Термодинамический цикл дизеля кратко

Обновлено: 05.07.2024

Идеальные циклы тепловых двигателей учитывают только одну потерю теплоты, связанную с ее отводом к холодному источнику.

На рисунках 1.2 а) и б) изображены теоретические циклы дизелей с газотурбинным наддувом при импульсном и изобарном подводе газов к турбине.

Процессы в цилиндре в обоих случаях идентичны: а-с – адиабатное сжатие от давления р а = р5 до р с при перемещении поршня от НМТ к ВМТ; c -z ‘ подвод тепла Qv к рабочему телу при постоянном объеме; z’-z – подвод тепла Qp к рабочему телу при постоянном давлении; z-b – адиабатное расширение рабочего тела при перемещении поршня к НМТ.

При импульсном подводе газов к турбине (Рис. 1.2. а) на участке b – f осуществляется адиабатное расширение рабочего тела в турбине до давления окружающей среды р 0. Участок f-o соответствует отводу тепла Q t _отв от газовой турбины на холодный источник. На участке о~к осуществляется адиабатное сжатие рабочего тела в компрессоре. Для уменьшения температуры рабочего тела, поступающего в цилиндр из компрессора, на участке к-a осуществляется отвод тепла от рабочего тела (промежуточное охлаждение) при постоянном давлении Ps. Вследствие промежуточного охлаждения плотность рабочего тела увеличивается, а отрицательная работа сжатия в цилиндре уменьшается.

При изобарном подводе газов к турбине (рис. 1.2. б) на участке b-а рабочее тело перемещается из цилиндра в выпускной коллектор, при этом его давление мгновенно снижается от р_b до p_s. Далее по изобаре а – г оно подводится к турбине, где на участке r – f осуществляется расширение и далее, как описано выше. В точке а цикл замыкается.

Из рассмотренного выше ясно, что даже в идеальном варианте цикл дизеля с газотурбинным наддувом достаточно сложен, поэтому целесообразно для дальнейшего рассмотрения процессов, протекающих в цилиндре, ограничиться только той частью идеального цикла, которая относится к цилиндру. Процессы в системах газообмена и наддува с их теоретическим циклом подробно излагаются далее в главах – газообмен и наддув. При таком подходе будем условно допускать, что идеальный цикл замыкается по изохоре b-а. Теплота, условно отводимая при этом от рабочего тела (отвод на холодный источник), затем подводится к турбине.

Рассмотрим параметры идеального цикла.

ε = Va /Vc – степень сжатия рабочего тела в цилиндре;
р =VZ/VC – степень предварительного расширения, где Vz -объем цилиндра в конце подвода тепла;
δ =Vb/Vz – степень последующего расширения, где Vb -объем цилиндра в конце расширения.
Поскольку Vb = Va (см. рис. 1.2.), то не трудно получить соотношение между приведенными выше параметрами ε = рδ.

λ = рz/рс – степень повышения давления при подводе тепла, где рz и рс – соответственно максимальное давление цикла и давление в конце сжатия.

где Qпод, Qt, Qотв – подведенное, полезно использованное и отведенное количество тепла в цикле.

В технической термодинамике в зависимости от способа подвода тепла принято выделять три основных типа теоретических циклов поршневых ДВС: цикл Отто (все тепло подводится при постоянном объеме), цикл Дизеля (все тепло подводится при постоянном давлении) и цикл со смешанным подводом тепла (Тринклера – Сабатэ). Указанные типы циклов приведены на рисунке 1.3.

Эталоном термического совершенства циклов тепловых двигателей принят обратимый цикл Карно, имеющий максимальный термический КПД. В связи с этим, более совершенным считается идеальный цикл ДВС, имеющий наибольший ηt.

