CC BY
31
Судовые энергетические установки, устройства и системы, технические средства судовождения, электрооборудование судов
УДК 621.23
А.Н. Соболенко
Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет,
690087, г. Владивосток, ул. Луговая, 52б
ОБОБЩЕННЫЙ ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ЦИКЛ ШЕСТИТАКТНОГО ДВС И ЕГО ЧАСТНЫЕ СЛУЧАИ ПОДВОДА ТЕПЛОТЫ
Приведены термодинамические схемы идеального цикла шеститакного ДВС и восемь термодинамических схем его частных случаев подвода теплоты в первом и втором процессах, определяемых крайними значениями параметров ph р2, Х1 и Х2 . Это следующие циклы, когда параметры: 1) p1 = р2 =
1, hi ф 1, X2 ф ; 2) pi = 1, р2 ф 1, Хф 1, Х2 = 1; 3) pi = 1, Р2 ф 1, Хф 1, Х2 = 1; 4) pi Ф 1, р2 ф1, Xi Ф 1, Х2 =1; 5) pi Ф1, р2 =1, Х1Ф1, Х2 ф 1; 6) pi = 1, Р2 ф 1, Х1Ф1, Х2 ф 1; 7) pi ф 1, Р2 Ф1, Х1 = 1, Х2 ф 1; 8) pi Ф1, р2 = 1, Х1 = 1, Х2 ф 1.
Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания, шеститактный, теоретический цикл, параметры.
A.N. Sobolenko
ТНЕ INTEGRATED IDEAL SIX-CYCLE OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND ITS PARTICULAR CASES OF HEAT SUPPLY
Thermodynamic schemes of the ideal cycle of the six-cycle internal combustion engine are given. The eight thermodynamic schemes of its particular cases, determined extreme values of parameters p1, p2, Х1 and Х2. These are next cycles with parameters: 1) p1 = p2 = 1, Х1 Ф 1, Х2 Ф ; 2) p1 = 1, p2 Ф 1, Хф 1, Х2 = 1; 3) pi = 1, p2 ф 1, ХФ 1, Х2 = 1; 4) pi Ф1, p2 ф1, Х1Ф1, Х2 =1; 5) pi Ф1, p2 =1, Х1 ф 1, Х2 ф 1; 6) pi = 1, p2 ф 1, Х1Ф1, Х2 ф 1; 7) pi Ф 1, p2 Ф1, Х1 = 1, Х2 ф 1; 8) pi Ф1, p2 = 1, Х1 = 1, Х2 ф 1.
Key words: internal combustion engine, six-cycle, theoretical cycle, parameters.
В настоящее время существует ряд публикаций, посвященных шеститактным двигателям внутреннего сгорания. В основном в них освещаются практические аспекты и конструктивные решения этого типа двигателей. Теоретическим аспектом шеститакного цикла не уделяется внимания. Опубликованных работ, посвященных исследованию теоретического цикла шеститакного двигателя, практически нет. А между тем исследование теоретического цикла позволяет установить предел экономичности и эффективности цикла и определить предел использования теплоты в нем. В настоящей статье представляется попытка устранить этот пробел.
В основу исследования положена методика, разработанная В.А. Ваншейдтом [1].
При рассмотрении теоретического (идеального) цикла делаются следующие допущения:
1) предполагается, что цикл осуществляется постоянным количеством идеального газа неизменного химического состава и постоянной теплоемкости;
2) предполагается, что процессы сжатия и расширения протекают без теплообмена с окружающей средой, т.е. адиабатно;
3) сгорание топлива и удаление продуктов сгорания заменяется условными процессами подвода и отвода теплоты, протекающими при постоянном объеме и постоянном давлении. На рис. 1 в координатах давление - объем (p - V) и температура - энтропия (T - S) изображена схема обобщенного идеального шеститактного цикла поршневого двигателя.
Цикл состоит из адиабатного сжатия а1с1, смешанного подвода теплоты в первом процессе сгорания с1у111, адиабатного расширения z1b1, второго адиабатного процесса сжатия а2с2, смешанного подвода теплоты во втором процессе сгорания суг2, адиабатного расширения z2b и смешанного отвода теплоты частью по изохоре bf, частью по изобаре fQ1.
55
Научные труды Дальрыбвтуза. Том 33
ISSN 2222-4661
Рис. 1. Схема обобщенного идеального шеститактного цикла Fig. 1. The scheme of the integrated ideal cycle of the six-cycle engine
Характеристиками цикла являются [1]:
Va1 V
степень сжатия s =
Vc1 Vc
a2
c2
• степень повышения давления при сгорании в первом процессе
ъ =
Р z1
Рс1
• степень повышения давления при сгорании во втором процессе Я2 =
• степень предварительного расширения первого процесса сгорания р1
Р z 2 ; Рс 2 ’
= V-L-
Vc1;
• степень предварительного расширения второго процесса сгорания р2
V.
z2
Vc
c2
• характеристика способа отвода теплоты a =-.
Р f
При постоянном общем количестве теплоты, подводимой в первом и втором процессах подвода теплоты, соотношение между количеством теплоты, подведенным при V = const и p = const, может быть различным. Крайними случаями будут такие, когда вся теплота подводится либо только по изохоре, либо только по изобаре.
Если вся теплота в первом и втором процессах подводится только по изохоре, то получаем цикл сгорания при постоянном объеме, так называемый цикл быстрого сгорания (рис. 2).
