Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе. Часть 2

Затем следует процесс o-p дальнейшего адиабатного расширения.

Процесс p–j – соответствует выхлопу и всасыванию РТ1.

Рабочий цикл РТ2

Для второго рабочего тела РТ2 значения давления и температуры в т. •–m–n–o совпадают с соответствующими значениями РТ1, а его объемы равны:

Для определения термодинамических характеристик в отмеченных на рис. 3 точках в рабочем режиме необходимо разрешить систему уравнений (3)–(6), поскольку значения термодинамических функций в т. • зависят от их значений в .т o предыдущего цикла, которые в рабочем режиме совпадают с их значе-

Откуда получим значения давления и температуры в т. o:

17

Международная научно-практическая конференция

Из (2)–(5), могут быть вычислены значения давления и температуры в точках k–n для РТ1 и РТ2.

На рис. 5 представлен цикл работы двигателя в случае воспламенения топливно-воздушной смеси в ВМТ(в момент наименьшего объема РТ1 и РТ2 в полости золотника). В табл. 1 представлены значения термодинамических характеристик в т. j–p.

Таблица 1

Рис. 5. Рабочий цикл РТ1 j-k-•-m-n-o-p – сплошная линия) и РТ2 (•-m-n-o – штрихпунктир) в ДВС типа Д2 (см. стр. 8)

на P -V и S -T диаграммах

18

Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе. Часть 2

Из рис. 5 видно, что в момент смешения газов температура смеси оказывается равной 1366 K при давлении 15 атм. Очевидно, что если в этом объеме содержатся пары топлива, то они воспламенятся. Таким образом, для конструкции двигателя с всасыванием в статор топливно-воздушной смеси(от карбюратора), выполненные расчеты некорректны, поскольку в них предполагается воспламенение смеси в ВМТ. Однако, изображенный на рис. 4. цикл реализуется, если в момент смешивания газов температура и

~ ~

давление РТ2 равны параметрам в атмосфере: P6 = Pa , T6 = Ta , в случае пуска ДВС(см. ниже), или когда впрыск топлива осуществляется в полость золотника в момент, когда ее объем минимальный. Такой тип цикла двигателя ниже по тексту будет обозначаться Д2.

Для анализа рабочего цикла реализованной в ОКБ конструкции двигателя (ниже по тексту Д1) в уравнения (3)–(7) необходимо внести изменения.

Как и в предыдущем случае, процессы сжатия и смешения j– k–• описываются уравнениями (2)–(3).

В процессе •–m происходит воспламенение и горение топ- ливно-воздушной смеси:

В процессе m–n– адиабатическое сжатие:

Процесс n–o характеризуется адиабатическим расширением до момента отсечения газа, находящегося в полости золотника от газа в статоре:

19

Международная научно-практическая конференция

Затем, как и в предыдущем случае, следует процесс o–p дальнейшего расширения p–j – соответствует выхлопу и всасыванию РТ1.

По вычисленным значениям давления и температуры в .тo, используя уравнения (9)–(11) определяются термодинамические характеристики в остальных, изображенных на рис. 3 точках. Цикл работы двигателя в этом случае имеет вид, изображенный на рис. 5. Значения термодинамических характеристик в точках j–p представлены в табл. 2.

Рис. 6. Рабочий цикл РТ1 j-k-•-m-n-o-p – сплошная линия) и РТ2 •-m-n-o – штрихпунктир) в ДВС типа Д1

на P -V и S -T диаграммах

Отметим основное отличие в циклах ДВС типов Д1 и Д2. Из рис. 5 видно что в ДВС типа Д2 рабочее тело 2 совершает положительную работу (в период от момента воспламенения смеси до момента отсечения газов статора и полости золотника). В то время, как в ДВС типа Д1 рабочее тело 2 работы не совершает (см. рис. 6).

Однако, величина максимального давления и температуры в ДВС типа Д2 ( Pmax » 327 атм. и Tmax » 4830 K) почти в два раза меньше чем в ДВС типа Д1 (( Pmax » 604 атм. и Tmax » 8934 K). Как следствие, в ДВС типа Д1 средний (за рабочий цикл) момент оказывается больше чем в ДВС типа Д2 (см. ниже).

20

Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе. Часть 2

Таблица 2

Отметим также, что вычисленные значения температуры и давления для идеализированного рабочего цикла значительно превышают реальные [3, 4], реализующиеся в действующей конструкции, в силу принятых для расчета приближений(отмеченных выше). Однако тот факт, что максимальная величина давления и температуры достигается в полости золотника, наиболее подвижной части конструкции ДВС, позволяет заключить, что потери на трение в такой конструкции будут значительны и тем больше, чем выше Tmax и Pmax . Как следствие, процесс рабочего цикла m–n–o в реальном ДВС характеризуется отрицательной работой (потерями). Кроме того, в действующей конструкции, рассчитанной как для запуска, так и рабочего режима, для диапазона температур ~ Tmax , конструктивно необходимая величина зазоров, очевидно приведет к интенсивным перетокам газа(с учетом большой разницы давления в разных частях рабочего объема, разделенных золотником и поршнем). Это также приведет к увеличению потерь, ухудшению качества топливно-воздушной смеси и, возможно, приведет к ее преждевременному воспламенению (например в начале процесса сжатия j–k). Для сравнения, вычис-

ленные значения максимального давления в идеализированном цикле четырехтактного поршневого ДВС не превышают200 атм. Исходя из вышесказанного, одним из способов оптимизации ДВС можно считать уменьшение Tmax и Pmax . С этой точки зрения цикл ДВС типа 2 (см. рис. 4 и табл. 1) представляется более предпочтительным. К понижению Tmax и Pmax также может привести оп-

21