2.3. Теоретичний цикл двигунів з підведенням тепла при постійному об'ємі і постійному тиску (змішаний цикл)

Тракторні і автомобільні двигуни працюють по змішаному циклу на дизельному паливі. Для самозаймання уприскуваного палива ступінь стиску має бути не нижче 14.

Індикаторна діаграма теоретичного циклу представлена на рис. 2.3.

У теоретичному циклі крива ас діаграми зображає адіабатичне стиску робочого тіла, ув'язненого в циліндрі, сz і zz' – повідомлення теплоти, z'b – адіабатичне розширення і ba – віддачу частини повідомленої теплоти холодному джерелу відповідно до другого закону термодинаміки.

Рисунок 2.3 - Індикаторна діаграма змішаного теоретичного циклу

Значення температури і тиску в кінці процесу стиску аналогічні попереднім формулам:

; .

Максимальний тиск змішаного циклу:

.

Температура у ВМТ рівна:

.

Температура в кінці процесу підведення теплоти рівна:

.

Тиск в кінці адіабатного розширення рівний:

.

Температура в кінці адіабатного розширення визначається формулою:

Термічний ККД теоретичного циклу можна визначити по різниці кількості теплоти: Q1' + Q1'', введених відповідно при V = const (по ізохорі сz) і при р = const (по ізобарі zz') і Q2, відданого холодному джерелу при V = const (по ізохорі ba):

.

Теплота, що повідомляється відповідно по ізохорі і ізобарі, і теплота, що відводиться, рівні

Підставляючи Q₁', Q₁'' і Q₂ в рівняння, що визначає термічний ККД змішаного циклу, замінюючи всі температури через температуру початку стиску Tа, аналогічно попереднім виводам і враховуючи, що

,

отримуємо

Це рівняння дозволяє стверджувати, що використання тепла в змішаному циклі залежить від ступеня стиску, попереднього розширення і підвищення тиску, а також показника адіабати.

У змішаному циклі підвищення ступеня стиску покращує економічні і потужностні показники. Проте у міру збільшення ступеня стиску приріст використання теплоти поступово сповільнюється і після значень ступеня стиску 10–12 стає маловідчутним. У дизельних двигунах значенні ступеня стиску більше 15 пояснюються бажанням полегшити пуск холодних двигунів. При підвищенні ступеня стиску росте температура кінця стиску, що забезпечує самозаймання палива навіть при низьких температурах стінок циліндра і засмоктуваного повітря.

Контрольні питання

1. Термодинамічні цикли ДВЗ.

2. Термодинамічний цикл з підведенням теплоти при постійному об’ємі.

3. Термодинамічний цикл з підведенням теплоти при постійному тиску.

4. Термодинамічний цикл зі змішаним способом підведенням теплоти.

Тема №3. Паливо і основи згорання палива

1. Загальні відомості про паливо

2. Робочі тіла і властивості згорання

1. Загальні відомості про паливо

Будь-яке паливо – це органічна речовина, що складається з суміші вуглеводнів.

Бензин

Легколетучі фракції нафти. Для якнайповнішого згорання необхідно перевести з рідкого стану в пароподібне і змішати пари з необхідною кількістю повітря, тобто створити горючу суміш. Це відбувається на такті стискування за рахунок розігрівання суміші (при стискуванні збільшується тиск і температура).

Головна властивість – детонаційна стійкість. Показник – октанове число. Чим вище октанове число, тим стійкість більша.

Етильованний бензин – октанове число підвищене за рахунок добавки свинцю. Заборонений до використання, ушкоджує датчик кисню, каталізатор.

Дизельне паливо (солярка)

Низьколетучі фракції нафти. Уприсується в нагріте стискуванням повітря. Основна вимога – легкість займання при зіткненні з гарячим повітрям. Оцінюється часом від подачі палива до займання – цитанове число. Солярка – арктична, зимова, літня.

Газоподібне паливо

Метан – під тиском до 200 атм. у балонах по 50 л. Пропан – під тиском 16 атм, зріджений. Найбільш висока детонаційна стійкість. Краща екологія вихлопу. Економія грошей на заправках, але дороге устаткування.

Згорання суміші

Згорання повинне відбуватися в строго певній фазі циклу - дуже раннє або пізнє згорання приводить до погіршення основних параметрів двигуна.

При повному згоранні виділяється СО₂ і Н₂О. При неповному згоранні додатково з – СO₂, що не догорає СO і СН – вуглеводні, що не догорають. Чим повніше згоріло паливо, тим більше у вихлопних газах концентрація СО₂ і пари Н₂O (капає з глушника). NO виникає через високі температури в двигуні – окислюється азот, N₂, NO, СН – отрути. Паливо повністю ніколи не згорає. Високий СН може бути через згорання мастила в зношеному двигуні.

Детонація.

Самозаймання суміші при високому тиску і температурах. Викликає надмірну швидкість згорання - вибух. Утворюється ударна хвиля. Поширюється із швидкістю більше 1000 м/с (фронт полум'я від іскри «рухається» з швидкістю не більше 50-80 м/с). У фронті ударної хвилі, рухається по камері, тиск і темпера­тура стрибкоподібно зростають.

[Наслідки тривалої роботи двигуна з детонацією - поломка поршнів і пор­шневих кілець через ударні навантаження. Найбільш схильні до поломок перемички поршнів між канавками кілець.]

Викликає різкі стукоти, перегріви і руйнування деталей. Чим вище ступінь стискування двигуна, тим більша схильність до детонації.

Погіршення згорання:

• При браку кисню (дуже багата суміш)

• При браку палива (дуже бідна суміш) – важко підпалити, пропуски займання

• При ранньому куті запалення

• При конденсації пари палива на холодних стінках циліндра (на холодну)

• При поганому перемішуванні палива і повітря

• При поганій іскрі (тліючий розряд) взагалі не згорає