Цикл дизеля кратко и понятно

Обновлено: 05.07.2024

Цикл Дизель представляет собой процесс сгорания возвратно - поступательного действия двигателя внутреннего сгорания . В нем топливо воспламеняется за счет тепла, выделяемого при сжатии воздуха в камере сгорания, в которое затем впрыскивается топливо. Это отличается от воспламенения топливно-воздушной смеси свечой зажигания, как в двигателе с циклом Отто ( четырехтактный / бензиновый). Дизельные двигатели используются в самолетах , автомобилях , электрогенераторах , дизель-электрических локомотивах , а также в надводных кораблях и подводных лодках .

Предполагаются , цикл Дизеля иметь постоянное давление во время начальной части фазы сгорания ( чтобы на диаграмме ниже). Это идеализированная математическая модель: у реальных физических дизелей действительно есть повышение давления в этот период, но оно менее выражено, чем в цикле Отто. В противоположности этому , идеализированный цикл Отто из бензиновых двигателей приближается к процессу постоянного объема в течение этого этапа. V 2 > V 3 >

СОДЕРЖАНИЕ

Идеальный дизельный цикл

На изображении показана диаграмма pV для идеального дизельного цикла; где это давление и V объем или объемное удельное если процесс помещается на единицу массы основы. Идеализированный Дизель цикл предполагает идеальный газ и игнорирует горения химии, exhaust- и процедуру пополнения и просто следующим образом четыре различных процесса: п v

1 → 2: изоэнтропическое сжатие жидкости (синий)
2 → 3: реверсивный нагрев при постоянном давлении (красный)
3 → 4: изэнтропическое расширение (желтый)
4 → 1: реверсивное охлаждение с постоянным объемом (зеленый)

Дизельный двигатель - это тепловой двигатель: он преобразует тепло в работу . Во время изоэнтропических процессов на дне (синий) энергия передается в систему в виде работы , но по определению (изоэнтропический) никакая энергия не передается в систему или из нее в виде тепла. Во время процесса постоянного давления (красный, изобарический ) энергия поступает в систему в виде тепла . Во время верхних изэнтропических процессов (желтый) энергия передается из системы в виде тепла, но по определению (изоэнтропический) энергия не передается в систему или из нее в виде тепла. Во время процесса постоянного объема (зеленый, изохорный ) часть энергии выходит из системы в виде тепла через правильный процесс сброса давления . Работа, которая покидает систему, равна работе, которая входит в систему, плюс разница между теплом, добавленным к системе, и теплом, покидающим систему; Другими словами, чистый выигрыш от работы равен разнице между теплом, добавленным к системе, и теплом, покидающим систему. W я п > Q я п > W о ты т > Q о ты т >

Работа в ( ) выполняется поршнем, сжимающим воздух (система). W я п >
Тепло в ( ) происходит за счет сгорания топлива Q я п >
Тренировка ( ) выполняется за счет расширения рабочей жидкости и толкания поршня (это производит полезную работу) W о ты т >
Отвод тепла ( ) осуществляется за счет выпуска воздуха Q о ты т >
Произведенная чистая работа = - Q я п > Q о ты т >

Произведенная чистая работа также представлена областью, заключенной в цикл на диаграмме PV. Чистая работа производится за цикл и также называется полезной работой, поскольку она может быть превращена в другие полезные виды энергии и приводить в движение транспортное средство ( кинетическая энергия ) или производить электрическую энергию. Суммирование множества таких циклов за единицу времени называется развиваемой мощностью. Это также называется полной работой, часть которой используется в следующем цикле двигателя для сжатия следующего заряда воздуха. W о ты т >

Максимальный тепловой КПД

Максимальный тепловой КПД дизельного цикла зависит от степени сжатия и отсечки. При стандартном анализе холодного воздуха он имеет следующую формулу :

Коэффициент отсечки может быть выражен в терминах температуры, как показано ниже:

Эта формула дает только идеальный тепловой КПД. Фактический тепловой КПД будет значительно ниже из-за потерь тепла и трения. Эта формула более сложна, чем соотношение цикла Отто (бензин / бензиновый двигатель), которое имеет следующую формулу:

Дополнительная сложность формулы дизельного топлива возникает из-за того, что подвод тепла осуществляется при постоянном давлении, а отвод тепла - при постоянном объеме. Для сравнения, цикл Отто имеет как добавление тепла, так и отвод тепла при постоянном объеме.