При сравнении идеальных циклов обязательно следует определить условия сравнения. Определенный интерес представляет сравнение упомянутых выше циклов при следующих условиях: во всех трех случаях значения давлений р_а и р_z остаются неизменными, также выполняется условие Qпод=const

Изменение эффективности циклов наиболее наглядно при их изображении в координатах T-s, как показано на рисунке 1.4. Здесь же для сравнения приведен цикл Карно, состоящий из следующих процессов: а-1 адиабатное сжатие рабочего тела, 1-2 подвод тепла при постоянной температуре Тmax, 2-bк адиабатное расширение и bк-а отвод тепла на холодный источник при постоянной температуре Tmin = Та. Полезно использованное в цикле тепло Q_t представлено заштрихованной на рис. 1.4 площадью. Отведенной теплоте соответствует площадь f_a-o-k-bk

Как известно из технической термодинамики, термический КПД цикла Карно определяется соотношением температур:

Так как Q_под во всех случаях остается неизменным, то соответствующие ему площади f_o-a-l-2-bk-k (цикл Карно) f_{0-a-cv-zv-bv-v} (цикл Отто), f_0-a-cm-bm-m ( цикл со смешанным подводом тепла) и f_{0-a-cp-zp-bp-b}
(цикл Дизеля) должны быть равны. Наибольшие значения давления и температуры в конце сжатия имеют место в цикле дизеля, наименьшие – в цикле Отто. Цикл со смешанным подводом тепла занимает промежуточное значение по величинам рс и Тс. При одинаковых значениях ра, Та и Va отмеченные различия в параметрах конца сжатия связано с различными значениями степени сжатия, а именно: ε_p > ε_m > ε_v

Количество тепла, отведенное на холодный источник, как видно из рисунка 1.4, наименьшим будет для цикла Карно (площадь f_{0-а -bk-k} ), затем в порядке возрастания этого параметра идут циклы Дизеля, Тринклера-Сабате, Отто. Поскольку во всех случаях количество подводимой теплоты и максимальные давления циклов одинаковы, полезно использованное количество теплоты для этих циклов:
Qtk>Qtp>Qtm>Qtv Так же соотносятся и термические КПД сравниваемых циклов: ηtk> ηtp> ηtm> ηtv

Таким образом, чем больше степень сжатия, тем выше термический КПД цикла. Термический КПД цикла со смешанным подводом тепла равен

Термический КПД цикла Дизеля можно получить из выше приведенной формулы, если учесть, что в этом цикле λ = 1. Тогда

Термический КПД цикла Отто также получим из первой формулы, положив, что p = 1

Приведенные выше зависимости показывают, что при любом способе подвода тепла, если не ограничивать максимальное давление цикла, с увеличением степени сжатия термический КПД цикла будет возрастать.

Цикл Отто является идеальным циклом бензиновых двигателей с воспламенением топлива от электрической искры. Поскольку в этих двигателях сжимается смесь паров бензина и воздуха, то для исключения самопроизвольного самовоспламенения топливовоздушной смеси в ходе сжатия и последующего детонационного (взрывного) сгорания степень сжатия в них невелика (менее 11).

На рисунке 1.5 штриховкой выделен идеальный цикл со смешанным подводом тепла в координатах p -V и T-s. Штриховыми линиями на рисунке показаны циклы с подводом тепла только по изохоре (c-zv) и только по изобаре (c-zp). В данном случае сравнения термодинамических циклов предполагается, что это один и тот же ДВС, у которого изменяются только условия подвода тепла. Величины Qпод, объемы цилиндра Vh, Vc, Va, степень сжатия, р_а и р_с остаются одними и теми же во всех трех случаях.

Так как температура в точке с одинакова для всех трех циклов, то средняя температура рабочего тела в процессе подвода тепла будет наибольшей для того цикла, у которого больше Tz. Из рисунка 1.5 б) видно, что Tz наибольшее значение имеет в цикле с подводом тепла только по изохоре, наименьшее – в цикле с подводом тепла только по изобаре. В цикле со смешанным подводом тепла она занимает промежуточное значение. С учетом отмеченной ранее связи средней температуры с термическим КПД цикла, вполне очевидны следующие соотношения: η_tv >η_tm >η_tp.

