Цикл ДВС со смешанным подводом теплоты

Работа компрессорного дизеля во многом зависит от работы компрессора, с помощью которого распыливается топливо. Эксплуатация таких двигателей на практике весьма неудобна. Стремление упростить и улучшить работу таких двигателей привело к созданию бескомпрессорных дизелей. Цикл бескомпрессорного дизеля впервые был предложен и осуществлен русским инженером
Г.В. Тринклером. Одним из распространенных способов ввода топлива в бескомпрессорных двигателях является механическое распыливание топлива, осуществляемое при высоких давлениях порядка 300 - 400 бар. Жидкое топливо, сжатое в насосе до этих высоких давлений, подается в форсунку, посредством которой оно мелко распыливается и вводится в цилиндр двигателя. Распыленное топливо, попадая в среду сжатого воздуха с температурой большей, чем температура самовоспламенения топлива, воспламеняется и горит по мере его ввода в цилиндр двигателя. Процесс горения топлива организуется таким образом, что при его протекании давление вначале повышается при u= const, а затем на некотором участке давление остается постоянным. Поэтому такие циклы и называют циклами со смешанным подводом теплоты, вначале по изохоре, а затем по изобаре.

Все современные двигатели с воспламенением от сжатия работают по такому циклу. И хотя такие двигатели на практике называют двигателями Дизеля, правильнее их следовало бы называть двигателями Тринклера.

Изобразим термодинамический цикл со смешанным подводом теплоты в координатах - p, u и T, s (рис. 13.5).

В этом цикле : а-с - адиабатное сжатие рабочего тела; c-z - изохорный подвод теплоты ; z-z¢ - изобарный подвод теплоты; z¢-в - адиабатное расширение рабочего тела; в-а - изохорный отвод теплоты.

Параметры цикла:

- степень сжатия; - степень повышения давления; - степень предварительного расширения; - степень последующего расширения.

Величины d, e и r связаны соотношением

.

Термический к.п.д. цикла , где q₁¢ = c_v(T_z -T_c);
q₁² = c_р(T_z¢ -T_z); q₂ = c_v(T_в -T_а). Найдем температуру в характерных точках цикла через заданную начальную температуру Т_а.

Из адиабаты а - с имеем

, откуда .

Из изохоры c - z

, тогда .

Для изобары z - z¢

, тогда .

Для адиабаты z¢ - в получим

,

откуда .

Подставим полученные значения температур в формулы для q₁ и q₂.

q₁ =q₁¢ + q₂² = c_u(T_ae^к-1 l - Т_аe^к-1) + c_p(T_аe^к-1lr - T_аe^к-1l) =

c_uT_ae^к-1 (l - 1) + c_pTae^к-1l(r - 1) = c_uT_ae^к-1 [ (l - 1) +кl (r - 1) ].

q₂ = c_u(T_alr^к - Т_а) = c_uT_a(lr^к - 1).

Тогда

.

Окончательно получим

. (13.3)

Термический к.п.д. данного цикла возрастает с увеличением e и l и уменьшается с увеличением r. Формула (13.3) является обобщающей для всех циклов. Из нее как частные случаи получаются формулы (13.1) при r = 1 и (13.2)
при l = 1.