Степень сжатия e в цикле можно повысить, если сжимать не горючую смесь, а чистый воздух, а затем в конце процесса сжатия вводить в цилиндр жидкое топливо (горючее).
Раздельное сжатие воздуха и жидкого топлива исключает самовоспламенение и позволяет получать высокие степени сжатия. Давление в конце сжатого порядка 3-4 МПа и температура 600-800 0С.
Степень сжатия в таких двигателях =14-18.
Жидкое топливо в цилиндр 1 подается через форсунку 4 в мелкораспыленном виде в конце процесса сжатия (рис. 22.1). Распыление топлива производится сжатым во вспомогательном компрессоре воздухом при давлении 5-6 МПа. Степень сжатия выбирается так, чтобы температура воздуха в цилиндре была выше температуры самовоспламенения топлива.
Для введения в цилиндр двигателя необходимого количества топлива требуется некоторое время, в течение которого поршень не остается на месте. Достигнув ВМТ, он начинает перемещаться обратно к НМТ. Поэтому последующие порции топлива, впрыскиваемые из форсунки и воспламеняющиеся от уже имеющихся очагов горения, будут сгорать в условиях увеличивающегося объема и почти постоянного давления.
Данный цикл осуществляется следующим образом. В процессе а-1 в цилиндр двигателя всасывается атмосферный воздух: 1-2 адиабатное сжатие воздуха в цилиндре до давления р2; 2-3 – процесс подвода теплоты при p=const; 5-b – выталкивание продуктов сгорания из цилиндра двигателя в атмосферу.
Идеальный цикл Дизеля (рис.22.2) состоит из двух адиабат (адиабаты сжатия 1-2 и адиабаты расширения 3-4), изобары 2.-3, по которой происходит подвод теплоты q1 от горячего источника, и изохоры 4-1, по которой происходит отвод теплоты q2 к холодному источнику (окружающей среде).
Параметрами, характеризующими цикл Дизеля, являются: =v3/v2 – степень предварительного изобарного расширения; e= v1/v2 – степень адиабатного сжатия;
d = v4/v3 – степень адиабатного расширения.
Термический к.п.д. цикла с подводом теплоты при p=const определяется по формуле
, (22.1)
Теплота q1, подводимая по изобаре 2-3, определяется по выражению
q1=cр (Т3-Т2), (22.2)
Теплота q2, отводимая по изохоре 4-1, определяется:
q2=cv (Т4-Т1), (22.3)
Теплоты q1 и q2 определяются через параметры цикла e, r и температуру Т1.
Для адиабаты 1-2:
; откуда: , (22.4)
Для изобары 2-3:
; откуда: , (22.5)
Для адиабаты 3-4:
, (22.6)
Величины r, e и d связаны соотношением:
, (22.7)
Тогда: или , (22.8)
Подставляя выражение (22.4) – (22.8) в выражения (22.2) и (22.3), получаем
q1= cpT1ek-1(r-1) , (22.9)
q1= cvT1 (rk-1), (22.10)
Подставляя выражение (22.9) и (22.10) в выражение (22.1) для ht цикла, находим
, (22.11)
Из выражения (22.11) видно, что ht цикла с подводом теплоты при p = const зависит от 3-х параметров: степени сжатия e, степени предварительного расширения r и показателя адиабаты k рабочего тела, совершающего цикл. При возрастании степени сжатия ht увеличивается. При увеличении степени предварительного расширения r он уменьшается.
На рис. 22.3 видно, что при равенстве площадей отведенной теплоты q2 = пл.6-1-4-5 будет больше у цикла с большей степенью сжатия , т.к. площадь его полезной работы будет больше, чем у двигателя с меньшей степенью сжатия пл.1-7-8-4 > пл.1-2-3-4. Работа цикла с подводом теплоты при р=сonst определяется таким образом:
, (22.13)
Среднее индикаторное давление в этом цикле определяется выражением , (22.14)
Отсюда видно, увеличивается при возрастании e и r.
В циклах Д.В.С. имеют место потери эксергии из-за “недорасширения” газов из параметров окружающей среды.