В этом случае процессы подвода теплоты при постоянном давлении отсутствуют, поэтому параметры р1 = р2 = 1, тогда как Х1 Ф 1, Х2 Ф 1.
56
Судовые энергетические установки, устройства и системы, технические средства судовождения, электрооборудование судов
Рис. 2. Схема обобщенного идеального шеститактного цикла с подводом теплоты
при постоянном объеме
Fig. 2. The scheme of the integrated ideal cycle of the six-cycle engine with constant volume heat supply
Если вся теплота в первом и втором процессах подводится только по изобаре, то получаем цикл сгорания при постоянном давлении, так называемый цикл постепенного сгорания (рис. 3).
В этом случае подводы теплоты при постоянном объеме отсутствуют, поэтому параметры Х1 = Х2 = 1, тогда как р1 Ф р2 Ф 1.
Рис. 3. Схема обобщенного идеального шеститактного цикла с подводом теплоты
при постоянном давлении
Fig. 3. The scheme of the integrated ideal cycle of the six-cycle engine with constant pressure heat supply
57
Научные труды Дальрыбвтуза. Том 33
ISSN 2222-4661
Если вся теплота в первом процессе подводится по изохоре, а во втором процессе подводится только по изобаре, то получаем цикл сгорания со смешанным подводом теплоты, который аналогичен циклу подвода теплоты в простом ДВС. В этом случае р1 = 1, р2 Ф 1 и h Ф 1, а Х2 = 1 (рис. 4).
Цикл со смешанным подводом теплоты в первом процессе и изобарным процессом подвода теплоты во втором процессе представлен на рис. 5.
Рис. 4. Схема обобщенного идеального шеститактного цикла c первым процессом подвода теплоты при постоянном объеме и со вторым процессом теплоты при постоянном давлении Fig. 4. The scheme of the ideal cycle of the six-cycle engine with the first process of heat supply by constant volume and with the second process of heat supply by constant pressure
Рис. 5. Схема обобщенного идеального шеститактного цикла с первым смешанным процессом подвода теплоты и со вторым процессом теплоты при постоянном давлении Fig. 5. The scheme of the ideal cycle of the six-cycle engine with the mixed first process of heat supply and with the second process of heat supply by constant pressure
58
Судовые энергетические установки, устройства и системы, технические средства судовождения, электрооборудование судов
В этом случаер\ Ф 1, р2 ф 1 и Х1 Ф 1, а Х2 = 1.
Цикл со смешанным подводом теплоты в первом процессе и изохорным процессом подвода теплоты во втором процессе представлен на рис. 6.
В этом случае р\ Ф 1, р2 =1 и Х\ Ф 1, а ф 1.
Цикл с изохорным процессом подвода теплоты в первом процессе и со смешанным подводом теплоты во втором процессе представлен на рис. 7.
Рис. 6. Схема обобщенного идеального шеститактного цикла с первым смешанным процессом подвода теплоты и со вторым процессом теплоты при постоянном объеме Fig. 6. The scheme of the ideal cycle of the six-cycle engine with the mixed first process of heat supply and with the second process of heat supply by constant volume
Рис. 7. Схема обобщенного идеального шеститактного цикла с первым процессом теплоты при постоянном объеме и со смешанным вторым процессом подвода теплоты Fig. 7. The scheme of the ideal cycle of the six-cycle engine with the first process of heat supply by constant volume and with the second process of mixed heat supply
59
Научные труды Дальрыбвтуза. Том 33
ISSN 2222-4661
В этом случаер\ = 1, р2 ф 1 и Х1 Ф 1, Х2 ф 1.
Цикл с изобарным процессом подвода теплоты в первом процессе и со смешанным подводом теплоты во втором процессе представлен на рис. 8. В этом случаер\ Ф 1, р2 Ф 1 и Х1 = 1, а Х2 ф 1.
Цикл с изобарным процессом подвода теплоты в первом процессе и с изохорным подводом теплоты во втором процессе представлен на рис. 9.
Рис. 8. Схема обобщенного идеального шеститактного цикла с первым процессом теплоты при постоянном давлении и со смешанным вторым процессом подвода теплоты Fig. 8. The scheme of the ideal cycle of the six-cycle engine with the first process of heat supply by constant pressure and with the second process of mixed heat supply
Рис. 9. Схема обобщенного идеального шеститактного цикла с первым процессом теплоты при постоянном давлении и с изохорным вторым процессом подвода теплоты Fig. 9. The scheme of the ideal cycle of the six-cycle engine with the first process of heat supply by constant pressure and with the second isochoric process of heat supply
60
Судовые энергетические установки, устройства и системы, технические средства судовождения, электрооборудование судов
В этом случаер\ Ф 1, р2 = 1 и Х1 = 1, аХ2 ф 1.
В результате проведенного анализа установлено, что для обобщенного идеального цикла существует восемь частных случаев, обусловленных крайними условиями подвода теплоты в первом и втором процессах. Это определят восемь неповторяющихся сочетаний в формуле теоретического КПД таких параметров цикла, как р\, р2, Х\ и Х2. Их значения определяются количеством теплоты, подводимой в действительном процессе.
Эти все сочетания подлежат исследованию на предмет определения их значений с точки получения наивысшего КПД теоретического цикла шеститактного ДВС.
Список литературы
Ваншейдт В. А. Судовые двигатели внутреннего сгорания (теория). - Л.: Судпромгиз, 1950. - 391 с.
Сведения об авторе: Соболенко Анатолий Николаевич, доктор технических наук,
профессор, e-mail: sobolenko_a@mail.ru.
61
