CC BY
14УДК 621.43.031
Юльбердин Р.Р.
Аспирант 1-го года обучения кафедры теплоэнергетики и физики Башкирский государственный аграрный университет
(Россия, г. УФА)
Якупова А.А.
Магистрант 2-го года обучения кафедры автомобилей
и машино-тракторных комплексов Башкирский государственный аграрный университет
(Россия, г. УФА)
Калинин В.А.
Магистрант 2-го года обучения кафедры автомобилей
и машино-тракторных комплексов Башкирский государственный аграрный университет
(Россия, г. УФА)
Шафиков Л.И.
Бакалавр 4-го года обучения кафедры автомобилей
и машино-тракторных комплексов Башкирский государственный аграрный университет
(Россия, г. УФА)
ПОВЫШЕНИЕ ИНДИКАТОРНОГО КПД ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Аннотация: в данной статье представлено теоретическое обоснование повышения индикаторного КПД.
Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания, степень сжатия, коэффициент полезного действия, давление газов.
Введение. В настоящее время наблюдается тенденция форсирования двигателей внутреннего сгорания (ДВС) применением наддува, изменением степени сжатия и других конструктивных параметров. При этом ограничивающим фактором являются механическая прочность и термонапряжённость деталей ДВС [1,2].
Высокие величины давления и температуры возникают в процессе работы ДВС лишь кратковременно, что даёт резервы повышения данных параметров в период рабочего цикла и получить дополнительную работу. Согласно этому необходимо совершенствовать теоретические циклы ДВС для более полного использования их конструктивного ресурса [3,4,5].
Цель работы. Теоретическое обоснование возможности повышения индикаторного КПД ДВС.
Результаты исследования. Пусть ртах максимальное давление в рабочем цикле, допустимое по условию прочности конструктивных элементов, а ТРтах максимальная температура при этом давлении. В процессе цикла расширения давление падает, но при этом возрастает температура газов. Если при этом продолжается подвод теплоты, то несмотря на снижение давления прочность конструктивных элементов может не обеспечиваться из-за температурного фактора [6,7].
Исходя из этого, подвод теплоты в процессе рабочего цикла необходимо вести, чтоб произведение давления на температуру оставалось постоянным рТ=сот1.
Пусть
РТ=К. (1)
Тогда из уравнения состояния идеально газа ри=ЯоТ следует
Р и = Яо РТ,
где и- молярный объём;
Яо- газовая постоянная.
С учётом уравнения (1)
"0 к
р = л\ \ ■ (2)
Удельная работа расширения при этом
нмт нмт НМТ
I = \ р^и = 4"к • \и~°-5•йи = 2Л["0К • \ , (3)
где ВМТ и НМТ - верхний и нижний мертвые точки.
Обозначив 2" • N как константу работы N и используя уравнение (1) Ртах и ТРтах можно записать
N = ^"о ^тпах Тртх ■ (4)
Тогда удельная работа расширения будет равна
N = 2
НМТ ,- ,-
"о •Ртах •Тртх ■и\ШТ= N• Л1°НМТ Ч\мТ • (5)
С учетом преобразований
I = .АНМТ = 2• Р • \НМТ = 2• (Р \ - Р \ ) = 2-Л(Т - Т )(6)
1 г~ и\ВМТ 2 1 и\ВМТ 2 (РНМТ иНМТ РВМТ иВМТ ) 2 Л (ТНМТ ТВМТ ) (6)
Согласно этого уравнения получается, что важными факторами являются и температура отработавших газов, газовая постоянная смеси.
Для повышения газовой постоянной смеси можно применять различные присадки к топливу при подаче его в цилиндр ДВС Повышение температуры отработавших газов можно достичь путем подвода дополнительного тепла в фазе расширения, называемый смещенным подводом тепла, который является оптимальным для ДВС поршневого типа.
Этому требованию отвечают дизельные ДВС. Их особенность заключается в том, что впрыск топлива продолжается и в цикле расширения, при этом продолжает повышаться температура и давление.
Если описать рассматриваемый процесс уравнением Р1Р=сот(, то можно сделать вывод, что он протекает с показателем политропы равным 0,5.
Необходимый способ подвода теплоты можно осуществлять настройкой топливной аппаратуры на данный режим работы [8,9].
Вывод. Предлагаемые мероприятия позволят увеличить эффективную мощность ДВС. Это в свою очередь конечно увеличивает расход топлива из-за повышения температуры отработавших газов, но при дополнительном использовании средств трансформации тепловой энергии выбрасываемой из ДВС в механическую можно повысить эффективность работы ДВС. Установками трансформации тепловой энергии могут служить, например турбокомпаудные двигатели.
Библиографический список
1. Баширов, Р.М. Автотракторные двигатели: конструкция, основы теории и расчета. - Москва: Лань, 2017. - 335 с.
2. Сафин, Ф.Р. Совершенствование методики и средств регулирования топливной аппаратуры автотракторных дизелей [Текст] / Ф.Р. Сафин // Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. - Оренбург, 2015. - 145 с.
3. Сафин Ф.Р. Повышение экономичности работы дизельных поршневых двигателей когенерационных установок [Текст] / Ф.Р. Сафин // В сборнике: Современные технологии в системах отопления, водоснабжения и вентиляции материалы IV международной научно-практической конференции, проводимой в рамках XX специализированной выставки "Отопление. Водоснабжение. Вентиляция". 2016. С. 33-37.
4. Сафин Ф.Р. Тепловой баланс двигателя внутреннего сгорания [Текст] / Ф.Р. Сафин, Р.Р. Назмутдинов // В сборнике: Современное состояние, традиции и инновационные технологии в развитии АПК материалы международной научно-практической конференции в рамках XXVIII Международной специализированной выставки "Агрокомплекс-2018". Башкирский государственный аграрный университет. 2018. С. 171-175.
5. Сафин Ф.Р. Устройство для диагностики топливных систем дизельных
когенерационных установок [Текст] / С.З. Инсафуддинов, Ф.Р. Сафин, А.А. Шарафеев//
В сборнике: Отопление. Водоснабжение. Кондиционирование Материалы
Международной научно-практической конференции, проводимой в рамках XVII
485
специализированной выставки. 2013. С. 16-18.
6. Инсафуддинов, С.З. Теплотехника. - Уфа: Башкирский ГАУ, 2014. - 130 с.
7. Баширов, Р.М. Совершенствование способа регулирования топливной аппаратуры дизелей [Текст] / Р.М.Баширов, Ф.Р. Сафин., Р.Ж. Магафуров// В сборнике: Отопление. Водоснабжение. Кондиционирование Материалы Международной научно-практической конференции, проводимой в рамках XVII специализированной выставки. 2013. С. 16-18.
8. Сафин Ф.Р. Регулирование топливной аппаратуры на стендах с впрыском в среду с противодавлением как фактор повышения экономичности работы дизелей [Текст] / Ф.Р. Сафин, П.А. Иофинов// В сборнике: Наука молодых - инновационному развитию АПК материалы Международной молодежной научно-практической конференции. 2016. С. 329-335.
9. Сафин Ф.Р. Стенд для проверки форсунок топливных систем дизелей [Текст] / Ф.Р. Сафин, А.А. Шарафеев// В сборнике: Молодежная наука и АПК: проблемы и перспективы Материалы международной научно-практической конференции молодых ученых, посвященной 80-летию ФГОУ ВПО "Башкирский ГАУ". 2010. С. 80-82.