Сравнение эффективности с циклом Отто

Сравнивая две формулы, можно увидеть, что для данной степени сжатия ( r ) идеальный цикл Отто будет более эффективным. Однако настоящий дизельный двигатель в целом будет более эффективным, поскольку он сможет работать при более высоких степенях сжатия. Если бы у бензинового двигателя была такая же степень сжатия, то возникла бы детонация (самовоспламенение), и это сильно снизило бы эффективность, тогда как в дизельном двигателе самовоспламенение является желаемым поведением. Кроме того, оба этих цикла - всего лишь идеализации, и реальное поведение не разделяется так четко или резко. Кроме того, указанная выше идеальная формула цикла Отто не включает потери на дросселирование, которые не применимы к дизельным двигателям.

Приложения

Дизельные двигатели

Дизельные двигатели имеют самый низкий удельный расход топлива по сравнению с любым большим двигателем внутреннего сгорания, использующим один цикл, 0,26 фунта / л.с. · ч (0,16 кг / кВт · ч) для очень больших судовых двигателей (электростанции с комбинированным циклом более эффективны, но в них используются два двигателя. чем один). Двухтактные дизели с принудительной индукцией высокого давления, особенно с турбонаддувом , составляют значительную часть самых крупных дизельных двигателей.

В Северной Америке дизельные двигатели в основном используются в больших грузовиках, где цикл с низким напряжением и высоким КПД позволяет значительно продлить срок службы двигателя и снизить эксплуатационные расходы. Эти преимущества также делают дизельный двигатель идеальным для использования на тяжелых железных дорогах и при землеройных работах.

Другие двигатели внутреннего сгорания без свечей зажигания

Некоторые экспериментальные двигатели 19-го века или более ранние использовали для зажигания внешнее пламя, открытое клапанами, но это становится менее привлекательным с увеличением сжатия. ( Термодинамическое значение сжатия было установлено исследованием Николя Леонара Сади Карно .) Исторический подтекст этого состоит в том, что дизельный двигатель мог быть изобретен без помощи электричества.
См. Развитие двигателя с горячей лампой и непрямого впрыска для исторического значения.

В двигателях, работающих по циклу Дизеля, в цилиндр со сжатым воздухом через специальную форсунку впрыскивается топливо (мазут, соляровое масло, дизтопливо, керосин), т.е. смесеобразование происходит в отличие от цикла Отто не вне, а внутри цилиндра. В среде сжатого воздуха (давление 3…5 МПа и температура до 1000 К) топливо самовоспламеняется и медленно сгорает практически при постоянном давлении. Распыление топлива производят сжатым (5…6 МПа) воздухом. Сжатие воздуха создаётся специальным компрессором высокого давления.

Идеализированные замкнутые циклы осуществленные с чистым воздухом представлены в p-V и T-S диаграммах (рис.8.2)

В точке 1 происходит процесс засасывания чистого атмосферного воздуха. Кривая 1-2 показывает процесс адиабатного сжатия этого воздуха до давления p₂. Обычно, степень сжатия достигает в цикле Дизеля значений

В точке 2 начинается впрыск топлива в цилиндр, которое самовоспламеняется и сгорает при постоянном давлении, что обеспечивает расширение газа от V₂ до V₃ (при p=const).

В точке 3 процесс впрыска топлива и его сгорания оканчивается и начинается адиабатное расширение рабочего тела (процесс трансформации теплоты в работу).

В точке 4 открывается выхлопной клапан цилиндра, и давление в цилиндре понижается до атмосферного – идёт процесс изохорного теплообмена 4-1, газ высокого давления и температуры выталкивается в атмосферу. Как видно из диаграммы, идеализированный цикл Дизеля состоит из двух адиабат (адиабата сжатия 1-2 и адиабата расширения 3-4), изобары 2-3, по которой осуществляется подвод тепла q₁ и изохоры 4-1, по которой осуществляется отвод тепла q₂ к холодному источнику.

Рис. 8.2. Изображение идеального цикла двигателя с подводом тепла при постоянном давлении а) в рабочей диаграмме б) тепловой диаграмме

Вычислим термический кпд этого цикла. Для этого введём дополнительные обозначения – степень предварительного расширения и степень последующего расширения d.

Из общего выражения для термического кпд любого цикла

С учётом того, что в изобарном процессе 2-3

И в изохорном процессе 4-1

Аналогично методике анализа цикла Отто выразим каждую последующую температуру через предыдущую.

Для адиабатного процесса 1-2

Для изобарного процесса 2-3

Для адиабатного процесса (3-4)

Подставляя полученные значения температур в уравнение термического кпд получим

Анализ соотношения (8.8) показывает, что термический кпд цикла Дизеля тем выше, чем больше степень сжатия (как и в цикле Отто) и чем выше величина (степени предварительного расширения).

