Тепловий двигун із зовнішнім підведенням теплоти

Дмитро Конюхов

Вступ

Автомобільний двигун пройшов тривалий шлях розвитку і з технічної точки зору є досконалим. Однак до теперішнього часу найбільшу увагу в процесі його вдосконалення приділялася досягнення максимальної потужності, малої маси і розмірів двигуна, мінімальних виробничих витрат. Тепер на перший план як найважливіший критерій оцінки двигуна виступає мінімізація споживання ним палива. Зниження споживання палива досягти непросто, і, крім того, воно може виявляти несприятливий вплив на ряд параметрів двигуна.

Незважаючи на постійно скорочуються можливості вдосконалення сучасних двигунів внутрішнього згоряння, їм як і раніше приділяється велика увага. Це пов'язано, перш за все, з труднощами переозброєння такої величезної галузі як автомобілебудування. Тим не менше, виконання висунутих на перспективу жорстких вимог до чистоті відпрацьованих газів і економічності, до бензиновим і дизельних двигунів внутрішнього згоряння не представляється можливим.

Тому доцільно приділяти увагу радикальної зміни силових установок механічних транспортних засобів. Одним з варіантів такого радикального зміни силової установки є двигун із зовнішнім підведенням теплоти. Можливості вдосконалення, такого двигуна ще не вичерпані. Необхідно вдосконалювати як його термодинамічний цикл, так і саму силову установку його використовує.

Термодинаміка

На даний момент для двигунів із зовнішнім підведенням теплоти найбільш відомий термодинамічний цикл Стірлінга, що складається з двох ізотерм і двох ізохор. Але можливе застосування та інших термодинамічних циклів у подібних двигунах.

Розглянемо ідеальний термодинамічний цикл з ізотермічним стиском і адіабатичним розширенням якогось гіпотетичного двигуна. На рис.1 наведено такий ідеальний термодинамічний цикл, який було показано pV-і sT-координатах.

Рис. 1. Ідеальний термодинамічний цикл

У циклі прийнятий ізохоріческій процес підведення теплоти так як, його термічний ККД більше ізобаріческого. Для спрощення розрахунків, ізохоріческій процес 2-3 показаний прямою лінією.

Термічний ККД циклу за sT-діаграмі рис.1а:        

        

(1)     

Термічний ККД циклу за pV-діаграмі ріс.2б:        

        

(2)     

де: