موتور حرارتی بر اساس یک اصل ترمودینامیکی جدید. دمای موتور هنگام رانندگی کاهش می یابد موتور در افت دمای پایین

در سیلندر موتور، چرخه های ترمودینامیکی با مقداری تناوب انجام می شود که با تغییر مداوم پارامترهای ترمودینامیکی سیال کار - فشار، حجم، دما همراه است. هنگامی که حجم تغییر می کند، انرژی احتراق سوخت به کار مکانیکی تبدیل می شود. شرط تبدیل گرما به کار مکانیکی یک توالی چرخه است. این ضربات در یک موتور احتراق داخلی شامل ورودی (پر کردن) سیلندرها با مخلوط یا هوای قابل احتراق، تراکم، احتراق، انبساط و اگزوز است. حجم متغیر حجم سیلندر است که با حرکت انتقالی پیستون افزایش (کاهش) می یابد. افزایش حجم به دلیل انبساط محصولات در طول احتراق مخلوط قابل احتراق رخ می دهد، در حالی که کاهش به دلیل فشرده شدن بار جدید مخلوط یا هوای قابل احتراق رخ می دهد. نیروهای فشار گازها بر روی دیواره سیلندر و روی پیستون در طول کورس انبساط به کار مکانیکی تبدیل می شود.

انرژی انباشته شده در سوخت در طی چرخه های ترمودینامیکی به انرژی حرارتی تبدیل می شود، با تابش حرارتی و نور، تابش به دیواره های سیلندر و از دیواره سیلندر - با هدایت حرارتی به مایع خنک کننده و جرم موتور و از موتور به فضای اطراف منتقل می شود. سطوح آزاد و اجباری

همرفت. همه انواع انتقال حرارت در موتور وجود دارد که نشان دهنده پیچیدگی فرآیندهای در حال وقوع است.

استفاده از گرما در موتور بازده مشخص می شود؛ هر چه گرمای احتراق سوخت کمتر به سیستم خنک کننده و جرم موتور منتقل شود، کار بیشتر انجام می شود و راندمان بالاتر می رود.

چرخه عملکرد موتور در دو یا چهار زمانه انجام می شود. فرآیندهای اصلی هر چرخه عملیاتی عبارتند از ورودی، تراکم، کورس قدرت و کورس اگزوز. معرفی سکته فشرده سازی به فرآیند کار موتورها باعث شد تا سطح خنک کننده به حداقل برسد و به طور همزمان فشار احتراق سوخت افزایش یابد. محصولات احتراق با توجه به فشرده سازی مخلوط قابل احتراق منبسط می شوند. این فرآیند باعث می شود تا تلفات حرارتی در دیواره سیلندر و با گازهای خروجی کاهش یابد و فشار گاز روی پیستون افزایش یابد که به طور قابل توجهی قدرت و عملکرد اقتصادی موتور را افزایش می دهد.

فرآیندهای حرارتی واقعی در یک موتور به طور قابل توجهی با فرآیندهای نظری مبتنی بر قوانین ترمودینامیک متفاوت است. چرخه نظری ترمودینامیکی بسته است؛ پیش نیاز اجرای آن، انتقال گرما به جسم سرد است. مطابق قانون دوم ترمودینامیک و در یک موتور حرارتی نظری، تبدیل کامل انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی غیرممکن است. در موتورهای دیزلی که سیلندرهای آنها با یک بار تازه از هوا پر شده و دارای نسبت تراکم بالایی هستند، دمای مخلوط قابل احتراق در انتهای مکش 310...350 کلوین است که با نسبتاً کوچک توضیح داده می شود. مقدار گازهای باقیمانده؛ در موتورهای بنزینی، دمای ورودی در انتهای کورس 340... 0.400 کلوین است. تعادل حرارتی مخلوط قابل احتراق در طول سکته ورودی می تواند به صورت نمایش داده شود

کجا؟) p t - مقدار گرمای سیال کار در ابتدای سکته ورودی. Os.ts - مقدار گرمای وارد شده به سیال کار هنگام تماس با سطوح گرم شده مجرای ورودی و سیلندر. Qo g - مقدار گرما در گازهای باقیمانده.

