Види термодинамічних циклів ДВЗ

Термодинамічні цикли ДВЗ можна поділити на дві групи: цикли з неповним та з повним розширенням робочого тіла. У кожній з цих груп цикли відрізняються способом підведення теплоти.

За циклами з неповним розширенням робочого тіла працюють поршневі двигуни без наддуву. Ці цикли поділяються на три види: з підведенням теплоти при сталому об’ємі (при V = соnst) - за цим циклом працюють ДВЗ з іскровим запалюванням (рис. 2.1, а); з підведенням теплоти при сталому тиску (при p = соnst) - за цим циклом працюють компресорні дизелі, в яких впорскування палива в циліндр здійснюється стиснутим повітрям (рис. 2.1, б); із змішаним підведенням теплоти, коли одна частина теплоти Q^/₁ підводиться при сталому об’ємі, а друга Q^//₁ - при сталому тиску - за цим циклом працюють безкомпресорні сучасні дизелі (рис. 2.1, в). У всіх трьох циклах теплота відводиться при V=соnst. У кожному з них: а, с, z/, z, b - характерні точки циклу; а-с - адіабатний стиск; с-z - підведення теплоти; z-b - адіабатне розширення; b-а - відведення теплоти; Q1 - кількість підведеної теплоти; Q2 - кількість відведеної теплоти. У циклі зі змішаним підведенням теплоти Q1 = Q^/₁+ Q^//₁

а б в

Рис. 2.1. Термодинамічні цикли з неповним розширенням робочого тіла

Цикли з повним розширенням робочого тіла за способом підведення теплоти Q1 поділяються на два види: з підведенням теплоти при V = соnst (рис.2.2, а) і при p = соnst (рис. 2.2, б). В обох випадках теплота Q2 відводиться при p = соnst. За цими циклами працюють газотурбінні і реактивні двигуни переривчатої (рис. 2.2, а) і безперервної (рис. 2, 2, б) дії.

В ДВЗ з газотурбінним наддувом застосовують цикли з продовженим розширенням і відведенням теплоти при сталому тиску. Ці цикли являють собою сукупність циклів з неповним і повним розширенням робочого тіла. Неповне розширення відбувається в циліндрах ДВЗ, а наступне повне – у газовій турбіні турбокомпресора. Тому такі ДВЗ називають комбінованими.

У поршневій частині може здійснюватися будь-який з трьох розглянутих вище циклів, а у газовій турбіні - або цикл з підведенням теплоти в турбіну за сталого об’єму, або цикл з підведенням теплоти за сталого тиску.

У першому випадку використовують імпульсну газову турбіну, у яку відпрацьовані гази з циліндрів ДВЗ спрямовуються безпосередньо. Тиск газів у міру їх розширення поступово зменшується, у турбіні використовується кінетична-енергія газів. У циклі ДВЗ з імпульсною турбіною (рис. 2.3, а): s-a - адіабатний стиск у компресорі; а-с - адіабатний стиск у циліндрі ДВЗ; с-z/-z - змішане підведення теплоти; z-b - адіабатне розширення газів у циліндрі ДВЗ; b - f - продовження розширення газів у випускному трубопроводі й газовій турбіні; f-s - відведення теплоти при р=соnst.

а б

Рис. 2.2. Термодинамічні цикли з повним розширенням робочого тіла

Підведення теплоти в газову турбіну здійснюється на ділянці b-а при сталому об’ємі.

а б

Рис. 2.3. Термодинамічні цикли ДВЗ з газотурбінним наддувом

У другому випадку відпрацьовані гази надходять у випускний трубопровід збільшеного об’єму й подаються з нього в газову турбіну приблизно при сталому тиску. Кінетична енергія газів у турбіні не використовується. У циклі з турбіною сталого тиску (рис. 2.5, б): s-а - адіабатний стиск у компресорі; а-с - адіабатний стиск у циліндрі ДВЗ; с-z/-z - змішане підведення теплоти; z-b - адіабатне розширення в циліндрі ДВЗ; b-а - відведення теплоти при V=соnst із циліндра; а-е - підведення теплоти, відведеної з циліндра, у газову турбіну при р=соnst; е-f – адіабатне розширення в турбіні; f-s - відведення теплоти при р=соnst.