Для сравнения циклов Отто и Дизеля необходимо принимать в обоих циклах либо одинаковую величину степени сжатия , либо наивысшую температуру рабочего тела в цикле (T₃). При этом исходные параметры рабочего тела в начальной точке цикла (p₁, V₁, T₁) должны быть одинаковыми в обоих циклах.

Для случая, когда в циклах одинаковые степени сжатия из выражений (8.5) и (8.8) видно что термический кпд цикла Отто выше термического кпд Дизеля. Однако главным преимуществом цикла Дизеля является возможность работать при более высоких степенях сжатия (по сравнению с циклом Отто). Поэтому более правомерно сравнение при условии одинаковой наивысшей температуры цикла (T₃).

Рис. 8.3. Сравнение циклов Отто и дизеля

На рис. 8.3 в диаграмме T-S совмещены циклы Отто и Дизеля при одинаковых начальных (p₁, V₁, T₁) параметрах и одинаковой максимальной температуры. Так как изохора идёт круче изобары, очевидно, что тепла, трансформируемого в работу в цикле Дизеля больше и следовательно, термический кпд цикла Дизеля выше.

При сравнении обоих циклов при равной работе и максимальном давлении видно, что тепла q₂ в цикле Отто больше и, следовательно, h цикла Отто ниже.

Кроме того, двигатель Дизеля может работать на менее качественном и потому более дешевом топливе.

Известным недостатком двигателя Дизеля (по сравнению с циклом Отто) является необходимость затрат работы на привод устройства для распыления топлива.

Идеализированные замкнутые циклы осуществленные с чистым воздухом представлены в p-V и T-S диаграммах (рис.8.2)

Из общего выражения для термического кпд любого цикла

С учётом того, что в изобарном процессе 2-3

И в изохорном процессе 4-1

Аналогично методике анализа цикла Отто выразим каждую последующую температуру через предыдущую.

Для адиабатного процесса 1-2

Для изобарного процесса 2-3

Для адиабатного процесса (3-4)

Подставляя полученные значения температур в уравнение термического кпд получим

Рис. 8.3. Сравнение циклов Отто и дизеля

Кроме того, двигатель Дизеля может работать на менее качественном и потому более дешевом топливе.

Степень сжатия ε в цикле может быть повышена, если сжимать не горючую смесь, а чистый воздух, и затем после окончания процесса сжатия вводить в цилиндр горючее. Именно на этом принципе основан цикл Дизеля (названный по имени немецкого инженера Р. Дизеля, построившего в 1897 г. двигатель, работавший по этому циклу). Схема двигателя, работающего по циклу Дизеля, и индикаторная диаграмма этого двигателя представлены на рисунке ниже. В процессе а-1 в цилиндр двигателя засасывается чистый атмосферный воздух; в процессе 1-2 осуществляется адиабатное сжатие этого воздуха до давления р2 (степень сжатия в двигателях с циклом Дизеля обычно достигает ε = 15÷16). Затем начинается процесс расширения воздуха и одновременно через специальную форсунку впрыскивается топливо (керосин, соляровое масло). За счет высокой температуры сжатого воздуха топливо воспламеняется и сгорает при постоянном давлении, что обеспечивается расширением газа от v2 к v3 при постоянном давлении. Поэтому цикл Дизеля называют циклом со сгоранием при постоянном давлении.

После того как процесс ввода топлива в цилиндр заканчивается (точка 3), дальнейшее расширение рабочего тела происходит по адиабате 3-4. В состоянии, соответствующем точке 4, открывается выхлопной клапан цилиндра, давление в цилиндре снижается до атмосферного (по изохоре 4-5) и газ выталкивается из цилиндра в атмосферу (линия 5-b); таким образом, цикл Дизеля — это четырехтактный цикл.

Термический КПД цикла Дизеля тем выше, чем больше степень сжатия ε (как и в цикле Отто ).

Сравним между собой значения термических КПД циклов Отто и Дизеля, принимая в обоих циклах одинаковой либо степень сжатия ε, либо наивысшую температуру рабочего тела в цикле T3; разумеется, исходные параметры рабочего тела в начальной точке цикла ( p1, v1, T1) считают одинаковыми для обоих циклов.

Если принять, что степень сжатия в обоих циклах одна и та же, то термический КПД цикла Отто выше термического КПД цикла Дизеля. Однако сравнение КПД этих циклов при условии одинаковых значений ε вряд ли правомерно, так как преимуществом цикла Дизеля по сравнению с циклом Отто является, как отмечалось выше, именно возможность достижения более высоких степеней сжатия.