Таким образом, с термодинамической точки зрения выгоднее всего подводить тепло в цикле только по изохоре, менее выгодно – по изобаре. Если полученный вывод перенести на реальные условия, то в дизелях следует так осуществлять подачу топлива, чтобы его сгорание происходило в непосредственной близости от верхней мертвой точки (ВМТ). Однако согласно рис. 1.5 а) указанный экономический выигрыш в этом случае будет сопровождаться не менее очевидным увеличением механических нагрузок двигателя, поскольку максимальное давление p_z и параметр λ= pz /pc для цикла с подводом тепла только по изохоре имеют наибольшую величину: р_zv> p_zm> p_zp (эти параметры являются показателями механической напряженности дизеля).

Второй крайний случай подвода тепла, когда (только при р = const), приводит к обратному выводу: при худшей экономичности механические нагрузки в двигателе будут наименьшими. При смешанном подводе тепла преимущества и недостатки указанных крайних случаев подвода в той или иной степени балансируются.

В абсолютном большинстве случаев подача топлива в судовых дизелях начинается до и заканчивается после ВМТ, так что их идеальный цикл характеризуется смешанным подводом тепла, однако встречаются примеры, когда доля Qv или Qp сравнительно невелика, поэтому диаграммы рабочего цикла в координатах p -V на участке сгорания топлива по своему виду приближаются к одному из рассмотренных на рис. 1.5 крайних случаев.

Анализ можно было бы продолжить, однако рассмотренные случаи и отмеченные при этом связи между параметрами идеальных термодинамических циклов в достаточной мере позволяют применять их для качественной оценки изменения экономичности и механической напряженности судовых дизелей в условиях эксплуатации.

Последовательность термодинамических процессов в любом современном поршневом двигателе внутреннего сгорания в той или иной степени приближена к одному из трех характерных циклов, называемых идеальными циклами Отто, Дизеля и Сабатэ – Тринклера (Сабатье – Тринклера) .
При этом принципиальное различие этих циклов проявляется лишь в характере процесса сгорания топлива (подвода теплоты) , который в идеальном цикле Отто протекает в условиях постоянного объема камеры сгорания, в цикле Дизеля – при постоянном давлении в цилиндре, а в цикле Сабатэ – последовательно по изохорному, а затем по изобарному процессам.

Исходя из приведенных характеристик, циклы Отто, Дизеля и Сабатэ – Тринклера иногда называют, соответственно, циклами быстрого, постоянного и смешанного сгорания, которые положены в основу работы карбюраторного, компрессорного и бескомпрессорного двигателей.

Приведенные ниже идеальные циклы тепловых двигателей внутреннего сгорания описывают последовательность термодинамических процессов, протекающие по двухтактному сценарию, т. е. поршень в цилиндре совершает за один цикл два хода - вверх и вниз. Реальные тепловые двигатели могут работать и по двухтактному, и по более эффективному четырехтактному циклу.

Цикл Отто

Идеальный цикл теплового двигателя внутреннего сгорания с принудительным воспламенением горючей смеси, который обычно называют циклом Отто, на самом деле был описан и предложен еще в 1862 году французским инженером Альфонсом Бо Де Роша (1815-1891) , т. е. задолго до создания Николаусом Августом Отто своего знаменитого двигателя, первый образец которого был изготовлен спустя полтора десятилетия - в 1878 году. Поэтому заслуга Отто заключается лишь в осуществлении указанного цикла на практике.

В своем двигателе Отто первым применил сжатие рабочей смеси для поднятия максимальной температуры цикла, которое осуществлялось по адиабате (т. е. без теплообмена с внешней средой) . Последовательность термодинамических процессов в цикле Отто можно проследить по приведенной ниже диаграмме (рис. 1) .
После сжатия газо-топливной смеси она воспламенялась от внешнего источника (свечи) , после чего начинался процесс подвода теплоты, который протекал практически по изохоре (т. е. при постоянном объеме цилиндра двигателя) . Этот процесс на диаграмме представлен в виде вертикального участка, начинающегося с момента воспламенения горючей смеси в цилиндре.
Изохорный характер процесса подвода теплоты объясняется тем, что воспламенившаяся газо-топливная смесь сгорает очень быстро, при этом процесс сопровождается резким повышением (скачком) давления и температуры в цилиндре.

