Циклы ДВС с подводом теплоты при постоянном давлении. Цикл Дизеля

Степень сжатия e в цикле можно повысить, если сжимать не горючую смесь, а чистый воздух, а затем в конце процесса сжатия вводить в цилиндр жидкое топливо (горючее).

Раздельное сжатие воздуха и жидкого топлива исключает самовоспламенение и позволяет получать высокие степени сжатия. Давление в конце сжатого порядка 3-4 МПа и температура 600-800 ⁰С.

Степень сжатия в таких двигателях =14-18.

Жидкое топливо в цилиндр 1 подается через форсунку 4 в мелкораспыленном виде в конце процесса сжатия (рис. 22.1). Распыление топлива производится сжатым во вспомогательном компрессоре воздухом при давлении 5-6 МПа. Степень сжатия выбирается так, чтобы температура воздуха в цилиндре была выше температуры самовоспламенения топлива.

Для введения в цилиндр двигателя необходимого количества топлива требуется некоторое время, в течение которого поршень не остается на месте. Достигнув ВМТ, он начинает перемещаться обратно к НМТ. Поэтому последующие порции топлива, впрыскиваемые из форсунки и воспламеняющиеся от уже имеющихся очагов горения, будут сгорать в условиях увеличивающегося объема и почти постоянного давления.

Данный цикл осуществляется следующим образом. В процессе а-1 в цилиндр двигателя всасывается атмосферный воздух: 1-2 адиабатное сжатие воздуха в цилиндре до давления р₂; 2-3 – процесс подвода теплоты при p=const; 5-b – выталкивание продуктов сгорания из цилиндра двигателя в атмосферу.

Идеальный цикл Дизеля (рис.22.2) состоит из двух адиабат (адиабаты сжатия 1-2 и адиабаты расширения 3-4), изобары 2.-3, по которой происходит подвод теплоты q₁ от горячего источника, и изохоры 4-1, по которой происходит отвод теплоты q₂ к холодному источнику (окружающей среде).

Параметрами, характеризующими цикл Дизеля, являются: =v₃/v₂ – степень предварительного изобарного расширения; e= v₁/v₂ – степень адиабатного сжатия;

d = v₄/v₃ – степень адиабатного расширения.

Термический к.п.д. цикла с подводом теплоты при p=const определяется по формуле

, (22.1)

Теплота q₁, подводимая по изобаре 2-3, определяется по выражению

q₁=c_р (Т₃-Т₂), (22.2)

Теплота q₂, отводимая по изохоре 4-1, определяется:

q₂=c_v (Т₄-Т₁), (22.3)

Теплоты q₁ и q₂ определяются через параметры цикла e, r и температуру Т₁.

Для адиабаты 1-2:

; откуда: , (22.4)

Для изобары 2-3:

; откуда: , (22.5)

Для адиабаты 3-4:

, (22.6)

Величины r, e и d связаны соотношением:

, (22.7)

Тогда: или , (22.8)

Подставляя выражение (22.4) – (22.8) в выражения (22.2) и (22.3), получаем

q₁= c_pT₁e^k-1(r-1) , (22.9)

q₁= c_vT₁ (r^k-1), (22.10)

Подставляя выражение (22.9) и (22.10) в выражение (22.1) для h_t цикла, находим

, (22.11)

Из выражения (22.11) видно, что h_t цикла с подводом теплоты при p = const зависит от 3-х параметров: степени сжатия e, степени предварительного расширения r и показателя адиабаты k рабочего тела, совершающего цикл. При возрастании степени сжатия h_t увеличивается. При увеличении степени предварительного расширения r он уменьшается.

На рис. 22.3 видно, что при равенстве площадей отведенной теплоты q₂ = пл.6-1-4-5 будет больше у цикла с большей степенью сжатия , т.к. площадь его полезной работы будет больше, чем у двигателя с меньшей степенью сжатия пл.1-7-8-4 > пл.1-2-3-4. Работа цикла с подводом теплоты при р=сonst определяется таким образом:

, (22.13)

Среднее индикаторное давление в этом цикле определяется выражением , (22.14)

Отсюда видно, увеличивается при возрастании e и r.

В циклах Д.В.С. имеют место потери эксергии из-за “недорасширения” газов из параметров окружающей среды.