Цикл «Алияр».
Основанный на термодинамических процессах идеального газа разомкнутый цикл с подводом теплоты рабочему телу сначала по изобаре (при постоянном давлении Р=const), затем по изотерме (при постоянной температуре Т=const) с отводом теплоты на сжатии с адиабатным процессом расширения и обновлением рабочего тела по изохоре.
Диаграмма термодинамического цикла «Алияр».
Т-V
Р
в
с
д
Т=const
е Р=const
а
V
Рис. 16
Термодинамический цикл «Алияра» совершается следующим образом: на участке ав диаграммы происходит политропное сжатие рабочего тела с отводом теплоты. Давление рабочего тела поднимается до величины Р1. В точке в к рабочему телу подводится часть теплоты. На изобарном участке вс давление рабочего тела остается равным величине Р1. На изотермном участке сд диаграммы при постоянной температуре Т2 подводятся следующие части теплоты. На участке де происходит адиабатное расширение рабочего тела с отводом теплоты. На изохорном участке еа диаграммы происходит обновление рабочего тела.
Диаграмма расчетного цикла «Алияр».
Т-V
Р Рb
202кг/см2
Т=const
Рс=Рz
Р=const
Ра
ВМТ Vc Vh 140* НМТ
Рис. 17
Теоретический цикл Алияра характеризуется равенством показателей Тс=Тz и Рс=Рz в виду чего показатели ρ, λ и γ равны 1 и они на термический КПД цикла влияния не оказывают.
В двигателях, которые будут работать по циклу «Алияр», такое явление, как жесткость работы не будет иметь места ни при каких степенях сжатия (до 60). В таких двигателях при достаточно высоких значениях (выше 200 кг/см2) давления конца сжатия, с началом расширения на изотермном участке давление цикла будет уменьшаться, так как впрыскивание топлива будет производиться дозированными частями. Внедренные в последнее десятилетие пьезофорсунки позволяют дробить подачу топлива на довольно большое количество порций.
Как видно из таблицы протекания давления конца сжатия в функции от угла поворота кривошипа в двигателе ВАЗ-2110 с ε=40, давление конца сжатия составляет 145 кг/см2. В 150 ПКВ после ВМТ, если расширение произойдет без подвода теплоты давление составит 64 кг/см2. Если от ВМТ до указанной точки подвести 15-20% от располагаемой теплоты, то давление останется на прежнем уровне, т.е. 145 кг/см2. От указанной точки на участке диаграммы равном, примерно, 400 ПКВ должно произойти расширение с изотермным подводом оставшейся доли теплоты в количестве 80-85%.
Динамика
протекания давления конца сжатия в функции от угла поворота кривошипа в двигателе ВАЗ-2110 с ε=40 (Vh=71мм, k=1,35)
φ (-) |
Vс(мм) |
Pс(кг/см2) |
φ (-) |
Vс(мм) |
Pс(кг/см2) |
φ (-) |
Vс (мм) |
Pс(кг/см2) |
30 |
7,9 |
22,35 |
20 |
4,59 |
43,9 |
10 |
2,522 |
94,9 |
29 |
7,52 |
23,73 |
19 |
4,39 |
46,46 |
9 |
2,399 |
101,31 |
28 |
7,14 |
25,29 |
18 |
4,045 |
51,56 |
8 |
2,287 |
107,84 |
27 |
6,78 |
26,95 |
17 |
3,825 |
55,39 |
7 |
2,176 |
115,1 |
26 |
6,43 |
28,77 |
16 |
3,6 |
59,87 |
6 |
2,072 |
122,73 |
25 |
6,09 |
30,78 |
15 |
3,398 |
64,48 |
5 |
1,995 |
128,98 |
24 |
5,77 |
32,92 |
14 |
3,183 |
70,16 |
4 |
1,932 |
134,53 |
23 |
5,45 |
35,35 |
13 |
2,999 |
75,78 |
3 |
1,883 |
139,15 |
22 |
5,175 |
37,73 |
12 |
2,826 |
81,85 |
2 |
1,848 |
142,61 |
21 |
4,87 |
40,73 |
11 |
2,667 |
88,24 |
1 |
1,827 |
144,79 |
|
|
|
|
|
|
0 |
1,82 |
145,47 |
Таблица 2 (составлена автором)
Изложенная выше задача решается путем увеличения степени сжатия ДВС с внутренним смесеобразованием до 60 и его работы без ограничения наполнения по циклу Алияра.
В частности, если степень сжатия ДВС равен ε=55, то давление конца сжатия при адиабате k=1,38 будет равно Рс=252 кг/см2, температура Тс=13750 К. К моменту завершения сжатия для обеспечения постоянного давления на участке от 0 до 150 ПКВ после ВМТ в цилиндр впрыскивается первая порция топлива в количестве примерно до 10% от располагаемого количества топлива. Тепловыделение начнется в ВМТ. Температура воздуха увеличится от величины Тс до величины Тz≈15000К. В результате этого при перемещении поршня от 0 до 150 ПКВ после ВМТ давление уменьшится незначительно. В теоретическом цикле для данного отрезка диаграммы давление является постоянной величиной и подчиняется правилу Рс=Рz=const. При завершении указанного участка примерно в 15-200 ПКВ после ВМТ, когда давление и температура начнут уменьшаться, в цилиндр впрыскивается следующая порция топлива. В дальнейшем оставшаяся часть топлива также впрыскивается порциями для обеспечения относительного постоянства температуры по правилу Т=const. По завершении впрыскивания топлива и догорания его остатков расширение станет адиабатным.
Расчет термического КПД теоретического цикла Алияра должен производиться по формуле t=1- 1/ε n1 -1.