Далее следовало адиабатическое расширение, в процессе которого двигателем осуществлялась полезная работа (рабочий ход поршня) . В конце процесса расширения следовал изохорный отвод теплоты (открывание клапанов и продувание цилиндра) . На этом цикл завершался, после чего следовало повторение указанной последовательности процессов, составляющих череду аналогичных циклов.

Как указывалось выше, А. Отто первым применил сжатие рабочей смеси перед воспламенением, благодаря чему КПД его двигателя значительно превышал КПД двигателя Э. Ленуара, в котором сжатие не предусматривалось. Современные двигатели, работающие по схеме цикла Отто, имеют степень сжатия (в зависимости от конструктивных особенностей) от 8 до 12,5. По такому циклу работают двигатели с принудительным воспламенением горючей смеси, использующие в качестве топлива бензин или газ.
Более высокая степень сжатия в таких двигателях приводит к детонационному самовоспламенению смеси, т. е. теряется контроль над процессом воспламенения и сгорания топлива, а сам двигатель, по существу, начинает "превращаться" в беспорядочно работающий дизель со всеми вытекающими от детонации последствиями.

Из-за относительно невысокой степени сжатия горючей смеси в цилиндрах, термический КПД таких двигателей ниже, чем в дизельных двигателях, и достигает 30-35 %.

Двигатели, работающие по циклу Отто, в настоящее время широко применяются в автомобилях, лодочных моторах, маломощных летательных аппаратах и т. п.

Цикл Дизеля

Другой характерный идеальный цикл для ДВС называют циклом Дизеля, по имени изобретателя дизельного двигателя. Этот цикл характеризуется подводом теплоты (сгоранием топлива) по изобаре, т. е. при постоянном давлении в цилиндре двигателя.

Как и в случае с циклом Отто, называть цикл, в котором сгорание топлива осуществляется по изобаре, циклом Дизеля будет не совсем справедливо.
Изначально Р. Дизель предлагал осуществлять сжигание топлива по изотерме (как в идеальном цикле Карно) и запатентовал именно такой способ подвода тепла к рабочему телу.
Однако, уже первые практические испытания показали, что цикл, предложенный Р. Дизелем, не имеет никакого практического и теоретического значения. Всякое приближение процессов горения к изотерме в цикле Дизеля приводило к увеличению расхода топлива.
И лишь некоторое время спустя анализ диаграммы рабочего цикла дизельного двигателя, построенного в России на заводе "Л.Нобеля" показал, что линия сгорания топлива в нем протекает по изобаре. При этом достигался наиболее высокий КПД.
Тем не менее, название цикл Дизеля установилось и теперь навсегда связано с именем знаменитого изобретателя конструкции тепловых двигателей уникального типа.

Цикл Дизеля протекает по следующему сценарию (см. диаграмму на рис. 1) .
Сжатие осуществляется по адиабате, как и в цикле Отто, с той лишь разницей, что степень сжатия и давление в конце такта значительно выше. Это прослеживается на приведенной диаграмме.
В конце такта сжатия происходит впрыск топлива и начинается его горение (подвод теплоты) , которое осуществляется по изобаре, т. е. при постоянном давлении.
Именно в этом заключается принципиальное отличие цикла Дизеля от цикла Отто, где теплота подводится изохорно (при постоянном объеме) , поскольку топливо сгорает очень быстро, а его воспламенение (от искры) начинается чуть раньше, чем поршень достигал верхнего положения.
Изобарное сжигание топлива в дизельном двигателе связано с относительно медленным (лавинообразным) воспламенением – сначала сгорают легкие фракции, затем более тяжелые. В результате процесс горения растягивается во времени и поршень успевает "убежать" от верхней мертвой точки, при этом давление в цилиндре остается неизменным.
Далее, как и в цикле Отто, следовало адиабатическое расширение, а затем изохорный отвод теплоты (выпуск газов и продувка цилиндра после открывания клапанов) .

