Коэффициент полезного действия

Рабочая диаграмма (р-У-диаграмма)
Работа VV дизеля является функцией давления и соответствующего изменения рабочего объема. Она изображается в виде рабочей диаграммы в координатах давления и объема (сокращенно p-V-днаграмма).


Цикл Зайлигера


Цикл Зайлигера (рис. 1) описывает идеальный термодинамический цикл и тем самым определяет теоретически достижимую работу дизеля. Целью совершенствования двигателя является максимальное приближение реального процесса к циклу Зайлигера. В этом идеальном
цикле используются следующие допущения:
• идеальный газ;
• постоянная теплоемкость;
• мгновенный подвод и отвод теплоты;
• отсутствие потерь на газообмен.


boschdiesel 15

Рис.1
1 - 2 - изоэнтропическое сжатие
2 - 3 - изохорический подвод тепла
3-3' - изобарический подвод тепла
3 - 4 - изоэнтролическое расширение
4 - 1 - изохоричесний теплоотвод
q, - тепло. уходждее при газообмене - теплота сгорания при постоянном давлении
q „ - теплота стара ния при постоянном объеме
W - теоретическая работа


 

Площадь в р-V-диаграмме соответствует теоретической работе VV, которая производится в рабочем цикле. В частности, протекают следующие процессы:


Изоэнтропическое сжатие (1-2)
При нзоэнтропическом сжатии (сжатие при постоянной энтропии, т. е. без теплообмена) давление в цилиндре возрастает, в то время как объем уменьшается.

Изохорический подвод теплоты (2-3)
Смесь начинает гореть. При этом происходит подвод теплоты при постоянном объеме (изохора). Давление возрастает.


Изобарический подвод теплоты (3-3')
Дальнейший подвод теплоты (с/„.) происходит, когда поршень уже движется вниз (объем увеличивается), давление при этом остается постоянным (изобара).


Изоэнтропическое расширение (3'-4)
Поршень идет дальше к нижней мертвой точке. Теплообмена нет. Объем увеличивается.


Изохорический отвод теплоты (4-1)
При газообмене остаточное тепло выводится [ q j . Это происходит при постоянном объеме (бесконечно быстро и полно). Вместе с тем снова наступает исходное состояние и начинается новый рабочий цикл Действительный цикл Действительный цикл также может быть представлен в виде p-V-диаграммы (индикаторная диаграмма, рис. 2). Индикаторная работа — это площадь внутри верхней кривой (IVM). К ней у двигателей с наддувом необходимо добавить площадь газообмена (IV\), так как сжатый нагнетателем воздух давит на поршень в направлении его НМТ. Часто находит применение и отображение давления по углу поворота коленчатого вала (рис. 3).

 


boschdiesel 16

 

Рис 2
АО выпускной клапан открыт
AS выпускной клапан закрыт
ВВ - начало сгорания
Еб впускной клапан открыт
ES впускной клапан закрыт
Р„ - давление окружающей среды
PI ~ давление наддува воздуха
Р,~ максимальное давление в цилиндре
V, - объем камеры сжатия
ч , - рабочий объем полезная pa6oтa работа газообмена (при наддуве воздуха)

Рис.3
АО- выпускной нлапан открыт
A S - выпускной клапан закрыт
BB - начало сгорания
ЕО- впускной нлапан открыт
ES - впускной нлапан закрыт
Р „ - давление окружающей среды
Р, максимальное давление в цилиндре


 

Коэффициент полезного действия Эффективный КПД дизеля //_ определяется следующим образом:

boschdiesel 17

где IV - эффективная работа на маховике двигателя, IV,, - энергосодержание впрыскиваемого топлива.
Этот общий КПД может быть определен как произведение отдельных КПД (рис. 4), которыми описываются все потери:

boschdiesel 18

Теоретический КПД 

7Л является теоретическим КПД цикла Зайлигера и описывает теоретическую работу, отнесенную к теплотворной способности топлива, которая у дизеля составляет 42,5 МДж/кг. Уже указывались граничные условия этого идеального цикла:
• идеальный газ;
• постоянная теплоемкость;
• бесконечно быстрый подвод и отвод теплоты;
• отсутствие потерь на газообмен.


Относительный КПД действительного цикла с высоким давлением


КПД г/а описывает отношение реально замеряемой работы в цилиндре (индикаторный цикл), совершаемой в результате создания давления в цилиндре, к работе теоретического цикла (рис. 2). Этот КПД включает потерн теплоты и потери на газообмен. Граничными условиями являются:

• реальный газ;
• тепловые потери;
• конечная скорость подвода и отвода теплоты;
• неременная теплоемкость.
Все параметры смесеобразования сильно влияют на процесс сгорания и,таким образом, на его совершенство.

 


boschdiesel 19

 

Рис.4
Дизели очень сильно различаются по размерам и области применения. Отсюда следуют различия в их эффективности. Наибольший КПД достмга ется большими тихо ходными дизелями
7„ - теоретический КПД изменяется в зависимости от степени сжатия < и коэффициента избытка воздуха А)
7, - относительный КПД действительного цикла с высоким давлением
7„ - механический КПД


 

 

Механический КПД


Механический КПД г/т учитывает механические потерн на трение, включая потери на привод вспомогательных агрегатов, относительно индикаторного цикла. Он, таким образом, отражает картину работы реального двигателя. Трение и потери на привод агрегатов возрастают с увеличением частоты вращения коленчатого вала. Потери при номинальной частоте вращения коленчатого вала состоят из потерь на трение:
• поршней и поршневых колец (около 50%);
• в подшипниках (около 20%);
• в насосе системы смазки (около 10%);
• в насосе системы охлаждения (около 5%);
• в приводе клапанов (около шчъ),
• в насосах системы питания (около 5%).


К этому также необходимо добавить потери на привод механического нагнетателя, вентилятора, генератора и прочего навесного оборудования.


Сравнение дизельного и бензинового двигателей


Более высокий эффективный КПД дизеля по сравнению с обычным бензиновым двигателем вызван следующими причинами:
• более высокая степень сжатия (соответственно большая площадь индикаторной диаграммы);
• высокий коэффициент избытка воздуха (с возможностью гетерогенного внутреннего смесеобразования);
• отсутствие дроссельной заслонки — т. е. отсутствие потерь на дросселирование в режиме частичных нагрузок.