При сравнении обоих циклов при равных работах цикла Lц = q1 – q2 и максимальном давлении легко заметить, что теплота q2 в цикле Отто больше, чем в цикле Дизеля, а термический КПД меньше. Подобное сравнение наиболее оправдано и дает основание считать цикл Дизеля более экономичным, чем цикл Отто. Надо при этом отметить, что двигатель Дизеля, не нуждающийся в карбюрировании топлива, может работать на более низкосортном топливе. Основными недостатками двигателя Дизеля по сравнению с двигателем Отто являются необходимость затраты работы на привод устройства для распыления топлива и относительная тихоходность, обусловленная более медленным сгоранием топлива

Идеальные циклы тепловых двигателей учитывают только одну потерю теплоты, связанную с ее отводом к холодному источнику.

На рисунках 1.2 а) и б) изображены теоретические циклы дизелей с газотурбинным наддувом при импульсном и изобарном подводе газов к турбине.

Процессы в цилиндре в обоих случаях идентичны: а-с – адиабатное сжатие от давления р а = р5 до р с при перемещении поршня от НМТ к ВМТ; c -z ‘ подвод тепла Qv к рабочему телу при постоянном объеме; z’-z – подвод тепла Qp к рабочему телу при постоянном давлении; z-b – адиабатное расширение рабочего тела при перемещении поршня к НМТ.

При импульсном подводе газов к турбине (Рис. 1.2. а) на участке b – f осуществляется адиабатное расширение рабочего тела в турбине до давления окружающей среды р 0. Участок f-o соответствует отводу тепла Q t _отв от газовой турбины на холодный источник. На участке о~к осуществляется адиабатное сжатие рабочего тела в компрессоре. Для уменьшения температуры рабочего тела, поступающего в цилиндр из компрессора, на участке к-a осуществляется отвод тепла от рабочего тела (промежуточное охлаждение) при постоянном давлении Ps. Вследствие промежуточного охлаждения плотность рабочего тела увеличивается, а отрицательная работа сжатия в цилиндре уменьшается.

При изобарном подводе газов к турбине (рис. 1.2. б) на участке b-а рабочее тело перемещается из цилиндра в выпускной коллектор, при этом его давление мгновенно снижается от р_b до p_s. Далее по изобаре а – г оно подводится к турбине, где на участке r – f осуществляется расширение и далее, как описано выше. В точке а цикл замыкается.

Из рассмотренного выше ясно, что даже в идеальном варианте цикл дизеля с газотурбинным наддувом достаточно сложен, поэтому целесообразно для дальнейшего рассмотрения процессов, протекающих в цилиндре, ограничиться только той частью идеального цикла, которая относится к цилиндру. Процессы в системах газообмена и наддува с их теоретическим циклом подробно излагаются далее в главах – газообмен и наддув. При таком подходе будем условно допускать, что идеальный цикл замыкается по изохоре b-а. Теплота, условно отводимая при этом от рабочего тела (отвод на холодный источник), затем подводится к турбине.

Рассмотрим параметры идеального цикла.

ε = Va /Vc – степень сжатия рабочего тела в цилиндре;
р =VZ/VC – степень предварительного расширения, где Vz -объем цилиндра в конце подвода тепла;
δ =Vb/Vz – степень последующего расширения, где Vb -объем цилиндра в конце расширения.
Поскольку Vb = Va (см. рис. 1.2.), то не трудно получить соотношение между приведенными выше параметрами ε = рδ.

λ = рz/рс – степень повышения давления при подводе тепла, где рz и рс – соответственно максимальное давление цикла и давление в конце сжатия.

где Qпод, Qt, Qотв – подведенное, полезно использованное и отведенное количество тепла в цикле.

В технической термодинамике в зависимости от способа подвода тепла принято выделять три основных типа теоретических циклов поршневых ДВС: цикл Отто (все тепло подводится при постоянном объеме), цикл Дизеля (все тепло подводится при постоянном давлении) и цикл со смешанным подводом тепла (Тринклера – Сабатэ). Указанные типы циклов приведены на рисунке 1.3.

Эталоном термического совершенства циклов тепловых двигателей принят обратимый цикл Карно, имеющий максимальный термический КПД. В связи с этим, более совершенным считается идеальный цикл ДВС, имеющий наибольший ηt.

