен со стенками цилиндра отсутствует.
Нижняя кривая показывает результаты измерения индикаторного КПД на опытном двигателе при степени сжатия 4-7. Опыты проводились иа смеси с недостатком 15 % топлива, поэтому их можно сравнить с расчетной кривой в при 20 %-ном недостатке топлива. Хорошо видиа разница между кривыми в и д, характеризующая потери теплоты за счет излучения, теплопередачи через стеики цилиндра и неполноты процесса сгорания [7].
Кривая показывает зависимость индикаторного КПД от степени сжатия у реальных двигателей. Для всех кривых расчетом или измерением был определен показатель k. Средняя теплоемкость газов увеличивается с ростом их температуры. Объем цилиндра после полного сгорания топлива заполнен смесью азота, углекислого газа и водяных паров. У азота, составляющего основную часть этой смеси, средняя теплоемкость увеличивается медленней, чем у других газов (табл. 5). Быстрее всего оиа растет у водяного пара. Топливо, содержащее большой процент углерода, который сгорит до СО2, выгоднее, чем топливо с большим процентом содержания водорода. Большее значение средней теплоемкости газа, входящего в состав рабочего тела, способствует тому, что теплота, подводимая к нему, повысит его температуру в меньшей.степени, поскольку значительная часть этой теплоты уйдет на нагрев газа. Меньшая же максимальная температура рабочего тела снижает его давление и индикаторный КПД.
При температуре выше 2000 °С начинается диссоциация водяного пара на Н2 и О2 а углекислого газа - на СО и О2. На этот процесс расходуется значительное количество теплоты, вследствие чего рост максимальной температуры рабочего тела тормозится. При охлаждении водород и кислород опять соединяются и образуют воду, а СО ,, вновь превращается в COf. Эти процессы протекают с выделением теплоты, однако полностью она не используется, так как возвращается в цикл в течение достаточно продолжительного процесса расширения.
Зависимость КПД rj теоретического цикла от соотношения долей топлива, сгоревшего при постоянном объеме V и давлении р, показана на рис. 50.
100 % топлива при постоянном объеме, то достигается максимальное значение КПД. Если 100 % топлива сгорает при постоянном давлении, то этот КПД минимален, так как топливо, которое догорает в процессе продолжительного расширения, для совершения работы имеет в своем распоряжении только малую часть пути, проходимого поршнем. Падение КПД особенно заметно, если при постоянном объеме сгорает менее 60 % топлива [9]. Влияние степени сжатия на КПД и мощность двигателя весьма значительно. Вплоть до степени сжатия е = 10 КПД увеличивается особенно быстро. Расчетные значения КПД хотя и служат только для сравнения, но наглядно показывают замедление роста КПД при высоких степенях сжатия.
Оглавление Дальше:
Камеры сгорания бензиновых двигателей
Вверх:
Пути повышения индикаторного кпд двигателя внутреннего сгорания