5. Цикл со смешанным подводом теплоты

Стремление обеспечить высокий термический КПД цикла в сочета­нии с большой работой цикла привело к созданию так называемого бескомпрессорного поршневого двигателя, где топливо подается не сжатым до 4—5 МПа воздухом, а механическим насосом под давле­нием свыше 30 МПа. Высокое давление обеспечивает хорошее рас­пиливание топлива. Часть топлива, наиболее хорошо перемешанная с воздухом, быстро сгорает, практически при постоянном объеме, а часть топлива, которая не успела перемешаться с воздухом, горит медленнее, уже при движении поршня в сторону расширения, так что можно считать давление поршня постоянным.

Данный цикл был предложен в 1904 г. русским инженером Г.В. Тринклером.

Кривая 1—2 на рис. 5 соответствует процессу адиабатного сжа­тия, кривая 2—3 процессу подвода теплоты при постоянном объеме, прямая 3—4 — процессу подвода теплоты при постоянном давле­нии, кривая 4—5 — процессу адиабатного расширения газа, прямая 5—1— процессу отвода теплоты при постоянном объеме.

Характеристиками цикла являются:

.

Рис. 5. Цикл поршневого ДВС со смешанным подводом теплоты

Двигатели, работающие по данному циклу, имеют ε от 15 до 20; λ от 1,4 до 2,4; ρ от 1,1 до 1,6.

В данном цикле удельная работа вычисляется по формуле

(14)

а КПД цикла — по формуле

(2.15)

Анализ формулы (2.15) показывает, что термический КПД цик­ла со смешанным подводом теплоты зависит от всех трех парамет­ров, т. е. от ε, λ и ρ.

6. Сравнение различных циклов двс

Результаты исследований показывают, что при одинаковых степе­нях сжатия наиболее экономичен цикл с подводом теплоты при по­стоянном объеме, так как в этом случае подвод теплоты осуществ­ляется при наиболее высокой температуре и сообщенная рабочему телу теплота обладает наибольшей работоспособностью.

При одинаковых степенях сжатия увеличение λ в цикле с под­водом теплоты при постоянном объеме приведет к росту максима­льного давления цикла, а в цикле Дизеля этого не произойдет, так как λ = 1. Однако прирост максимального давления сопровождается большими нагрузками на детали кривошипно-шатунного механиз­ма, что вызывает увеличение сил трения в механизме. Следователь­но, увеличение λ, а вместе с ним и работы в цикле с подводом теп­лоты при постоянном объеме не всегда компенсируется более вы­соким η_t цикла.

Преимуществом циклов с подводом теплоты при постоянном давлении и со смешанным подводом теплоты являются более высо­кие степени сжатия. Поэтому циклы поршневых ДВС целесообраз­но сравнивать при одинаковых максимальных давлениях и одина­ковых количествах подведенной теплоты. В этом случае цикл Дизе­ля будет обладать более высоким термическим КПД по сравнению с циклом Отто.

Так как смешанный цикл и цикл с подводом теплоты при по­стоянном давлении осуществляются с одинаковыми степенями сжа­тия, а максимальное давление у смешанного цикла оказывается бо­льше (так как λ > 1), то и термический КПД смешанного цикла ока­зывается более высоким.

Контрольные вопросы

1. Дайте классификацию тепловых двигателей. В чем их отличие?

2. Объясните принцип действия четырехтактного ДВС, используя индика­торную диаграмму.

3. На какие группы по принципу работы делятся циклы ДВС?

4. От каких величин и как зависит работа и КПД цикла с подводом теп­лоты при постоянном объеме?

5. Что такое степень сжатия и степень повышения давления?

6. Почему в цикле с подводом теплоты при постоянном объеме ограни­чено увеличение степени сжатия и степени повышения давления?

7. От каких величин и как зависит работа и КПД цикла с подводом теп­лоты при постоянном давлении?

8. Что такое степень предварительного расширения?

9. Почему увеличение степени предварительного расширения приводит к уменьшению КПД цикла Дизеля?

10. В чем основной недостаток двигателя Дизеля?

11. Какие величины степеней сжатия используются в циклах Отто, Дизеля и Тринклера? У каких из них наиболее высокий КПД?

20