При сравнении идеальных циклов обязательно следует определить условия сравнения. Определенный интерес представляет сравнение упомянутых выше циклов при следующих условиях: во всех трех случаях значения давлений р_а и р_z остаются неизменными, также выполняется условие Qпод=const

Изменение эффективности циклов наиболее наглядно при их изображении в координатах T-s, как показано на рисунке 1.4. Здесь же для сравнения приведен цикл Карно, состоящий из следующих процессов: а-1 адиабатное сжатие рабочего тела, 1-2 подвод тепла при постоянной температуре Тmax, 2-bк адиабатное расширение и bк-а отвод тепла на холодный источник при постоянной температуре Tmin = Та. Полезно использованное в цикле тепло Q_t представлено заштрихованной на рис. 1.4 площадью. Отведенной теплоте соответствует площадь f_a-o-k-bk

Как известно из технической термодинамики, термический КПД цикла Карно определяется соотношением температур:

Так как Q_под во всех случаях остается неизменным, то соответствующие ему площади f_o-a-l-2-bk-k (цикл Карно) f_{0-a-cv-zv-bv-v} (цикл Отто), f_0-a-cm-bm-m ( цикл со смешанным подводом тепла) и f_{0-a-cp-zp-bp-b}
(цикл Дизеля) должны быть равны. Наибольшие значения давления и температуры в конце сжатия имеют место в цикле дизеля, наименьшие – в цикле Отто. Цикл со смешанным подводом тепла занимает промежуточное значение по величинам рс и Тс. При одинаковых значениях ра, Та и Va отмеченные различия в параметрах конца сжатия связано с различными значениями степени сжатия, а именно: ε_p > ε_m > ε_v

Количество тепла, отведенное на холодный источник, как видно из рисунка 1.4, наименьшим будет для цикла Карно (площадь f_{0-а -bk-k} ), затем в порядке возрастания этого параметра идут циклы Дизеля, Тринклера-Сабате, Отто. Поскольку во всех случаях количество подводимой теплоты и максимальные давления циклов одинаковы, полезно использованное количество теплоты для этих циклов:
Qtk>Qtp>Qtm>Qtv Так же соотносятся и термические КПД сравниваемых циклов: ηtk> ηtp> ηtm> ηtv

Таким образом, чем больше степень сжатия, тем выше термический КПД цикла. Термический КПД цикла со смешанным подводом тепла равен

Термический КПД цикла Дизеля можно получить из выше приведенной формулы, если учесть, что в этом цикле λ = 1. Тогда

Термический КПД цикла Отто также получим из первой формулы, положив, что p = 1

Приведенные выше зависимости показывают, что при любом способе подвода тепла, если не ограничивать максимальное давление цикла, с увеличением степени сжатия термический КПД цикла будет возрастать.

Цикл Отто является идеальным циклом бензиновых двигателей с воспламенением топлива от электрической искры. Поскольку в этих двигателях сжимается смесь паров бензина и воздуха, то для исключения самопроизвольного самовоспламенения топливовоздушной смеси в ходе сжатия и последующего детонационного (взрывного) сгорания степень сжатия в них невелика (менее 11).

На рисунке 1.5 штриховкой выделен идеальный цикл со смешанным подводом тепла в координатах p -V и T-s. Штриховыми линиями на рисунке показаны циклы с подводом тепла только по изохоре (c-zv) и только по изобаре (c-zp). В данном случае сравнения термодинамических циклов предполагается, что это один и тот же ДВС, у которого изменяются только условия подвода тепла. Величины Qпод, объемы цилиндра Vh, Vc, Va, степень сжатия, р_а и р_с остаются одними и теми же во всех трех случаях.

Так как температура в точке с одинакова для всех трех циклов, то средняя температура рабочего тела в процессе подвода тепла будет наибольшей для того цикла, у которого больше Tz. Из рисунка 1.5 б) видно, что Tz наибольшее значение имеет в цикле с подводом тепла только по изохоре, наименьшее – в цикле с подводом тепла только по изобаре. В цикле со смешанным подводом тепла она занимает промежуточное значение. С учетом отмеченной ранее связи средней температуры с термическим КПД цикла, вполне очевидны следующие соотношения: η_tv >η_tm >η_tp.

Таким образом, с термодинамической точки зрения выгоднее всего подводить тепло в цикле только по изохоре, менее выгодно – по изобаре. Если полученный вывод перенести на реальные условия, то в дизелях следует так осуществлять подачу топлива, чтобы его сгорание происходило в непосредственной близости от верхней мертвой точки (ВМТ). Однако согласно рис. 1.5 а) указанный экономический выигрыш в этом случае будет сопровождаться не менее очевидным увеличением механических нагрузок двигателя, поскольку максимальное давление p_z и параметр λ= pz /pc для цикла с подводом тепла только по изохоре имеют наибольшую величину: р_zv> p_zm> p_zp (эти параметры являются показателями механической напряженности дизеля).