Принципиальное и конструктивное отличие заключалось в том, что Дизель предложил сжимать в цилиндре не топливовоздушную смесь, как в двигателях Отто, а воздух. В конце такта сжатия температура воздуха поднималась настолько, что впрыскиваемое в цилиндр топливо возгоралось самостоятельно, т. е. происходило самовоспламенение топлива.
Для осуществления самовозгорания приходилось значительно увеличить степень сжатия, которая в дизельных двигателях в 2-3 раза выше, чем в карбюраторных двигателях.
Дизель, проектируя свой двигатель, предполагал применить стократную степень сжатия, но, как показали первые же испытания, тепловая и механическая напряженность деталей двигателя при таких нагрузках превышала допустимые значения. Опытные образцы не выдерживали нагрузки и разрушались даже при значительном утяжелении конструкции с целью повышения прочности.
Тем не менее, современные разработки по усовершенствованию дизельных двигателей направлены, в том числе, на значительное увеличение степени сжатия, поскольку это напрямую связано с повышением КПД и экономичности двигателя.

По легенде считается, что Р. Дизель изобрел свой знаменитый двигатель, накачивая ручным насосом колесо велосипеда. После нескольких энергичных манипуляций насосом, он заметил, что его корпус-цилиндр сильно нагрелся, и даже обжигал руку. Это и натолкнуло изобретателя на идею, которая принесла ему мировую славу и бессмертие в памяти благодарного человечества.

Особенностью системы питания Дизеля, в его первозданном виде, было компрессорное пневматическое распыливание топлива, на смену которому со временем пришло механическое распыливание посредством топливных насосов высокого давления (ТНВД) и форсунок, предложенных в 1898 году французом Сабатэ.

Отказ от пневматического (компрессорного) впрыска был связан с тем, что на привод компрессора приходилось 10-15% полезной работы двигателя, в связи с чем расход топлива у таких дизелей был не совсем приемлемым, т.е. эффективные показатели были ниже, чем у цикла Сабатэ – Тринклера. Кроме того, гидравлический впрыск топлива позволял увеличить динамические показатели работы дизельного двигателя.
Однако индикаторные и экологические показатели компрессорного ( "чистого" ) дизельного двигателя были выше, чем у двигателей, работающих по циклу Сабатэ – Тринклера (о них речь пойдет ниже) . Связанно это было с более качественным смесеобразованием – в цилиндр подавалась топливовоздушная смесь, а не топливо в жидкой фазе как у современных дизелей.

Повсеместный переход от пневматического на механическое (бескомпрессорное) распыливание топлива и соответственно с цикла Дизеля на цикл Сабатэ - Тринклера начался в 30-х годах прошлого столетия.
В настоящее время двигатели, работающие по "чистому" циклу Дизеля не производятся, за исключением экспериментальных и опытных образцов.

Цикл Сабатэ – Тринклера

Цикл, включающий два последовательных термодинамических процесса сгорания топлива – сначала по изохоре, а затем по изобаре, называют циклом Сабатэ – Тринклера. Пожалуй, это название цикла тоже можно оспорить, поскольку французский инженер Сабатэ (Сабатье) запатентовал в 1898 году не цикл, а механическое устройство (форсунку с распылителем) , которое должно было подавать жидкое топливо непосредственно в цилиндры в два этапа. По замыслу Сабатэ это должно привести к более полному и быстрому сгоранию топлива.

В начале прошлого века российский инженер Густав Тринклер изобрел принципиально новый двигатель, опытный образец которого был изготовлен в 1902 году на Путиловском заводе. Снятая с работающего двигателя индикаторная диаграмма показала, что сгорание топлива в нем происходило по смешанному циклу – сначала по изохоре (при постоянном объеме) , а затем по изобаре (при постоянном давлении) .
Таким образом, первым в мире двигателем с самовоспламенением, работающим по циклу смешанного сгорания, был двигатель конструкции Г. Тринклера, изготовленный в России.

