Цикли ДВЗ з підведенням теплоти при постійному тиску. Цикл Дизеля

Ступінь стиснення e в циклі можна підвищити, якщо стискати не горючу суміш, а чисте повітря, а потім в кінці процесу стиснення вводити в циліндр рідке паливо (пальне).

Роздільне стиснення повітря і рідкого палива виключає самозаймання і дозволяє

одержувати високі ступені стиснення. Тиск у кінці стислого порядка 3,0 - 4,0 МПа та температура 600-800 ⁰С. Ступінь стиснення в таких двигунах =14-18.

Рідке паливо в циліндр 1 подається через форсунку 4 в дрібнорозпиленому вигляді в кінці процесу стиснення (мал. 22.1). Розпиленість палива проводиться стислим повітрям у допоміжному компресорі при тиску 5,0 - 6,0 МПа. Ступінь стиснення вибирається так, щоб температура повітря в циліндрі була вищою за температуру самозаймання палива.

мал.22.1 мал.22.2

Для введення в циліндр двигуна необхідної кількості палива потрібен якийсь час, протягом якого поршень не залишається на місці. Досягнувши ВМТ, він починає переміщатися назад до НМТ. Тому подальші порції палива, уприскуванні з форсунки займаються вже від наявних вогнищ горіння, згоратимуть в умовах збільшуючогося об'єму і тому, майже постійного тиску.

Даний цикл здійснюється таким чином. В процесі а-1 в циліндр двигуна всмоктується атмосферне повітря: 1-2 адіабатне стиснення повітря в циліндрі до тиску р₂; 2-3 – процес підведення теплоти при p = const; 5-b – виштовхування продуктів згоряння з циліндра двигуна в атмосферу.

Ідеальний цикл Дизеля (мал.22.2) складається з двох адіабат (адіабати стиснення 1-2 і адіабати розширення 3-4), ізобари 2-3, по якій відбувається підведення теплоти q₁ від гарячого джерела, і ізохори 4-1, по якій відбувається відведення теплоти q₂ до холодного джерела (навколишньому середовищу).

Параметрами, що характеризують цикл Дизеля, є: = v₃ / v₂ – ступінь попереднього ізобарного розширення; e= v₁ / v₂ – ступінь адіабатного стиснення; d = v₄ / v₃ – ступінь адіабатного розширення.

Термічний ККД циклу з підведенням теплоти при p = const визначається по формулі

, (22.1)

Теплота q₁, що підводиться по ізобарі 2-3, визначається з виразу:

q₁=c_р (Т₃-Т₂), (22.2)

Теплота q₂, що відводиться по ізохорі 4-1, визначається: q₂=c_v (Т₄-Т₁), (22.3)

Теплоти q₁ і q₂ визначаються через параметри циклу e, r і температуру Т ₁.

Для адіабати 1-2: ; звідки: , (22.4)

Для ізобари 2-3: ; звідки: , (22.5)

Для адіабати 3-4: , (22.6)

Величини r, e і d зв'язані співвідношенням:

, (22.7)

Тоді: або , (22.8)

Підставляючи вираз (22.4) – (22.8) у вирази (22.2) і (22.3), одержуємо

q₁= с_р Т₁ e^k-1(r -1), (22.9)

q₂= с_v T₁ (r^k- 1), (22.10)

Підставляючи вираз (22.9) та (22.10) у вираз (22.1) для h_t циклу, знаходимо

, (22.11)

З виразу (22.11) видно, що h_t циклу з підведенням теплоти при p = const залежить від 3-х параметрів: ступеня стиснення e, ступеня попереднього розширення r і показника адіабати доробочого тіла, що скоює цикл. При зростанні ступеня стиснення h_t збільшується. При збільшенні ступеня попереднього розширення r він зменшується.

На мал. 22.3 видно, що при рівності площ відведеної теплоти q₂ = площі 6-1-4-5, буде більша у циклу з більшою мірою стиснення, оскільки площа його корисної роботи буде більша, ніж у двигуна з меншим ступенем стиснення площа 1-7-8-4 > площі 1-2-3-4.

Робота циклу з підведенням теплоти при р = const визначається таким чином:

, (22.13)

Середній індикаторний тиск в цьому циклі визначається виразом ,(22.14) Звідси видно, збільшується при зростанні e і r. В мал.22.3 циклах ДВЗ мають місце втрати енергії через “недорасширення” газів.