Motore a bassa caduta di temperatura. Motore termico su un nuovo principio termodinamico. Determinazione della quantità ammissibile di sostanze nocive

Nel cilindro del motore con una certa frequenza, vengono eseguiti cicli termodinamici, che sono accompagnati da un cambio continuo nei parametri termodinamici del fluido termodinamico, del volume, della temperatura. L'energia della combustione del carburante quando i cambiamenti del volume si trasformano in lavori meccanici. La condizione per la trasformazione del calore nel lavoro meccanico è una sequenza di clock. Questi orologi nel motore a combustione interna includono l'ingresso (riempimento) dei cilindri di una miscela combustibile o aria, compressione, combustione, espansione e rilascio. Il volume che cambia è il volume del cilindro, che aumenta (diminuisce) con il movimento progressivo del pistone. Un aumento del volume avviene a causa dell'espansione dei prodotti quando la combustione di una miscela combustibile, una diminuzione - quando compressa da una nuova carica di una miscela o aria combustibile. Pressione del gas per le pareti del cilindro e il pistone con tatto di espansione trasformarsi in lavori meccanici.

L'energia accumulata dall'energia si trasforma in energia termica quando si esegue cicli termodinamici, viene trasmesso dalle pareti dei cilindri mediante calore e radiazioni di luce, radiazioni e pareti del cilindro - refrigerante e la massa del motore attraverso la conduttività termica e nel circostante spazio dalle superfici del motore libero e forzato

convezione. Nel motore ci sono tutti i tipi di trasferimento di calore, che indica la complessità dei processi che si verificano.

L'uso del calore nel motore è caratterizzato da un'efficienza, il più piccolo il calore della combustione del carburante viene somministrato al sistema di raffreddamento e nella massa del motore, più il lavoro viene eseguito sopra l'efficienza.

Il ciclo operativo del motore viene effettuato in due o quattro tatti. I processi principali di ciascun ciclo di lavoro sono tatti di aspirazione, compressione, corsa di lavoro e rilascio. Introduzione al flusso di lavoro dei motori tact del motore ha permesso di ridurre il più possibile la superficie di raffreddamento e ottimizzare la pressione della combustione del combustibile. I prodotti di combustione si stanno espandendo in base alla compressione di una miscela combustibile. Tale processo riduce le perdite termiche nelle pareti del cilindro e con gas di scarico, aumentano la pressione dei gas al pistone, che aumenta significativamente l'alimentazione e gli indicatori economici del motore.

I veri processi termici nel motore differiscono in modo significativo da leggi teoriche e termodinamiche basate. Il ciclo termodinamico teorico è chiuso, il prerequisito per la sua implementazione è la trasmissione di calore con un corpo freddo. In conformità con la seconda legge della termodinamica e nella macchina teorica termica, è completamente impossibile trasformare completamente l'energia termica in meccanica. Nei diesel, i quali cilindri sono pieni di carica di aria fresca e hanno alti gradi di compressione, la temperatura della miscela combustibile alla fine del tatto di aspirazione è 310 ... 350 K, che è spiegato da una quantità relativamente piccola di Gas residui, in motori a benzina La temperatura di aspirazione alla fine del tatto è 340 ..400 k. Il saldo del calore della miscela combustibile quando il tatto di aspirazione può essere rappresentato come

dove?) R T è la quantità di calore del fluido di lavoro all'inizio dell'orologio di aspirazione; OS.TS - La quantità di calore inserita nel fluido di lavoro quando si contatta le superfici riscaldate del percorso di ingresso e del cilindro; Qo G - la quantità di calore nei gas residui.

Dall'equazione del bilancio del calore, è possibile determinare la temperatura alla fine del tatto di aspirazione. Prenderemo un enorme valore del numero di carichi freschi t con s. Gas residui - t O G. Con una note capacità termica di carichi freschi con p, Gas residui c "r. e la miscela di lavoro con R. Equazione (2.34) è presentata sotto forma di

dove T s. h - la temperatura di carica fresca prima dell'ingresso; MA T nw. - Carica fresca riscaldata quando l'ingresso di esso in un cilindro; T. - La temperatura dei gas residui alla fine del rilascio. Forse con una precisione sufficiente per assumerlo c "r. = con R. e con "R - S, con P, dove con; - Coefficiente di correzione a seconda di T nw. e composizione della miscela. A A \u003d 1.8 e carburante diesel

Quando si risolve l'equazione (2.35) per quanto riguarda T A. Denota per attitudine

La formula per determinare la temperatura nel cilindro all'inserimento è

Questa formula è valida per motori da quattro tempi e a due tempi, per i motori a turbocompressione, la temperatura alla fine dell'assunzione è calcolata dalla formula (2,36), a condizione che q \u003d. 1. La condizione assicurata non contribuisce ad ampi errori. I valori dei parametri alla fine dell'orologio di aspirazione definito sperimentalmente sulla modalità nominale sono presentati nella tabella. 2.2.

