5.3. Кпд рабочих циклов реальных двигателей

Топливная экономичность (КПД) рабочего цикла реальных двигателей всегда меньше экономич­ности термодинамического (теоретического) цикла. Это объясняется многими причинами, из которых главными являются следующие:

1. Неполное и несовершенное сгорание топлива. В реальном двигателе сгорает не все топливо, подаваемое в цилиндр. Кроме того, сгорание происходит с некоторой конечной скоростью и не только в течение процессов, которые соответствуют процессам под­вода теплоты при v = const и при р = const в идеальном цикле. Сгорание топлива продолжается и во время расширения, а в не­которых случаях и во время выпуска.

2. Впускной и выпускной клапаны двигателя создают гидравлические сопротивления потоку рабочего тела при выпуске и впуске. Результатом этого являются перепады давлений во время выпуска и впуска между давлениями газа в ци­линдре и в тех объемах, куда производится выпуск и откуда про­исходит впуск. Все это приводит к дополнительной затрате работы на преодоление этих сопротивлений и снижению полезной работы.

3. Неадиабатность процессов сжатия и расширения, так как в течение всего рабочего процесса происходит тепловое взаимодей­ствие между рабочим телом и стенками цилиндра и поршня, а через них и с окружающей средой.

Все эти, а также и некоторые другие причины приводят, прежде всего, к тому, что полезная работа L_i получаемая в действительном двигателе (см. рис. 5.1), всегда меньше работы в идеальном термо­динамическом или, что численно то же самое, в теоретическом ра­бочем цикле. Отношение:

(5.8)

дает так называемый индикаторный (внутренний) КПД двига­теля.

Этим КПД оценивается степень отклонения экономично­сти реального двигателя от экономичности идеального цикла. Полная результирующая экономичность процесса перехода теплоты, выделяемой при сгорании топлива, в полезную, эффектив­ную работу двигателя как элемента теплосиловой установки, т. е. в работу, которую можно передать внешнему потребителю (работа на валу двигателя), определится отношением этой работы L_е к теплоте сжигаемого топлива Q_m:

(5.9)

Это отношение называют эффективным КПД двигателя.

Эффективная работа двигателя отличается от индикаторной на величину так называемых механических потерь. Отношение:

(5.10)

оценивает величину механических потерь и называется механи­ческим КПД двигателя. Очевидно, что:

η_е = η_t·η_i·η_М. (5.11)

То есть, эффективный КПД двигателя равен произведению термического, индикаторного и механического КПД.

Пример. Определить термический КПД η_t цикла с подводом теплоты при v = const, если параметры рабочего тела в точке 1 (рис. 5.10) следующие: р₁ = 0,981 МПа; Т₁ = 400°К; степень сжатия ε = 6; степень повышения давления λ = 3,5; Показатель адиабаты k = 1,41; с_р = 1 кдж/(кг·град); c_v = 0,711 кдж/(кг·град). Определить также максимальные давления и температуру рабочего тела: р₃, Т₃.

Рис. 5.10. Термодинамический цикл ДВС с подводом теплоты при v = const.

Начальный удельный объем:

м³/кг.

Параметры рабочего тела в конце сжатия:

м³/кг;

= 0,981·10⁵·6^1,41 = 12,15 МПа;

Максимальные значения давления и температуры (точка 3):

р₃ = р₂·λ = 12,15·3,5 = 42,5 МПа;

Давление и температура в точке 5:

;

МПа;

.

Теплота, подводимая к рабочему телу (процесс 2—3):

q₁ = c_v (T₃ — Т₂) = 0,711 (2920 — 835) = 1490 кдж/кг.

Теплота, отводимая от рабочего тела (процесс 5—1):

q₂ = c_v (T₅ — Т₁) = 0,711 (1400 — 400) = 711 кдж/кг.

Работа за цикл:

l = q₁ — q₂ = 1490 — 711 = 779 кдж/кг.

Термический КПД:

.

45