از معادله تعادل حرارتی می توان دمای انتهای سکته ورودی را تعیین کرد. اجازه دهید مقدار جرمی مقدار بار تازه را در نظر بگیریم t s z،گازهای باقیمانده - t o gبا ظرفیت گرمایی شناخته شده یک شارژ تازه با R،گازهای باقیمانده s" pو مخلوط کاری با صمعادله (2.34) به صورت نشان داده شده است

جایی که تی اس h - دمای شارژ تازه قبل از ورودی؛ آ T sz- گرم کردن شارژ تازه در هنگام تزریق به سیلندر. تی جی- دمای گازهای باقیمانده در پایان انتشار. می توان با دقت کافی فرض کرد که s" p = با صو s" r - s، s r،جایی که c; - ضریب تصحیح بسته به T szو ترکیب مخلوط با a = 1.8 و سوخت دیزل

هنگام حل معادله (2.35) در مورد T aبیایید رابطه را نشان دهیم

فرمول تعیین دمای سیلندر در ورودی دارای فرم است

این فرمول برای موتورهای چهار زمانه و دو زمانه معتبر است؛ برای موتورهای توربوشارژ، دمای انتهای ورودی با استفاده از فرمول (2.36) محاسبه می شود. q = 1. شرط پذیرفته شده خطاهای بزرگی را وارد محاسبه نمی کند. مقادیر پارامتر در انتهای سکته ورودی، که به صورت تجربی در حالت اسمی تعیین می‌شوند، در جدول ارائه شده‌اند. 2.2.

جدول 2.2

	موتورهای احتراق داخلی چهار زمانه		موتورهای احتراق داخلی دو زمانه
فهرست مطالب	با جرقه جرقه		با طرح تبادل گاز با جریان مستقیم
ضریب گاز باقیمانده
دمای گاز خروجی در انتهای اگزوز G p K
گرمایش شارژ تازه، K
دمای مایع کار در انتهای ورودی T a،به

در طول کورس مکش، سوپاپ ورودی در موتور دیزلی قبل از اینکه پیستون به TDC برسد، 20...30 درجه باز می شود و پس از عبور از BDC با 40...60 درجه بسته می شود. مدت زمان باز شدن شیر ورودی 240...290 درجه است. دمای سیلندر در انتهای کورس قبلی اگزوز برابر است با تی جی= 600...900 K. شارژ هوا که دمای آن بسیار کمتر است با گازهای باقیمانده در سیلندر مخلوط می شود که دمای سیلندر در انتهای ورودی را کاهش می دهد. T a = 310...350 K. اختلاف دما در سیلندر بین دود اگزوز و ورودی است. در یک. g = T a - T g.از آنجا که T aدر یک. t = 290 ... 550 درجه.

سرعت تغییر دمای سیلندر در واحد زمان در هر ضربه برابر است با:

برای یک موتور دیزلی، نرخ تغییر دما در طول کورس مکش در n e= 2400 دقیقه -1 و f a = 260 درجه با d = (2.9...3.9) 10 4 درجه بر ثانیه است. بنابراین، دمای انتهای مکش در سیلندر با جرم و دمای گازهای باقیمانده پس از کورس اگزوز و گرم شدن شارژ تازه از قطعات موتور تعیین می شود. نمودارهای تابع co rt =/(D e) کورس ورودی برای موتورهای دیزلی و بنزینی، ارائه شده در شکل. 2.13 و 2.14 نشان دهنده نرخ به طور قابل توجهی بالاتر تغییر دما در سیلندر یک موتور بنزینی در مقایسه با موتور دیزلی و در نتیجه شدت جریان حرارت بیشتر از سیال کار و رشد آن با افزایش سرعت میل لنگ است. میانگین مقدار محاسبه شده آماری نرخ تغییر دما در طول کورس ورودی یک موتور دیزلی در سرعت میل لنگ 1500...2500 دقیقه -1 برابر است با = 2.3 10 4 ± 0.18 درجه بر ثانیه و برای موتور بنزینی

موتور در سرعت چرخش 2000...6000 دقیقه -1 - بنابراین I = = 4.38 10 4 ± 0.16 درجه بر ثانیه. در طول کورس ورودی، دمای سیال کار تقریباً برابر با دمای کارکرد مایع خنک کننده است.