Tabella 2.2.

Quando il tatto di aspirazione della valvola di aspirazione con il motore diesel è aperto da 20 ... 30 ° all'arrivo del pistone nella NMT e si chiude dopo il passaggio NMT di 40 ... 60 °. La durata dell'apertura della valvola di inchiostro è di 240 ... 290 °. La temperatura nel cilindro alla fine del precedente tatto - rilascio è uguale T. \u003d 600 ... 900 K. La carica dell'aria con una temperatura è significativamente inferiore, mescolata con gas residui nel cilindro, che riduce la temperatura nel cilindro alla fine dell'assunzione a T a \u003d. 310 ... 350 K. Delta di temperature nel cilindro tra gli orologi di uscita e l'ingresso è uguale ATA. r \u003d t a - tNella misura in cui T A. ATA. T \u003d 290 ... 550 °.

La velocità della variazione della temperatura nel cilindro per unità è uguale a:

Per Diesel, la velocità del cambiamento della temperatura quando il tatto di aspirazione quando p. \u003d 2400 min -1 e φ A \u003d 260 ° è CO D \u003d (2.9 ... 3.9) 10 4 grandine / s. Pertanto, la temperatura alla fine del tatto di aspirazione nel cilindro è determinata dalla massa e dalla temperatura dei gas residui dopo il tatto di rilascio e il riscaldamento della carica fresca dalle parti del motore. Grafici della funzione CO RT \u003d / (D E) Tatto di aspirazione per motori diesel e motori a benzina, presentati a PA fig. 2.13 e 2.14 indicano un tasso significativamente più elevato di variazione della temperatura nel cilindro del motore a benzina rispetto al motore diesel e, pertanto, maggiore è l'intensità del flusso di calore dal fluido di calore dal fluido di lavoro e dalla sua crescita con l'aumento della velocità di rotazione dell'albero motore. Il valore medio stimato della velocità di modifica della temperatura quando il tatto di ingresso del diesel all'interno della velocità della rotazione dell'albero motore di 1500 ... 2500 min -1 è uguale a \u003d 2,3 10 4 ± 0,18 gradi / s, e in benzina

il motore è all'interno della frequenza di 2.000 ... 6000 min -1 - con me \u003d 4.38 10 4 ± 0,16 gradi / s. Con il tatto di aspirazione, la temperatura del fluido di lavoro è approssimativamente uguale alla temperatura di esercizio del refrigerante,

Fico. 2.13.

Fico. 2.14.

il calore delle pareti del cilindro viene speso per il riscaldamento del fluido di lavoro e non ha un effetto significativo sulla temperatura del fluido di raffreddamento del sistema di raffreddamento.

Per tatto di compressione Ci sono processi di scambio di calore piuttosto complessi all'interno del cilindro. All'inizio del tatto di compressione, la temperatura di carica della miscela combustibile è inferiore alla temperatura delle superfici delle pareti del cilindro e la carica viene riscaldata, continuando a prendere il calore dalle pareti del cilindro. Il lavoro meccanico della compressione è accompagnato dall'assorbimento del calore dall'ambiente esterno. In un certo (infinitamente piccolo), l'intervallo di temperatura della superficie del cilindro e la carica della miscela è livellata, come risultato della quale scambio di calore tra di loro è terminato. Con ulteriori compressioni, la temperatura della miscela combustibile supera la temperatura delle superfici delle pareti del cilindro e il flusso di calore cambia la direzione, I.e. Il calore entra nelle pareti del cilindro. Il ritorno complessivo del calore dalla carica di una miscela combustibile è insignificante, è circa 1.0 ... 1,5% della quantità di calore che entra con il carburante.

La temperatura del fluido di lavoro alla fine dell'assunzione e la sua stessa temperatura alla fine della compressione sono relative all'equazione polytropica di compressione:

dove 8 è un rapporto di compressione; p l - Polytropags indicatori.

La temperatura alla fine del tatto di compressione della regola generale è calcolata dalla costante media per l'intero processo dell'indicatore politropico. sh. In un caso particolare, l'indicatore politropico è calcolato sul saldo del calore durante il processo di compressione sotto forma di

dove e S. e e "- Energia interna di 1 km di carica fresca; e A. e e "-energia interna di 1 km di gas residui.