Второй крайний случай подвода тепла, когда (только при р = const), приводит к обратному выводу: при худшей экономичности механические нагрузки в двигателе будут наименьшими. При смешанном подводе тепла преимущества и недостатки указанных крайних случаев подвода в той или иной степени балансируются.

В абсолютном большинстве случаев подача топлива в судовых дизелях начинается до и заканчивается после ВМТ, так что их идеальный цикл характеризуется смешанным подводом тепла, однако встречаются примеры, когда доля Qv или Qp сравнительно невелика, поэтому диаграммы рабочего цикла в координатах p -V на участке сгорания топлива по своему виду приближаются к одному из рассмотренных на рис. 1.5 крайних случаев.

Анализ можно было бы продолжить, однако рассмотренные случаи и отмеченные при этом связи между параметрами идеальных термодинамических циклов в достаточной мере позволяют применять их для качественной оценки изменения экономичности и механической напряженности судовых дизелей в условиях эксплуатации.

Дизельный двигатель появился благодаря Рудольф Дизель в 1892 году, и это была своего рода модификация двигателя SI, в которой была удалена свеча зажигания и установлена топливная форсунка. Идея заключалась в том, чтобы преодолеть проблему сжатия воздушно-топливной смеси и заменить ее только сжатием воздуха и подачей топлива под высоким давлением и высокой температурой воздуха для процесса сгорания.

Определение дизельного цикла

Дизельный цикл или идеальный дизельный цикл - это цикл выработки энергии, который генерирует энергетический аист при постоянном давлении. Он используется в поршневых двигателях внутреннего сгорания с дизельным топливом.

Цикл сгорания дизельного топлива

Процесс начинается с засасывания атмосферного воздуха в цилиндр, затем происходит процесс сжатия, в результате чего повышаются давление и температура воздуха.

В конце этого этапа воздух имеет высокую температуру и высокое давление, а незадолго до окончания этапа сжатия топливо добавляется через топливную форсунку. когда топливо вступает в контакт с этим воздухом с высокой температурой и высоким давлением, оно самовоспламеняется, и происходит стадия сгорания.

Сгорание обогащающего топлива приводит к выработке энергии, что приводит к такту мощности, т. Е. Поршень отталкивается назад с высокой силой, что приводит к выходной мощности, чем на последней стадии, т. Е. Имеет место истощение, чтобы выпустить сгоревший газ внутрь. цилиндр.

А затем процесс повторяется.

Чтобы получить непрерывный выход, нам необходимо расположить количество цилиндров, а не только один.

Схема дизельного цикла pv | дизельный цикл ts | диаграмма дизельного цикла pv и ts | диаграмма дизельного цикла pv ts | схема дизельного цикла

PV дайграмма

Дайграмма TS

1'- 1: всасывание атмосферного воздуха

Атмосферный воздух всасывается в цилиндр для осуществления процесса сжатия. когда поршень движется вниз по направлению к нижней мертвой точке.

система действует как открытая система.

1-2: Изэнтропическое адиабатическое сжатие

Поршень перемещается от нижней части цилиндра (НМТ) к верхней части цилиндра (ВМТ), адиабатически сжимая воздух, сохраняя энтропию постоянной. Тепловое взаимодействие не учитывается. Система действует как закрытая система.

2-3: Добавление тепла при постоянном давлении

непосредственно перед концом такта сжатия топливо впрыскивается с помощью топливного коллектора, и эта смесь топлива с высокой температурой и воздухом под высоким давлением заставляет топливо самовоспламеняться (в отличие от бензинового двигателя, дизельный двигатель не имеет Свеча зажигания помогает процессу сгорания, в ней есть топливная форсунка, которая помещает топливо) и выделяет тепло в большом количестве, вызывая силу в головке поршня, заставляющую его двигаться в НМТ. Этот процесс осуществляется под постоянным давлением. (Настоящий процесс невозможен при постоянном давлении). В какой-то момент он действует как открытая система, когда топливо поступает в систему.

3-4: Изэнтропическое адиабатическое расширение

Поршень перемещается от верхней части цилиндра (ВМТ) к нижней части цилиндра (НМТ) из-за силы, возникающей в результате сгорания. И расширение происходит при постоянной энтропии. Тепловое взаимодействие не учитывается.

система действует как закрытая система.

4-1-4 ': Отвод отработавших газов

Сгоревший газ выходит из выпускного отверстия, чтобы начать следующий цикл. система снова действует как открытая система. мы предполагаем, что процесс истощения происходит при постоянной громкости.

Анализ дизельного цикла

1. Поршень в поршневом двигателе перемещается из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку, вызывая низкое давление внутри цилиндра. В этот момент впускное отверстие открывается, позволяя свежему атмосферному воздуху, богатому кислородом, поступать в цилиндр. При этом возвратно-поступательная система действует как открытая система, позволяя массе проникать в систему.

