Циклы ДВС с подводом теплоты при постоянном давлении

Двигатели, в основу работы которых положен цикл с подводом теплоты при постоянном давлении (с постепенным сгоранием), имеют ряд преимуществ по сравнению с двигателями, работающими по циклу с подводом теплоты при постоянном объеме. Они связаны с тем, что в двигателях с постепенным сгоранием осуществляется раздельное сжатие топлива и воздуха. Поэтому здесь можно достигать 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 дешевое топливо — нефть, мазут, смолы и нр.

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 8 = 20), исключая преждевременное самовоспламенение топлива. Постоянство давления при горении топлива обеспечивается соответствующей регулировкой топливной форсунки. Конструкция такого двигателя впервые была разработана немецким инженером Р. Дизелем.

Рассмотрим идеальный цикл двигателя с подводом теплоты при постоянном давлении в рт-диаграмме (рис. 7.3).

Рис. 73. Идеальный термодинамический цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном давлении в /^-диаграмме Этот цикл осуществляется следующим образом. Газообразное рабочее тело с начальными параметрамиТ_х сжимается по адиабате (линия 1—2). В изобарном процессе (линия 2—3) телу сообщается некоторое количество теплоты q_v В адиабатном процессе (линия 3—4) происходит расширение рабочего тела до первоначального объема. В изохорном процессе (линия 4—1) рабочее тело возвращается в первоначальное состояние с отводом в теплоприемник теплоты q₂. Характеристиками цикла являются: в = V/v₂ — степень сжатия; и р = v-Jv₂ — степень предварительного расширения.

Количества подведенной и отведенной теплот определяются по формулам

Термический КПД цикла в предположении постоянства теплоемкостей с_р и c_v и их отношения k = c_p/c_v будет равен.

Найдем параметры рабочего тела во всех характерных точках цикла.

Точка 2.

Отсюда.

Точка 3.

Отсюда.

То ч ка 4.

Так как-то

Подставляя полученные значения температур в формулу для КПД, получим.

Отсюда следует, что с увеличением е и k КПД увеличивается, а с увеличением — уменьшается.

Работа цикла определяется по формуле.

Сравнения КПД циклов ДВС с подводом теплоты при р = const и v = = const при одинаковых давлениях и температурах, но при различных е показывают, что

При этом степень сжатия в в цикле с подводом теплоты при р = const больше, чем в цикле с подводом теплоты при v = const (доказательство см. в [11, 58]).

Величина в в цикле с подводом теплоты при постоянном давлении выбирается таким образом, чтобы обеспечивались условия самовоспламенения топлива. Таким условиям в компрессорных дизелях соответствует с = 14—18. Подробнее о методах сравнения КПД циклов различных тепловых двигателей см. в параграфе 8.4.