Soluzione congiunta di equazioni (2.37) e (2,39) con un valore di temperatura noto T A. Consente di determinare l'indicatore dei polytropags sh. L'indicatore Polytrope ha influenza l'intensità del raffreddamento del cilindro. A basse temperature del fluido di raffreddamento, la temperatura superficiale del cilindro è sotto, quindi, e p L. sarà meno

I valori dei parametri terminali del tatto di compressione sono mostrati nella tabella. 2.3.

tavolo23

Con il tatto di compressione della valvola di aspirazione e della valvola di scarico, il pistone si sposta verso il VTC. Prendi tempo di tatto di compressione nei motori diesel ad una velocità di 1500 ... 2400 min -1 è 1,49 1 SG 2 ... 9.31 kg 3 C, che corrisponde alla rotazione dell'albero motore a un angolo f (. \u003d 134 ° , in motori a benzina a una velocità di 2400 ... 5600 min -1 e cp G \u003d 116 ° - (3.45 ... 8.06) 1 (G 4 s. La differenza di temperatura nel cilindro tra compressione e orologi di aspirazione Da _ a = T c - t a I diesel sono entro 390 ... 550 ° C, in motori a benzina - 280 ... 370 ° C.

Il tasso di variazione della temperatura nel cilindro per il tatto di compressione è:

e per i motori diesel ad una velocità di 1500 ... 2500 min -1 il tasso di variazione della temperatura è (3.3 ... 5.5) 10 4 gradi / i, motori a benzina ad una velocità di rotazione di 2000 ... 6000 min -1 - (3.2 ... 9.5) x x 10 4 grana / s. Il flusso di calore con tatto di compressione è diretto dal fluido di lavoro nel cilindro alle pareti e nel liquido di raffreddamento. Funzione grafica CO \u003d f (N. E) per motori diesel e motori a benzina sono presentati in Fig. 2.13 e 2.14. Ne consegue che il tasso di cambiamenti nella temperatura del fluido di lavoro nei motori diesel rispetto ai motori a benzina a una velocità di rotazione sopra.

I processi di scambio termico con tatto di compressione sono causati dalla caduta della temperatura tra la superficie del cilindro e la carica di una miscela combustibile, una superficie relativamente piccola del cilindro alla fine del tatto, massa della miscela combustibile e limitabilmente un breve periodo di tempo in cui il trasferimento di calore si verifica da una miscela combustibile alla superficie del cilindro. Si presume che il tatto di compressione non abbia un effetto significativo sulla temperatura del sistema di raffreddamento.

Tatto di espansione È l'unico tatto del ciclo di lavoro del motore, in cui viene eseguito un utile lavoro meccanico. Questo orologio è preceduto dal processo di combustione di una miscela combustibile. Il risultato della combustione è aumentare l'energia interna del fluido di lavoro trasformato nel lavoro dell'espansione.

Il processo di combustione è un complesso di fenomeni fisici e chimici di ossidazione del carburante con selezione intensa

caldo. Per combustibili idrocarburi liquidi (benzina, gasolio), il processo di combustione è reazioni chimiche del composto di carbonio e idrogeno con ossigeno d'aria. Il calore della combustione della carica di una miscela combustibile viene spesa per il riscaldamento del fluido di lavoro, eseguendo lavori meccanici. Parte del calore dal fluido di lavoro attraverso le pareti dei cilindri e la testa riscalda la cartuccia a blocchi e altre parti del motore, così come il refrigerante. Il processo termodinamico del flusso di lavoro reale, tenendo conto della perdita di calore della combustione del carburante, tenendo conto dell'incompletezza della combustione, il trasferimento di calore nelle pareti dei cilindri e così via è estremamente complesso. Nei motori diesel e ai motori a benzina, il processo di combustione varia e ha le sue caratteristiche. Nei motori diesel, la combustione si verifica con intensità diversa a seconda della corsa del pistone: prima intensamente e poi rallentato. Nei motori a benzina, la combustione avviene all'istante, si ritiene che sia eseguito a un volume costante.

Per tenere conto del calore nel componente delle perdite, incluso il trasferimento del calore nelle pareti dei cilindri, il coefficiente di utilizzo della combustione del calore Il coefficiente di utilizzo del calore è determinato sperimentalmente per i motori diesel \u003d 0.70 ... 0.85 e motori a benzina?, \u003d 0,85 ... 0.90 dell'equazione degli stati statali all'inizio e alla fine dell'espansione:

dove è il grado di espansione preliminare.

Per motori diesel

poi

Per motori a benzina poi

Valori dei parametri nel processo di combustione e alla fine dell'orologio di espansione del motore)