этот процесс осуществляется при постоянном давлении (1′-1)

В конце всасывания порт закрывается, и система действует как закрытая система.

2. В идеальном случае процесс цикла начинается, когда поршень достигает нижней мертвой точки и начинает двигаться к верхней мертвой точке.

Поршневой двигатель работает как замкнутая система. Воздух внутри цилиндра сжимается поршнем. сжатие - изоэнтропийно-адиабатическое сжатие. (Без генерации энтропии и без учета тепла). В результате сжатия воздух достигает высокого давления и высокой температуры.

Прежде чем поршень достигнет верхней части цилиндра (ВМТ), топливо через коллектор поступает в цилиндр.

Это введенное топливо находится в форме спрея; когда топливо вступает в контакт с окружающей средой под высоким давлением и высокой температурой, оно самовоспламеняется (нет необходимости в свече зажигания), вызывая выделение энергии (химическая энергия преобразуется в тепловую).

3. Фактическая выработка электроэнергии происходит в этом процессе; при сгорании создается большая сила, которая заставляет поршень перемещаться из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку. На этом этапе происходит процесс расширения.

Усилие передается для вращения коленчатого вала и выработки механической энергии из тепловой энергии.

(Этот ход также известен как рабочий ход, в четырехтактном двигателе мы получаем один рабочий ход на каждые два оборота, а в двухтактном мы получаем рабочий ход на каждое вращение.)

4. Сгоревший газ (остаток) должен быть выпущен из цилиндра, следовательно, эта работа выполняется поршнем с помощью
переход от BDC к TDC

И один цикл завершен.

(Если поршневой двигатель четырехтактный, каждая операция выполняется отдельно, в то время как для двухтактного двигателя две операции выполняются одновременно.)

Создание дизельного цикла | формула дизельного цикла

Отклонено тепло:

Результат работы:

Коэффициент сжатия

Коэффициент расширения

Коэффициент отсечения:

мы можем сопоставить приведенное выше уравнение в следующей форме:

Коэффициент сжатия можно определить как произведение коэффициента расширения и предельного коэффициента.

Давайте посмотрим на происхождение каждого отдельного процесса:

Процесс 3-4:

Процесс 2-3:

Процесс 1-2:

в дальнейшем мы будем использовать эти значения температуры, чтобы получить уравнение эффективности.

Эффективность вывода дизельного цикла | КПД дизельного цикла | определение эффективности дизельного цикла | стандартная эффективность дизельного цикла по воздуху | формула эффективности дизельного цикла | вывод эффективности дизельного цикла | тепловой КПД дизельного цикла

Эффективность

Степень сжатия дизельного цикла

Степень сжатия дизельного цикла - это отношение максимального объема, доступного в цилиндре, когда поршень находится в нижней мертвой точке (НМТ), к минимальному доступному объему, когда поршень находится в ВМТ.

Формула среднего эффективного давления для дизельного цикла

Среднее эффективное давление - это отношение рабочего объема сети к рабочему объему.

Коэффициент отсечки в дизельном цикле

Коэффициент отсечки в дизельном цикле определяется как отношение объема после сгорания к объему до сгорания.

Полудизельный цикл

Полудизельный цикл, также известный как двойной цикл, представляет собой комбинацию отто- и дизельного циклов.

В этом полудизельном / двойном цикле тепло добавляется как при постоянном объеме, так и при постоянном давлении.

(есть только простая модификация, часть добавляемого тепла находится в постоянном объеме, а оставшаяся часть тепла добавляется при постоянном давлении)

Диаграмма PV

Диаграмма TS

1-2: Изэнтропическое адиабатическое сжатие:

Воздух сжимается адиабатически, поддерживает постоянную энтропию и отсутствие теплового взаимодействия.

2-3: Постоянный объем Подвод тепла:

непосредственно перед концом такта сжатия, то есть поршень достигает ВМТ цилиндра, топливо
добавляется, и сгорание происходит в изохорных условиях (постоянный объем).

3-4: Постоянное давление Подвод тепла

Часть сгорания также осуществляется при постоянном давлении. и на этом добавление тепла завершается.

4-5: Изэнтропическое адиабатическое расширение

Теперь, когда создается большое количество силы, он толкает поршень и вызывает рабочий ход.

Результат работы получен на этом этапе.

5-6: Постоянный объем Отвод тепла

В конце сгоревший газ выпускается из системы, чтобы освободить место для подачи свежего воздуха и выполнения следующего цикла.