Термодинамические процессы в цикле Сабатэ – Тринклера осуществляется в следующей последовательности (см. диаграмму на рис. 1) .
Сжатие воздуха, как и в цикле Дизеля, осуществлялось по адиабате. Теплота подводится смешанно: изохорно (вертикальный участок на p-V диаграмме) , а затем изобарно (горизонтальный участок на диаграмме) .
Далее следовало адиабатическое расширение, после чего изохорный отвод теплоты (вертикальный отрезок в конце такта расширения на диаграмме) .

Смешанный цикл в двигателе Тринклера имел место благодаря применению гидравлического впрыска топлива посредством форсунок, а также предварительному воспламенению топлива не в цилиндре, а в отдельной небольшой камере, соединенной каналом с объемом цилиндра. Именно в эту камеру бескомпрессорным (гидромеханическим) способом впрыскивалось топливо, где и начинался процесс его горения.
Применение отдельной камеры позволяло поддерживать в ней более высокую температуру, чем в цилиндре, поскольку ее стенки не успевали остыть при отводе теплоты из цилиндра. Благодаря этому процесс горения топлива в камере протекал очень быстро (практически, по изохоре, как в цикле Отто) , а затем горение распространялось в цилиндр и здесь уже протекало по изобарному сценарию, как в цикле Дизеля.
Двигатели Тринклера чаще называют бескомпрессорными или форкамерными дизелями или просто дизелями.

Как упоминалось выше, все выпускающиеся в настоящее время дизельные двигатели на самом деле работают по циклу Сабатэ - Тринклера, т. е. циклу со смешанным подводом теплоты и с механическим распыливанием топлива.

Область применения этих двигателей очень широкая. Их устанавливают в генераторных, насосных, энергетических установках и на электростанциях, в легковых и грузовых автомобилях, тракторах, сельскохозяйственной и дорожной технике, на тепловозах, судах, самолетах и т. д.

Сравнение эффективности идеальных циклов

Попробуем сравнить эффективность рассмотренных выше идеальных циклов с помощью диаграммы T-s (рис. 2) , описывающей зависимость между энтропией и температурой рабочего тела. Анализ будет наиболее наглядным при одинаковых степенях сжатия в рассматриваемых двигателях (представим, что такое возможно) .

Из приведенной диаграммы (рис. 2б) видно, что процессы сжатия 1-2 у всех трех типов двигателей (карбюраторного, дизельного и бескомпрессорного) совпадают, а если отводить одинаковое количество теплоты, то будут совпадать и процессы 4-1.

Следует отметить, что на диаграмме T–s изохора всегда проходит круче изобары, следовательно, в карбюраторном двигателе при одинаковом количестве подведенной теплоты будет совершаться больше работы на величину заштрихованной площади. Исходя из этого, можно сделать вывод: изохорное сжигание топлива эффективнее изобарного.

Однако в действительности названные двигатели работают при разных степенях сжатия, и практический интерес представляет сравнение их эффективности при одинаковых максимальных температурах сгорания, поскольку именно они определяют в основном температурную напряженность машины и ее КПД.

Следующая диаграмма T-s (рис. 2в) показывает циклы Отто, Дизеля и Сабатэ-Тринклера при одной и той же максимальной температуре. В этом случае на диаграмме T–s должны совпадать точки 3, что соответствует одинаковой максимальной температуре в цикле и одинаковому количеству отводимой за цикл теплоты.

Здесь отрезки 1–2, 1–2' и 1–2" изображают адиабатное сжатие в циклах Отто, Дизеля и Сабатэ-Тринклера соответственно, 2–3 – изохорный подвод теплоты в цикле Отто, 2'–3 – изобарный в цикле Дизеля, 2"–3' и 3'–3 – изохорный и изобарный в цикле Сабатэ-Тринклера. Остальные процессы – адиабатное расширение (рабочий ход) 3–4 и изохорный отвод теплоты 4–1 – при рассматриваемых условиях одинаковы для всех трех циклов.

