15.3. Цикл двс с подводом теплоты при постоянном давлении (цикл Дизеля)

Двигатели, в основу работы которых положен цикл с подводом теплоты при постоянном давлении (с постепенным сгоранием топлива), имеют ряд преимуществ по сравнению с двигателями, работающими по циклу с подводом теплоты при постоянном объеме. Это связано с тем, что в двигателях с постепенным сгоранием осуществляется раздельное сжатие топлива и воздуха. Поэтому здесь можно достичь значительно более высоких степеней сжатия. Воздух при высоких давлениях имеет настолько высокую температуру, что подаваемое в цилиндр топливо самовоспламеняется без всяких специальных запальных приспособлений. Кроме того, раздельное сжатие воздуха и топлива позволяет использовать любое жидкое топливо – нефть, мазут, смолы и прочее.

В двигателях с постепенным сгоранием топлива воздух сжимается в цилиндре, а жидкое топливо распыляется сжатым воздухом от компрессора. Раздельное сжатие позволяет применять высокие степени сжатия ( до ), исключая преждевременное воспламенение топлива. Постоянство давления при горении топлива обеспечивается соответствующей регулировкой топливной форсунки.

Рассмотрим идеальный цикл двигателя с подводом теплоты при постоянном давлении в - – диаграммах, рис. 53.

υ

υ

Рисунок 53 – Цикл двигателя внутреннего сгорания с изобарным подводом теплоты.

Газообразное рабочее тело (идеальный газ) с начальными параметрами , , сжимается по адиабате 1–2. В изобарном процессе 2–3 к рабочему телу от внешнего источника подводится количество теплоты . В адиабатном процессе 3–4 рабочее тело расширяется до первоначального объема . В изохорном процессе 4–1 рабочее тело возвращается в исходное состоянии с отводом теплоты в теплоприемник.

Характеристиками цикла являются: степень сжатия , степень предварительного расширения .

Количество теплоты подводимой по изобаре 2–3:

Количество теплоты отводимой по изохоре 4–1:

Подставляя эти выражения в формулу для термического КПД, получим:

Найдем параметры рабочего тела во всех характерных точках цикла и выразим в последнем уравнении значения температур , , через температуру и характеристики цикла.

1. для адиабаты 1–2:

объем

давление

температура

2. для изобары 2–3:

объем

давление

температура

3. для адиабаты 3–4:

объем

давление

температура

Так как , следовательно:

Тогда термический КПД:

Отсюда соотношения следует, что с увеличением степени сжатия и показателя адиабаты термический КПД увеличивается, а с увеличением степени предварительного расширения – уменьшается.

Теоретическая работа 1 кг рабочего тела в идеализированном цикле Дизеля равна разности работ расширения 2 – 3 и 3–4 и адиабатного сжатия 1–2:

.

Подставляя найденные значения температур, получим:

или

14.4. Цикл двс со смешанным подводом теплоты (цикл Тринклера)

Одним из недостатков двигателей, в которых применяется цикл с подводом теплоты при постоянном давлении, является необходимость использования компрессора, применяемого для подвода топлива. Наличие компрессора усложняе6т конструкцию и уменьшает экономичность двигателя, так как на его работу затрачивается от общей мощности двигателя. С целью упрощения конструкции и увеличения экономичности двигателя русский инженер Г. В. Тринклер разработал проект бескомпрессионного двигателя высокого сжатия. Этот двигатель лишен недостатков рассмотренных выше двух типов двигателей. Основные его отличия в том, что жидкое топливо с помощью топливного насоса подается через форсунку в головку цилиндра, где оно воспламеняется и горит в начале при постоянном объеме, а затем при постоянном давлении. На рис. 54 представлен идеальный цикл двигателя со смешанным подводом теплоты в – –диаграммах.

υ

υ

υ

Рисунок 54 – Цикл двигателя внутреннего сгорания со смешанным подводом теплоты.

В адиабатном процессе 1–2 рабочее тело сжимается до параметров точки 2. В изохорном процессе 2–3 к нему подводится первая часть теплоты , а в изобарном процессе 3–4 – вторая – . В процессе 4–5 происходит адиабатное расширение рабочего тела и по изохоре 5–1 оно возвращается в исходное состояние с отводом теплоты в теплоприемник.

Характеристиками цикла являются: степень сжатия , степень повышения давления , степень предварительного расширения .

Количество теплоты подводимой по изохоре 2–3:

Количество теплоты подводимой по изобаре 3–4:

Количество теплоты отводимой по изохоре 4–1:

Подставляя эти выражения в формулу для термического КПД, получим:

Параметры рабочего тела во всех характерных точках цикла:

1. для адиабаты 1–2:

объем

давление

температура

2. для изохоры 2–3:

объем

давление

температура

3. Для изобары 3–4:

объем

давление

температура

4. для адиабаты 4–5:

объем

давление

температура

Так как , следовательно:

Подставив найденные значения температур в формулу для термического КПД:

Отсюда соотношения следует, что с увеличением степени сжатия, показателя адиабаты и степени повышения давления термический КПД возрастает, а с увеличением степени предварительного расширения – уменьшается.