Двухтактный дизель

Двухтактный дизельный двигатель, также известный как двухтактный дизельный двигатель, работает аналогично четырехтактному дизельному двигателю. Но он дает рабочий ход на каждый оборот, в то время как четырехтактный двигатель дает рабочий ход на два оборота.

Внутри цилиндра имеется передаточный порт для одновременного выполнения двух операций.

Когда происходит сжатие, происходит и всасывание.

И когда происходит расширение, происходит ввод воздуха, богатого кислородом, позволяя выхлопным газам выгорать.

Разница между дизельным и отто-циклом | дизель против цикла ОТТО

разница между дизельным циклом ОТТО и двойным циклом

Применение дизельного цикла

Автомобили Двигатели
Корабли и морские приложения
Транспортные средства.
техника, используемая для сельского хозяйства
строительное оборудование и машины
армия и оборона
HVAC
Выработка энергии

Преимущества дизельного двигателя

Новые усовершенствования сделали работу дизельного двигателя неплохой, он менее шумный и имеет низкие эксплуатационные расходы.

Дизельный двигатель надежен и крепок.

Свечи зажигания не нужны, топливо самовоспламеняющееся.

Стоимость топлива также низкая по сравнению с бензином.

проблемы с образцами дизельного цикла | пример дизельного цикла | пример проблемы дизельного цикла

Q1.С степенью сжатия 14 и отсечкой на 6%, какова будет эффективность дизельного цикла?

Q2. Стандартный дизельный цикл со степенью сжатия 16 г. Тепло добавляется при постоянном давлении 0.1 МПа. Сжатие начинается при 15 градусах Цельсия и достигает 1480 градусов Цельсия в конце горения.

1. Коэффициент отсечения

2. Добавленное тепло / кг воздуха.

4. Депутат Европарламента

T₁= 273 + 15 = 288 тыс.

p₁= 0.1 МПа = 100 кН / м 2

T₃ = 1480 + 273 = 1735 тыс.

(а) Коэффициент отсечения:

Также можно определить по:

(d) среднее эффективное давление (MEP):

Часто задаваемые вопросы

Цикл Отто против эффективности дизельного цикла

При той же степени сжатия: КПД дизельного цикла больше по сравнению с циклом Отто.
При таком же максимальном давлении: КПД дизельного цикла меньше больше, чем у цикла Отто.

Диаграмма дизельного цикла

1'- 1: всасывание атмосферного воздуха

1-2: Адиабатическое сжатие

2-3: Добавление тепла с постоянным давлением (впрыск и сгорание топлива)

3-4: Адиабатическое расширение

4-1-4 ': Отвод отработавших газов

Когда КПД дизельного цикла приближается к КПД цикла Отто

КПД дизельного цикла приближается к КПД цикла Отто, когда коэффициент отсечки приближается к нулю.

Почему двигатели, в которых используется дизельный цикл, способны развивать больший крутящий момент, чем двигатели, использующие цикл Отто?

Дизельный двигатель имеет более высокую степень сжатия, чем двигатель с циклом Отто.

Сгорание в дизельном цикле происходит в ВМТ в конце такта сжатия и заставляет поршень двигаться вниз. В цикле Отто сгорание двигателя происходит, когда поршень немного движется в сторону НМТ и способствует достижению скорости.

Дизельное топливо более плотное, чем бензин (используемый в цикле Отто), который генерирует больше энергии с точки зрения мощности.

Кроме того, фактор размера имеет значение; длина хода и внутренний диаметр дизельного двигателя больше, чем у двигателя с циклом Отто.

Почему нельзя использовать бензин в дизельном цикле.

Летучесть бензина намного выше, чем у дизельного топлива; Даже до завершения такта сжатия высокое давление приведет к испарению топлива.

Следовательно, бензин воспламеняется в неконтролируемом веществе, вызывая детонацию и пропуски зажигания.

это приведет к повреждению цилиндра, поэтому ни в коем случае нельзя запускать двигатель в таком случае. Желательно связаться с соответствующим лицом, чтобы удалить бензин из двигателя.

Почему дизельный цикл применим только к большим тихоходным двигателям

В дизельном цикле используется более вязкое топливо, а мощность с точки зрения крутящего момента больше.

когда нам нужно приложение высокой нагрузки, мы не можем использовать бензиновый двигатель, так как эффективность будет меньше для условий нагрузки и будет использоваться больше топлива.

следовательно, дизельный двигатель будет полезен здесь, где мощность больше на низкой скорости.

для получения дополнительной статьи, связанной с Машиностроение посетите наш веб-сайт Честного ЗНАКа.

Читайте также: