1. Цикл Отто (Цикл д. В. С. С подводом тепла при постоянном объёме)

Является прототипом рабочего процесса в двигателях с принудительным зажиганием. Отличительной особенностью таких двигателей является сжатие горючей смеси (смеси паров бензина с воздухом).

Цикл состоит из двух адиабатных и двух изохорных процессов. Адиабата 1—2 отвечает сжатию горючей смеси, изохора 2—3 — сгоранию смеси (подвод теплоты q₁), вследствие чего давление повышается до р₃. После этого продукты сгорания адиабатно расширяются (процесс 3—4). В изохорном процессе 4—1 от газа отводится теплота q₂.

Характеристиками этого цикла являются:

степень сжатия: ε = v₁/v₂, где v₁ – объем в начале процесса сжатия (полный объем цилиндра); v₂ – объем в конце процесса сжатия (объем камеры сгорания).

степень повышения давления  . Здесь  p₂, p₃ –давления рабочего тела в соответствующих точках цикла д. в. с.

Расчёт цикла сводится к определению параметров p, v и T в характерных точках и определению количеств подведенного и отведенного тепла, полезной работы и термического к. п. д. цикла.

Для изохорного процесса 2-3 подведенная теплота - q₁ = с_v (Т₃-Т₂).

Для изохорного процесса 4-1 теплота, отведенная от рабочего тела - q₂ = с_v (Т₄ - Т₁).

Термический КПД цикла :

.

Соотношение параметров в адиабатическом процессе 1-2: .

Соотношение параметров в адиабатическом процессе 3-4: .

, , откуда или .

Термический к. п. д. цикла с подводом тепла при постоянном объеме выразится следующей формулой:

.

где k – показатель адиабаты рабочего тела. То есть  η_t  растёт с увеличением степени сжатия. Однако повышение степени сжатия не должно вызывать детонацию и самовоспламенение горючей смеси в процессе сжатия. В зависимости от вида топлива ε=6÷10.

2. Цикл Дизеля (цикл д. В. С. С подводом тепла при постоянном давлении)

Состоит из двух адиабат, изобары и изохоры и является образцом для двигателей тяжелого топлива, которые называются компрессорными дизелями и в которых горючее распыляется воздухом, подаваемым в цилиндр специальным компрессором. Из-за больших габаритов и веса компрессорные дизели применяются только на судах и в качестве стационарных установок.

В этих двигателях сначала сжимается по адиабате 1—2 чистый воздух, в результате чего его температура повышается до требуемой температуры самовоспламенения топлива. Затем в изобарном процессе 2—3 происходит впрыск и горение топлива (подвод теплоты q₁). Далее происходит адиабатное расширение 3—4 и изохорный выхлоп 4—1 (отвод теплоты q₂).

 Характеристиками этого цикла являются:

степень сжатия  ,

степень предварительного расширения  .

Можно показать, что термический к. п. д. цикла

.

Видно, что  η_t  возрастает с увеличением степени сжатия и с уменьшением степени предварительного расширения.

Степень сжатия в дизелях определяется достижимой прочностью и составляет 14÷16.

3. Цикл Тринклера (цикл д. В. С. Со смешанным подводом тепла)

Характерен для так называемых бескомпрессорных двигателей тяжелого топлива с механическим распылением топлива. Здесь горючее впрыскивается в цилиндр через распыливающее устройство (форсунку) с помощью плунжерного насоса под давлением в несколько сотен бар. Впервые бескомпрессорный нефтяной двигатель был создан в 1904 г. конструктором Сормовского завода Г. В. Тринклером. Сжигание топлива в таком двигателе сначала происходит по линии v=const (процесс 2-3) с повышением давления, а затем при постоянном давлении (процесс 3-4).

Цикл Тринклера. Рабочая (p-v) и тепловая (T-s) диаграммы.

Характеристиками этого цикла являются:

степень сжатия   ,

степень предварительного расширения  ,

степень повышения давления  .

В цикле Тринклера теплота подводится в двух процессах: 2-3 (v=const) и 3-2 (p=const), поэтому она  будет равна сумме:  

.

Теплота отводится в изохорном процессе 4-5. Определим ее абсолютное значение, т.к. она отрицательная.

.

Работа цикла равна разнице между подводимой и отводимой теплотой:

=с_vT₁{^k-1[-1+k(-1)]- (^k-1)}.

Можно показать, что термический к. п. д. цикла

.

Из формулы следует, что термический к. п. д. цикла возрастает с увеличением степени сжатия и степени повышения давления и уменьшается с увеличением степени предварительного расширения. Поэтому современные дизели стремятся конструировать так, чтобы в теоретическом цикле изобарный участок тепла имел минимальные размеры, то есть так, чтобы ρ≈1.

При ρ=1 цикл Тринклера превращается в цикл Отто, а при λ=1 – в цикл Дизеля.

Цикл Тринклера является наиболее эффективным, поэтому современные дизели работают по циклу Тринклера.

Термический к. п. д. различных двигателей внутреннего сгорания составляет в среднем 0,45÷0,6.