Цикл с подводом количества теплоты

Для повышения экономичности и эффективности двигателя внутреннего сгорания необходимо применять высокие степени сжатия. Но это увеличение ограничивается температурой самовоспламенения горючей смеси. Если же производить раздельное сжатие воздуха и топлива, то этого ограничения можно избежать. Воздух при большом сжатии, имеет высокую температуру и топливо, подаваемое в цилиндр, самовоспламеняется, без специальных запальных устройств. Раздельное сжатие воздуха и горючего позволяет использовать более дешевые жидкие топлива – нефть, мазут, смолы, каменноугольные масла и т.п. Такими достоинствами обладают ДВС, работающие с постепенным сгоранием топлива при постоянном давлении. В них воздух сжимается в цилиндре двигателя, а жидкое топливо распыляется сжатым воздухом от компрессора. То есть, производится раздельное сжатие воздуха и топлива, что позволяет увеличить степень сжатия по сравнению с карбюраторными двигателями до = 20 и исключает самовоспламенение горючей смеси. Процесс горения топлива при постоянном давлении регулируется топливной форсункой. Создание такого двигателя связано с именем немецкого инженера Дизеля, впервые разработавшего конструкцию такого ДВС.

Идеальный цикл двигателя с постепенным сгоранием топлива при постоянном давлении приведен на рис. 10.3 а, б.

Газообразное рабочее тело с начальными параметрами в точке 1 сжимается по адиабате 1-2; затем по изобаре 2-3 сообщается некоторое количество теплоты . Затем рабочее тело расширяется по адиабате 3-4. От точки 4 рабочее тело по изохоре 4-1 возвращает-

ся в начальное состояние при отводе количества теплоты . Характеристиками данного цикла являются степень сжатия , степень предварительного расширения .

Рис. 10.3. Цикл ДВС с подводом теплоты в процессе

при р = const (a – pv – диаграмма; б – Ts – диаграмма)

Определим термический КПД данного цикла. Для этого запишем выражения для подводимой и отводимой теплоты: - так как теплота подводится при постоянном давлении; - отвод теплоты происходит при постоянном объеме, ограниченном размерами цилиндра. Термический КПД будет равен

.

По аналогии с циклом ДВС с подводом теплоты при определим параметры рабочего тела в характерных точках рассматриваемого идеального цикла. Будем иметь:

точка 1 – p ₁, v ₁, T ₁; точка 2 - , , ;

точка 3 - , ;

точка 4 - , , , . Подставив полученные значения температур в формулу для термического КПД, получим после сокращения

. (10.2)

Из формулы следует, что термический КПД цикла ДВС с изобарным подводом теплоты определяется показателем адиабаты , степени сжатия и степени предварительного расширения . С увеличением и КПД возрастает, а с увеличением - уменьшается.

Термический КПД на - диаграмме также определяется отношением соответствующих площадей –под кривыми подвода и отвода теплоты

.

Влияние степени сжатия хорошо иллюстрируется на - диаграмме. При равенстве отведенного количества теплоты (пл. 5146) КПД больше у цикла с большей степенью сжатия, так как площадь его полезной работы будет больше (пл. 1784 > пл. 1234).

Среднее индикаторное давление в цикле при подводе теплоты в процессе будет равно

.

Среднее индикаторное давление увеличивается с повышением характеристик цикла и .

Теоретическая полезная удельная работа равна разности работы расширения и работы сжатия

.