2.1.2. Теоретичний цикл двигунів з підведенням теплоти при постійному тиску

По цьому циклу працюють стаціонарні і суднові компресорні двигуни із займанням від стиску або компресорні дизелі.

У дизелі в процесі впуску поступає повітря, тиск і температура якого підвищуються в процесі стиску. Унаслідок застосування в дизелях високих ступенів стиску (від 14 до 20) тиск кінця стиску наближається до 3–4 Мпа і відповідна температура значно перевищує температуру самозаймання палива. Паливо уприсується в кінці стиску через форсунку, дрібно розпилюється і приходивши в зіткнення з сильно нагрітим повітрям, починає горіти.

У цих двигунах для забезпечення хорошого розпилювання палива використовують стисле повітря з тиском близько 6 Мпа, що отримується в спеціальних компресорах, включених в конструктивну схему двигуна. Насос подає паливо у форсунку, в яку з компресора підводиться стисле повітря, і в потрібний момент внутрішня порожнина форсунки сполучається з циліндром, куди поступає суміш розпилюючого повітря і палива.

Зважаючи на поступову подачу палива через форсунку не можна отримати різкого підвищення тиску при згоранні, як в циклі з повідомленням теплоти при V = const, де все паливо перед згоранням знаходиться в циліндрі. У двигунах, що працюють по циклу з підведенням теплоти при P = const, паливо горить поступово у міру його надходження в циліндр, внаслідок чого процес згорання відбувається при поршні, що переміщається, при майже постійному тиску.

Діаграма теоретичного циклу з підведенням тепла при постійному тиску показана на рис. 2.2.

При русі поршня від НМТ (крапка а діаграми теоретичного циклу) газ, що заповнює циліндр, починає стискуватися. В цьому випадку процес стиску (лінія ас індикаторної діаграми) буде адіабатичним. Тиск і температура в кінці цього процесу визначається так само, як і при термодинамічному циклі з підведенням теплоти при постійному тиску.

В кінці стиску, з приходом поршня у ВМТ, відбувається, як в раніше розглянутому теоретичному циклі, миттєве повідомлення теплоти Q₁ робочому тілу; результатом цього буде підвищення його температури при постійному тиску (ізобара сz).

Рис. 2.2. Індикаторна діаграма теоретичного циклу з підведенням теплоти при постійному тиску

При положенні поршня, коли об'єм надпоршневого простору рівний V_Z (точка z діаграми), повідомлення теплоти припиняється.

Ступінь попереднього розширення газу в циліндрі в кінці процесу підведення теплоти:

.

Тоді температура газу в циліндрі в кінці процесу підведення теплоти (точка z)

.

Потім газ адіабатично розширюється (лінія zb діаграми).

Тиск газу в циліндрі в кінці процесу розширення

.

Температура газу в циліндрі в кінці процесу розширення

.

Для повторення циклу необхідно охолодити газ, ув'язнений в циліндрі, тобто відняти теплоту Q₂ від введеної теплоти Q1 при постійному об'ємі Va.

Термічний ККД виражається формулою:

.

У циклі з повідомленням теплоти при постійному об'ємі кількість Q₁ теплоти, що вводиться, пропорційно його ізобарній теплоємності Сp, а Q₂, що відводиться, пропорційно його ізохорній теплоємності С_ν і відповідним різницям температур:

Термічний ККД можна визначати, підставивши значення температур з урахуванням того, що:

Двигуни цього типу як транспортні не використовувалися унаслідок громіздкості установки, забезпеченої компресором, що мав дві або три ступені тиску. Тому даний цикл надалі розглядатися не буде.