Международная научно-практическая конференция

тимизация самой конструкции ДВС с незначительными изменениями ее элементов (см. ниже).

Коэффициент полезного действия

КПД двигателя определим как отношение суммарной работы

за цикл L к подведенной теплоте [4] Q1: h = SL/Qi. Сумма работ L для цикла Д2:

Здесь изменение объемов учитывается только при движении поршня.

Подведенная теплота

Q1 = cv (m1 + m2 )(T5 -T4 ) .

Анализ работы показывает, что большие затраты энергии происходят при сжатии рабочих тел после смешения(L3-4), максимум положительной работы – до разделения рабочих тел в золотнике – L5-6.

L1-2 = –64,578; L3-4 = -989,4; L5-6 = 1692,5; L6-7 = 311,6 (Дж);

ΣL = 950 Дж; Q1 = 1356 Дж; η = 0,7.

То же самое получим, используя формулу для циклических процессов h = 1 – Q2/Q1 = 0,7.

Сумма работ в цикле Д1

L1-2 = –64,58; L6-7 = 577,37 (Дж).

Подведенная теплота Q1 = cv (m1 )(T6 -T2 ) , отведенная теплота

Q2 = cv (m1 )(T7 -T1 ) , η = 0,378.

Здесь следует отметить, что огромные значения температуры в золотнике и переброс энергии второго тела из точки6 в 3 приводят к снижению кпд и огромным затратам на трение при сжа-

тии в процессе 4–5: L4-5 = –1630; L5-6 = 1630 (Дж).

22

Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе. Часть 2

Вычисление среднего момента

Давление на зуб статора в двигателях типа Д1 и Д2 показано на рис. 6 в течение рабочего цикла от всасывания до начала выхлопа. Заштрихованная область соответствует процессе от начала входа зуба в полость золотника до его выхода. Предполагается, что в этот период давление на правую и левую поверхность зуба одинаковое. Слева от заштрихованной области – величина давления, создаваемого перед зубом статора при сжатии(отрицательная работа), справа – давление за зубом статора (положительная работа). Для вычисления суммарного момента в течение рабочего цикла, используются следующие упрощения: форма зуба предполагается в виде треугольника с углом при вершине a » 60o , высотой h = 8 см , шириной d = 6,5 см , применяется линейная аппроксимация изменения давления между характерными процессми рабочего цикла, обозначенного точками на рис. 7.

ной части отдельно(слева и справа заштрихованной области), в предположении, что разность давлений с правой и левой стороны зуба в обоих случаях равна давлению, показанному на рис. 7 и Pa =1 атм. (в момент всасывания давление за зубом и в момент выхлопа давление перед зубом полагаются равными1 атм.). Неточность в вычислении суммарного момента, связанная с использованием указанных выше упрощений, для анализа и оптимизации работы реального двигателя не представляется критической, поскольку основана на идеализированном цикле без учета теплопотерь и влияния зазоров. Последние оказывают значительно боль-

23

Международная научно-практическая конференция

шие поправки на величину давления в камерах и значение суммарного момента. В рамках приятых упрощений момент вычисляется по формуле:

M (j) = F(j)L,

где F(j) – сила, действующая на зуб, L = 20,4 см – расстояние от оси ротора до вершины зуба. Сила определяется по разнице давлений слева и справа от зуба:

F (j) = (P(j) - Pa )S = (P(j) - Pa )dh cos a2.

Тогда момент M (j) равен:

а суммарный момент:

Á = Y1dhL cos a 2 + Y2 dhL cos a 2 ,

155o

где Y1 = ò P(j)dj – площадь под графиком P(j) , изображенном

101o

79o

на рис. 6 справа от заштрихованной области, а Y2 = ò P(j)dj –

25o

площадь под графиком P(j) , изображенном на рис. 6 слева от заштрихованной области.

Для Д1 Y1 = -2303,605, Y2 = 3194,18; для Д2 Y1 = -793,01, Y2 =1072,63

Откуда следует, что суммарный момент для Д1 равен (в ед. н∙м∙гр) Á = 0,822×105 для Д2, соответственно: Á = 0,258×105 .

Средний (за рабочий цикл jr =130o ) момент вычисляется по формуле: áM ñ = Ájr . Для рассмотренных типов цикла ДВС он равен: для Д1 áM ñ = 632,3 н ×м , для Д2 áM ñ = 198,5 н ×м . Величина среднего момента оказывается на два порядка меньше его мгновенных значений. Это видно из рис. 8, где показано изменение момента в течении рабочего цикла и его средняя величина для ДВС типа Д1. Показанная на рис. 8 зависимость момента от угла поворота ротора указывает на значительные нагрузки(рез-

24

Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе. Часть 2

кие изменения момента) на конструктивные части ДВС в течении рабочего цикла.

Рис. 8. Изменение момента в течении рабочего цикла ДВС типа Д1

Отметим, также, что в реальном ДВС время сгорания топлива сопоставимо со временем цикла. Как следствие, температура и давление, достигают своих максимальных значений не в момент воспламенения, а значительно позже(примерно, через 0,0003– 0,001 сек) [3]. Очевидно, что указанный эффект существенно влияет на величину КПД и его необходимо учесть.

Заключение

Полученные в рамках модели идеализированного цикла -ре зультаты аналитических и численных расчетов, их анализ позволяют определить степень влияния конструктивных и физических параметров ДВС на термодинамические характеристики его -ра боты. Особенностью рассматриваемой конструкции ДВС является то, что для обеспечения рабочего цикла используется два рабочих тела. Причем РТ2 фактически представляет собой«аккумулятор» энергии, обеспечивающий в момент смешения с новой порцией топливо-воздушной смеси, повышение ее внутренней энергии, воспламенение и горение в оптимальном режиме для широкого диапазона параметров в камере сгорания и характеристик смеси. Отметим, также, что рассматриваемый ДВС характеризуется существенно различными термодинамическими цикла-

25