2.3.3. Циклы двс с наддувом и охлаждением воздуха после компрессора

На рис. 2.19 показана схема комбинированного ДВС с импульсной турбиной и охлаждением сжатого воздуха после компрессора.

Рис. 2.19. Схема систем впуска и выпуска комбинированного ДВС

с охлаждением воздуха после компрессора:

1 – цилиндр; 2 – впускной коллектор; 3 – охладитель воздуха; 4 – компрессор; 5 – турбина; 6 – выпускной коллектор; 7 - радиатор ДВС; 8 – вентилятор; 9 – водяной насос

Термодинамический цикл дизеля с импульсной турбиной и охлаждением надувочного воздуха включает в себя процессы в поршневой части, а именно сжатие на участке , подвод теплоты при v = const. и p = const. соответственно на участках и , расширение в поршневой части (участок ) и отвод теплоты q₂ на участке (рис. 2.20).

Теплота q₂ подводится к одной или нескольким газовым турбинам, совершающих цикл , и где происходит расширение газов на участке с отводом теплоты после совершения работы, которая идет на привод одного или нескольких компрессоров.

Рис. 2.20. Цикл дизеля с импульсной турбиной и

охлаждением воздуха после компрессора

В компрессоре осуществляется цикл и воздух сжимается по линии и нагнетается при р = const. в поршневую часть ДВС через холодильник, в котором уменьшается температура сжатого воздуха и, соответственно, уменьшается объем заряда от до .

На участке происходит сжатие заряда в цилиндре с уменьшением объема сжатия до . Сжатие заряда в поршневой части ДВС происходит до величины , т.е. поршневой части ДВС сохраняется степень сжатия ε.

С точки зрения термодинамики произошло уменьшение объема от до , а физически при V_h = const. происходит увеличение массы воздуха в цилиндровой части ДВС и появляется возможность при коэффициенте избытка воздуха α = const. сжигания большего количества топлива, т.е. увеличить работу в поршневой части ДВС. Таким образом, при использовании промежуточного охлаждения надувочного воздуха можно повысить работу цикла и увеличить КПД.

Температура воздуха после охладителя в реальных ДВС всегда выше температуры воздуха в начале сжатия в компрессоре, которая близка к температура атмосферного воздуха. Степень охлаждения определяют по формуле:

. (2.43)

В реальных комбинированных ДВС с промежуточным охлаждением воздуха после компрессора = 0,5 – 0,8. Обратимый процесс с = 1 можно представить, предположив теоретически бесконечно малым температурный напор.

Выведем термический КПД цикла с промежуточным охлаждением и смешанным подводом теплоты.

В циклах комбинированных ДВС отдача теплоты рабочим телом холодному источнику происходит в изобарном процессе и, следовательно, степень снижения давления . Тогда , где - степень уменьшения объема воздуха.

Теплоту, отданную рабочим телом в изобарном процессе , происходящем в охладителе (холодном источнике), получим из выражения:

где ω - степень уменьшения объема в охладителе выражена уравнением:

. (2.44)

Суммарная теплота, отведенная от рабочего тела к охладителю, будет определяться по уравнению:

(2.45)

Уравнение адиабаты сжатия в компрессоре . Тогда, обозначив степень сжатия в компрессоре , формулу (2.45) получим в виде:

. (2.46)

Теплота, подведенная к рабочему телу, будет . Для идеального газа при теплоемкости с = const. имеет место выражение: .

Преобразовав это выражение с учетом уравнения изохоры и изобары , получим уравнение:

. (2.47)

Учитывая, что или , которое с учетом, что , примет вид , где - общая степень сжатия в цилиндре ДВС и компрессоре.

Используя выражения (2.46) и (2.47), получим формулу для определения термического КПД цикла комбинированного ДВС с импульсной турбиной и охлаждением сжатого воздуха:

. (2.48)