برنج. 2.13.

برنج. 2.14.

گرمای دیواره های سیلندر صرف گرم کردن سیال کار می شود و تأثیر قابل توجهی بر دمای مایع خنک کننده سیستم خنک کننده ندارد.

در ضربه فشرده سازیفرآیندهای بسیار پیچیده تبادل حرارت در داخل سیلندر رخ می دهد. در ابتدای حرکت تراکم، دمای شارژ مخلوط قابل احتراق کمتر از دمای سطوح دیواره های سیلندر است و بار گرم می شود و همچنان گرما را از دیواره سیلندر خارج می کند. کار مکانیکی فشرده سازی با جذب گرما از محیط خارجی همراه است. در یک بازه زمانی معین (بی نهایت کوچک) دمای سطح سیلندر و بار مخلوط برابر می شود و در نتیجه تبادل حرارت بین آنها متوقف می شود. با فشرده‌سازی بیشتر، دمای بار مخلوط قابل احتراق از دمای سطوح دیواره‌های سیلندر بیشتر می‌شود و جریان حرارت تغییر جهت می‌دهد، یعنی. گرما به دیواره های سیلندر جریان می یابد. مجموع انتقال حرارت از شارژ مخلوط قابل احتراق ناچیز است، حدود 1.0 ... 1.5٪ از مقدار گرمای عرضه شده با سوخت است.

دمای سیال عامل در انتهای ورودی و دمای آن در پایان تراکم با معادله پلی تروپیک تراکمی با یکدیگر مرتبط هستند:

که در آن 8 نسبت فشرده سازی است. p l -شاخص پلی تروپیک

درجه حرارت در پایان ضربه فشرده سازی، به عنوان یک قاعده کلی، با استفاده از میانگین مقدار ثابت شاخص پلی تروپیک برای کل فرآیند محاسبه می شود. sch.در یک مورد خاص، شاخص polytropic از تعادل حرارتی در طول فرآیند فشرده سازی در فرم محاسبه می شود

جایی که و باو و" -انرژی داخلی 1 کیلومتر شارژ تازه؛ و الفو و" -انرژی داخلی 1 کیلومتر مول از گازهای باقیمانده.

حل مشترک معادلات (2.37) و (2.39) در دمای مشخص T aبه شما امکان می دهد شاخص پلی تروپیک را تعیین کنید sch.شاخص polytropic تحت تأثیر شدت خنک کننده سیلندر است. در دمای پایین خنک کننده، دمای سطح سیلندر کمتر است و بنابراین p lکمتر وجود خواهد داشت.

مقادیر پارامترها در پایان ضربه فشرده سازی در جدول آورده شده است. 2.3.

جدول23

در طول کورس تراکم، دریچه های ورودی و خروجی بسته می شوند و پیستون به سمت TDC حرکت می کند. زمان تراکم برای موتورهای دیزلی با سرعت چرخش 1500...2400 دقیقه -1 1.49 1SG 2 ...9.31 کیلوگرم 3 ثانیه است که مربوط به چرخش میل لنگ از زاویه f (. = 134 درجه، برای بنزین است. موتورها با سرعت چرخش 2400...5600 دقیقه -1 و میانگین = 116 درجه - (3.45...8.06) 1 (G 4 s. اختلاف دمای سیال کار در سیلندر بین ضربات تراکم و مکش AT s_a = ت س - ت آبرای موتورهای دیزلی در 390...550 درجه سانتیگراد، برای موتورهای بنزینی - 280...370 درجه سانتیگراد است.

