1.3.2. Термодинамический цикл с подводом теплоты

при p = idem (цикл Дизеля)

На рис. 7а изображена принципиальная схема ПДВС, работающего по цик-лу Дизеля. При движении поршня П от ВМТ к НМТ (такт всасывания) атмосферный воздух через открытый впускной клапан 1 при закрытом клапане 2 заполняет цилиндр двигателя Ц. Затем клапан 1 закрывается и поршень П, двигающийся от НМТ к ВМТ, сжимает (такт сжатия) воздух настолько, что в конце сжатия температура воздуха превышает температуру самовоспламенения дизельного топлива. Поэтому после впрыскивания дизельного топлива через форсунку Ф в цилиндр Ц оно самовоспламеняется. Образовавшиеся продукты сгорания, расширяясь, перемещают поршень П от ВМТ к НМТ  такт рабочего хода поршня. И наконец, открывается выпускной клапан 2 (при закрытом клапане 1) и поршень П, двигающийся от НМТ к ВМТ, выталкивает продукты сгорания из цилиндра Ц в атмосферу  такт выхлопа. Затем все процессы повторяются в описанной последовательности.

На рис 7б изображен термодинамический цикл Дизеля в координатах p-v. Этот цикл состоит из двух адиабат (q = 0), изобары (p = idem) и изохоры (v = idem). Изображение термодинамического цикла Дизеля в координатах p-v аналогично изображению термодинамического цикла Отто, за исключением процесса c-f, в котором к газу подводится теплота q_1,p при p = idem.

На рис. 7в изображен термодинамический цикл Дизеля в координатах T-s. Отметим, что в этих координатах изохора располагается более круто по отношению к оси s, чем изобара.

Термический КПД цикла Дизеля _t,Д определяется по формуле

_t,Д = , (14)

где  = (v_f / v_c)  степень предварительного расширения газа в процессе c-z (при p = idem) . см. рис. 7б; k  показатель адиабаты.

Термический КПД цикла Дизеля возрастает с увеличением степени сжатия газа  и с уменьшением степени предварительного расширения газа   рис.8.

Термический КПД цикла Дизеля достигает 55 %.

Из сопоставления термических КПД циклов Отто _t,О (с подводом теплоты при v = idem) и Дизеля _t,Д (с подводом теплоты при p = idem) (см. рис. 6в) следует, что в этих циклах:

при одинаковой степени сжатия газа ( = (v_a / v_c))

_t,О  _t,Д , (15)

а при одинаковой наивысшей температуре T_f

_t,Д  _t,О . (16)

Параметры состояния газа в начальной точке (p_а, Т_а) при сравнении этих циклов принимаются одинаковыми.

Степень сжатия РТ в дизельных двигателях  составляет 1222.

Рис.8. Зависимость термического КПД цикла Дизеля η_t,Д от степени сжатия ε и степени предварительного расширения рабочего тела ρ

1.3.3. Термодинамический цикл со смешанным подводом теплоты

при v = idem и p = idem (цикл Тринклера)

На рис. 9а изображена принципиальная схема ПДВС, работающего по цик-лу Тринклера. В отличие от дизельного в двигателе со смешанным подводом теплоты топливо подается через форсунку Ф в форкамеру ФК, расположенную в цилиндре Ц. Топливо в форкамере ФК самовоспламеняется.

Горение топливно-воздушной смеси начинается в форкамере ФК и заканчивается в цилиндре Ц.

На рис 9б изображен термодинамический цикл Тринклера в координатах p-v. Цикл Тринклера состоит из двух адиабат (q = 0), двух изохор (v = idem) и изобары (p = idem). Он отличается от цикла Дизеля только процессом подвода к газу теплоты q₁: сначала теплота q_1,v подводится при v = idem (линия c-f), а затем теплота q_1,p подводится при p = idem (линия f-z), причем q₁ = q_1,v + q_1,p.

На рис. 9в изображен термодинамический цикл Тринклера в координа-тах T-s . Площадь фигуры а₁-c-f-f₁-a₁ представляет собой теплоту q_1,v, подведенную к газу при v = idem. Площадь фигуры f₁-f-z-r₁-f₁ представляет собой теплоту q_1,p, подведенную к газу при p = idem. Площадь фигуры а₁-c-f-z-r₁-а₁ представляет собой теплоту q₁, подведенную к газу в цикле, т.е. q₁ = q_1,v + q_1,p. Напомним, что в координатах T-s изохора располагается более круто по отношению к оси s, чем изобара.

Термический КПД цикла Тринклера _t,Т определяется по формуле

_t,Т = , (17)

где  = (p_z / p_c)  степень повышения давления газа  см. рис. 9б; k  показатель адиабаты.

Из сопоставления термических КПД циклов Тринклера _t,Т (с подводом теплоты при v = idem и p = idem), Отто _t,О (с подводом теплоты при v = idem) и Дизеля _t,Д (с подводом теплоты при p = idem) (см. рис. 9в) следует, что в этих циклах:

при одинаковой степени сжатия газа ( = (v_a / v_c))

_t,Д  _t,Т  _t,О , (18)

а при одинаковой наивысшей температуре T_z

_t,Д  _t,Т  _t,О . (19)

Степень сжатия воздуха  в двигателях, работающих по циклу Тринклера, составляет 1222.