所示为气门关闭期缸内可用能随曲轴转角的变化曲线。由于压缩空气进气压力与缸内压力压差较大,随着电磁开关阀打开,进入气缸的压缩空气可用能迅速增加。压缩行程时活塞向系统做功,系统内可用能增加,随着压缩空气喷入气缸而逐渐增加到峰值,继而随着膨胀行程进行逐渐减少。压缩行程时活塞功为负值,膨胀行程时活塞功增加到正值,并随着缸内气体膨胀逐渐增大。在气门闭合期,传热可用能由负值逐渐增加到正值,这说明缸内气体从环境吸收了热量,但传热可用能很小。不可逆性在压缩行程时近似为零,在压缩空气进气和膨胀行程时逐渐增大。
3.不可逆过程可用能损失4.活塞功可用能5.缸壁传热可用能压缩空气动力模式瞬时可用能(气门关闭期)所示为气门开启期缸内可用能变化曲线。活塞功随排气行程进行略有减少,随进气行程进行又略有增加。排气可用能则随排气行程进行逐渐增加并达到峰值。系统内可用能在排气门开启后迅速减少,随着排气进行逐渐减小为负值,这是因为缸内温度低于环境温度,具有一定的冷量,在进气行程时环境空气进入气缸,缸内温度回升,系统内可用能略有增加。不可逆过程引起的可用能损失在排气过程中稍有增加,在进气过程中则稍有减少。
表2给出了压缩空气动力模式发动机一个做功循环可用能分布状况。系统通过缸壁换热得到的可用能很少,可用能的损失主要由压缩空气减压损失、排气可用能损失以及不可逆性引起的。每循环仅有64 2%的压缩空气可用能可以利用,也就是说由节流减压造成的可用能损失占358%,要提高压缩空气可用能利用率,设法降低减压过程可用能损失是一个重要方面。研究表明,减小节流前后压差和采用容积减压方式101,能够大为减小节流可用能损失。由排气造成的可用能损失占压缩空气可用能的19. 3%左右,而排气为具有一定压力的冷空气,这一部分可用能是可以回收利用的,比如可作为车辆的空调冷源,从而提高发动机的能量利用率。
可用能类别ATAcaQAwAeAd各项可用能可用能类别afAWaqaiAEAD各项可用能表2压缩空气动力模式每个做功循环可用能分布2.2内燃机模式可用能分析、所示为内燃机模式下转速为1500r/min、过量空气系数为1 1时缸内可用能随曲轴转角变化的曲线。如所示,气门关闭期燃料燃烧产生的可用能、活塞功可用能、系统可用能、不可逆性的变化趋势与压缩空气动力模式基本相同。缸壁换热可用能与压力空气动力模式差异较大,是因为系统内温度远高于缸壁温度,系统通过缸壁向环境放热,且放热量远大于压缩空气动力模式下的吸热量。
5.缸壁传热可用能内燃机模式瞬时可用能(气门关闭期)如所示,气门开启期排气可用能、活塞功可用能变化趋势也与压缩空气动力模式相仿。系统内可用能随排气门开启后快速下降,排气结束前接近于零,在进气过程中基本不变,近似为零。缸壁换热的可用能变化较小,而不可逆性在气门开启期呈小幅增加趋势。
3.排气可用能4.系统内可用能5.缸壁传热可用能内燃机模式瞬时可用能(气门开启期)表3为内燃机模式下发动机一个做功循环可用能分布状况。