نرخ تغییر دما در سیلندر در هر ضربه فشرده سازی برابر است با:

و برای موتورهای دیزلی با سرعت چرخش 1500...2500 دقیقه -1 نرخ تغییر دما (3.3...5.5) 10 4 درجه بر ثانیه، برای موتورهای بنزینی با سرعت چرخش 2000...6000 دقیقه است. -1 - ( 3.2...9.5) x 10 4 درجه بر ثانیه. جریان گرما در طول ضربه فشرده سازی از سیال کار در سیلندر به دیواره ها و به خنک کننده هدایت می شود. نمودارهای تابع co = f(nه) برای موتورهای دیزلی و بنزینی در شکل نشان داده شده است. 2.13 و 2.14. از آنها نتیجه می گیرد که سرعت تغییر دمای سیال کار در موتورهای دیزلی بیشتر از موتورهای بنزینی با همان سرعت است.

فرآیندهای انتقال حرارت در طول ضربه فشرده سازی با تفاوت دمای بین سطح سیلندر و بار مخلوط قابل احتراق، سطح نسبتاً کوچک سیلندر در انتهای ضربه، جرم مخلوط قابل احتراق و مقدار محدود تعیین می شود. مدت زمان کوتاهی که طی آن انتقال حرارت از مخلوط قابل احتراق به سطح سیلندر انجام می شود. فرض بر این است که ضربه فشرده سازی تأثیر قابل توجهی بر رژیم دمایی سیستم خنک کننده ندارد.

سکته مغزی گسترشتنها حرکت چرخه کار موتور است که در طی آن کار مکانیکی مفیدی انجام می شود. این مرحله قبل از فرآیند احتراق مخلوط قابل احتراق است. نتیجه احتراق افزایش انرژی داخلی سیال عامل است که به کار انبساط تبدیل می شود.

فرآیند احتراق مجموعه ای از پدیده های فیزیکی و شیمیایی اکسیداسیون سوخت با رهاسازی شدید است.

گرما. برای سوخت های هیدروکربنی مایع (بنزین، سوخت دیزل)، فرآیند احتراق یک واکنش شیمیایی از ترکیب کربن و هیدروژن با اکسیژن در هوا است. گرمای احتراق بار مخلوط قابل احتراق صرف گرم کردن سیال کار و انجام کارهای مکانیکی می شود. بخشی از گرمای مایع کار از طریق دیواره و سر سیلندر، میل لنگ و سایر قطعات موتور و همچنین مایع خنک کننده را گرم می کند. فرآیند ترمودینامیکی یک فرآیند کار واقعی، با در نظر گرفتن از دست دادن گرمای احتراق سوخت، با در نظر گرفتن احتراق ناقص، انتقال حرارت به دیواره سیلندر و غیره، بسیار پیچیده است. در موتورهای دیزلی و بنزینی فرآیند احتراق متفاوت است و ویژگی های خاص خود را دارد. در موتورهای دیزلی، احتراق با سرعت های متفاوتی بسته به حرکت پیستون اتفاق می افتد: ابتدا شدید و سپس به آرامی. در موتورهای بنزینی، احتراق فورا اتفاق می افتد؛ به طور کلی پذیرفته شده است که در یک حجم ثابت رخ می دهد.

برای در نظر گرفتن مولفه‌های گرما از طریق تلفات، از جمله انتقال حرارت به دیواره سیلندر، ضریب استفاده از حرارت احتراق معرفی می‌شود. ضریب استفاده از گرما به صورت تجربی برای موتورهای دیزل تعیین می‌شود. = 0.70...0.85 و موتورهای بنزینی؟، = 0.85...0.90 از معادله حالت گازها در ابتدا و انتهای انبساط:

درجه گسترش اولیه کجاست.

برای دیزل ها

سپس

برای موتورهای بنزینی سپس

مقادیر پارامتر در حین احتراق و در پایان سکته انبساط برای موتورها)