Как видно из этой диаграммы, максимальная теплота q₀ (площадь, заключенная внутри контура цикла) , преобразуемая в полезную работу и, следовательно, максимальный термодинамический КПД имеет место в случае цикла Дизеля, минимальный – в случае цикла Отто. Цикл Сабатэ-Тринклера по эффективности преобразования теплоты в полезную работу занимает промежуточное положение.

Конечно, наиболее ценные результаты дает сопоставление циклов при одинаковых максимальных температурах и одинаковых расходах топлива (одинаковых количествах подводимой за цикл теплоты) . Но сделать это с помощью диаграммы T–s практически невозможно, поскольку пришлось бы так подбирать количество отводимой теплоты, чтобы площади каждого из сравниваемых циклов были одинаковы.
Такой анализ может быть проведен с помощью моделирования на компьютере.

Приведенные ниже идеальные циклы тепловых двигателей внутреннего сгорания описывают последовательность термодинамических процессов, протекающие по двухтактному сценарию, т. е. поршень в цилиндре совершает за один цикл два хода — вверх и вниз. Реальные тепловые двигатели могут работать и по двухтактному, и по более эффективному четырехтактному циклу.

Цикл Отто

Идеальный цикл теплового двигателя внутреннего сгорания с принудительным воспламенением горючей смеси, который обычно называют циклом Отто, на самом деле был описан и предложен еще в 1862 году французским инженером Альфонсом Бо Де Роша (1815-1891) , т. е. задолго до создания Николаусом Августом Отто своего знаменитого двигателя, первый образец которого был изготовлен спустя полтора десятилетия — в 1878 году. Поэтому заслуга Отто заключается лишь в осуществлении указанного цикла на практике.

Цикл Дизеля

Цикл Сабатэ – Тринклера

Как упоминалось выше, все выпускающиеся в настоящее время дизельные двигатели на самом деле работают по циклу Сабатэ — Тринклера, т. е. циклу со смешанным подводом теплоты и с механическим распыливанием топлива.

Сравнение эффективности идеальных циклов

Здесь отрезки 1–2, 1–2′ и 1–2″ изображают адиабатное сжатие в циклах Отто, Дизеля и Сабатэ-Тринклера соответственно, 2–3 – изохорный подвод теплоты в цикле Отто, 2’–3 – изобарный в цикле Дизеля, 2″–3′ и 3’–3 – изохорный и изобарный в цикле Сабатэ-Тринклера. Остальные процессы – адиабатное расширение (рабочий ход) 3–4 и изохорный отвод теплоты 4–1 – при рассматриваемых условиях одинаковы для всех трех циклов.

Как видно из этой диаграммы, максимальная теплота q (площадь, заключенная внутри контура цикла) , преобразуемая в полезную работу и, следовательно, максимальный термодинамический КПД имеет место в случае цикла Дизеля, минимальный – в случае цикла Отто. Цикл Сабатэ-Тринклера по эффективности преобразования теплоты в полезную работу занимает промежуточное положение.

Дизельный двигатель – это двигатель внутреннего сгорания, работающий с самовоспламенением тяжелого топлива, впрыскиваемого в конце процесса сжатия.

Современные дизельные двигатели работают со смешанным подводом тепла (цикл Тринклера).

– степень предварительного расширения.

– степень увеличения давления.

Характерные особенности рабочего процесса:

1. В цилиндре сжимается не ТВС, а воздух;

2. Сжатие ведется до давления и , что обеспечивает самовоспламенение топлива, поэтому двигатель не требует принудительного зажигания.

Выбор степени сжатия определяется температурой самовоспламенения топлива: .

В качестве топлива в дизельных двигателях используется топливо с низкой температурой воспламенения: .

Топливо впрыскивается через форсунку до прихода в верхнюю мертвую точку: до ВМТ.

Регулирование мощности двигателя качественное, т.е. составом смеси.

Принцип работы.

Рабочий процесс дизельного двигателя.