Цикл поршневого двигателя с подводом тепла при постоянном давлении

Разобранный выше цикл поршневого двигателя с подводом тепла при  показал: а) целесообразность увеличения степени сжатия, т.к. при этом растут мощность и экономичность двигателя; б) целесообразность подвода тепла в процессе постоянного давления. Эти два условия можно осуществить следующим образом: во-первых, сжимать не смесь топлива с воздухом, а чистый воздух, тогда степень сжатия можно значительно увеличить; во-вторых, топливо вводить и сжигать в камере сгорания постепенно так, чтобы давление в цилиндре во время горения не повышалось.

Принцип действия двигателя, в котором выполняются эти условия, заключается в следующем. В цилиндр двигателя засасывается чистый воздух, который затем сжимается до тех пор, пока его температура не станет выше температуры самовоспламенения топлива. Когда поршень подходит к ВМТ, в камеру сгорания через специальную форсунку подаётся распыленное жидкое топливо, которое вследствие высокой температуры воздуха в цилиндре самовоспламеняется. Распыляясь из форсунки в цилиндр, топливо постепенно сгорает примерно при постоянном давлении, т.к. поршень в этот период перемещается к НМТ. После прекращения подачи топлива продукты сгорания расширяются до тех пор, пока поршень не достигнет НМТ – тогда открывается выхлопной клапан, и давление в цилиндре падает до атмосферного.

На рис.7.7 представлена p-v диаграмма идеального термодинамического цикла с подводом тепла при постоянном давлении (). Линия 1-2 изображает процесс адиабатного сжатия. Прямая 2-3 – подвод тепла при . Кривая 3-4 изображает процесс адиабатного расширения, и прямая 4-1 – процесс отвода тепла при . Для определения параметров в характерных точках, работы цикла теплот и термического КПД необходимо знать параметры начальной точки и параметры цикла. За параметры цикла принимаются степень сжатия  и степень предварительного расширения . Определение параметров в характерных точках цикла. Т.к. для определения работы цикла и термического КПД достаточно знать температуры в характерных точках, а вывод формул, определяющих давление и объём, осуществляется так же, как и в предыдущем цикле, то ограничимся лишь выводом формул, определяющих температуры в характерных точках.

Рис.7.7. Диаграмма v - p цикла поршневого двигателя с подводом тепла при p = const

Температура  конца адиабатного сжатия определяется из соотношения

Температура  определяется из условия

Температура  конца расширения определяется из условия

заменяя в этом выражении  и , будем иметь

Но   и , поэтому

Определение внешних теплот.

Теплота, подведённая в процессе 2-3, определяется по формуле . Подставляя в это выражение значения температур  и , получим

Теплота, отведённая в процессе 4-1, подсчитывается по формуле  или, т.к. , получим

Определение работы цикла.

Работа цикла определяется как разность между количеством подводимой и количеством отводимой теплоты . Подставляя в эту формулу вычисленные ранее  и , получим

Определение термического КПД цикла. По определению . Подставляя в это выражение значения теплот и , получим Как в цикле поршневого двигателя с подводом тепла при ,  так и в рассматриваемом цикле работа цикла увеличивается с увеличением степени сжатия и с увеличением количества подведённого тепла (которое, очевидно, характеризуется степенью предварительного расширения ). Термический КПД цикла также увеличивается с увеличением степени сжатия , но в отличие от рассмотренного ранее цикла зависит не только от степени сжатия, но и от степени предварительного расширения . При этом совершенно очевидно, что с увеличением степени расширения  отрезок 3-4 адиабаты расширения будет уменьшаться, а температура, при которой от газа отводится тепло, становится всё ближе к  (рис.7.8). поэтому увеличение  уменьшает термический КПД цикла.

Рис.7.8. Диаграмма v - p циклов поршневого двигателя с подводом тепла при p = const, имеющих разные степени предварительного расширения