25. 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.Кривая1—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

26. 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_tцикла.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.

27. Отличие действительных циклов четырехтактных двигателей от теоретических

Наибольший КПД можно теоретически получить только в результате использования термодинамического цикла, варианты которого были рассмотрены в предыдущей главе.

Важнейшие условия протекания термодинамических циклов:

неизменность рабочего тела;

отсутствие всяких тепловых и газодинамических потерь, кроме обязательного отвода теплоты холодильником.

В реальных поршневых ДВС механическая работа получается в результате протекания действительных циклов.

Действительным циклом двигателя называется совокупность периодически повторяющихся тепловых, химических и газодинамических процессов, в результате которых термохимическая энергия топлива преобразуется в механическую работу.

Действительные циклы имеют следующие принципиальные отличия от термодинамических циклов:

действительные циклы являются разомкнутыми, и каждый из них осуществляется с использованием своей порции рабочего тела;

вместо подвода теплоты в действительных циклах происходит процесс сгорания, который протекает с конечными скоростями;

изменяется химический состав рабочего тела;

теплоемкость рабочего тела, представляющего собой реальные газы изменяющегося химического состава, в действительных циклах постоянно меняется;

идет постоянный теплообмен между рабочим телом и окружающими его деталями.

Все это приводит к дополнительным потерям теплоты, что в свою очередь ведет к снижению КПД действительных циклов.