Термічний коефіцієнт корисної дії циклу

.

Вираз одержаний із урахуванням рівняння адіабатного процесу

.

Термічний коефіцієнт корисної дії залежить від показника стискування й виду робочого тіла (показника адіабати k) і тим більший, чим більший показник стискування. Збільшення “ k “ приводить до збільшення ККД.

Для запобігання передчасному спалахуванню горючої суміші ε = 5...8 для бензинових двигунів ε = 9...12 для газових. Із збільшенням антидетонаційних властивостей палива показник стискування може бути підвищеним. Температура Т₂ після стиснення збільшується, і її значення обчислюють за рівняння:

Т₂=Т₁ε ^k-1, ^оК.

Температура Т₂ не повинна бути більшою за температуру спалахування горючої суміші.

Перший ДВЗ з ізохорним підведенням теплоти був збудований у 1876 р. німецьким винахідником Н.Отто. Наближене до ізохорного процесу підведення теплоти вдається досягти за рахунок дуже швидкого процесу спалахування і миттєвого згорання горючої суміші у циліндрі, поршень при цьому не встигає переміститись із лівого крайнього положення в праве.

У двигунах із підведенням теплоти при р=соnst здійснюється роздільне стиснення палива і повітря, що запобігає саме спалахуванню й дає можливість одержати високий показник стиснення. Тиск у кінці стиснення становить 3-4 МПа і температура 600-800^о С. Показник стискування вибирають так, щоб температура повітря в циліндрі була меншою за температуру спалахування палива. Тоді воно спалахує й горить при р = сonst у період роботи форсунки.

Ідеальний цикл Дизеля показаний на рис.13 У процесі 1-2 повітря стискується в компресорі адіабатно до тиску Р₂.

У процесі 2-3 згорає паливо і підводиться теплота q₁ при р₁ = const (за рахунок більш повільного згорання дизельного палива порівняно з бензином), в адіабатному процесі 3-4 робоче тіло розширюється і здійснює роботу, в процесі 4-5 теплота відводиться в навколишнє середовище при υ = const.

Рис.13 Цикл Дизеля в Р– υ і Т– S - координатах

Характеристики циклу:

− показник стискування;

− показник попереднього розширення.

Кількість підведеного тепла: q₁=C_mр× (T₃ – T₂);

кількість відведеного тепла: q₂=C_mυ × (T₄ – T₁).

Термічний ККД циклу

.

Термічний ККД циклу залежить від показника стискування, показника попереднього розширення й показника адіабати, при ε = 10 і γ = 2, 5 – η =0, 46, при ε = 20 та γ = 2, 5 – η = 0, 56. Величина ε повинна забезпечити умови відсутності самоспалахування палива.

Перший компресорний двигун із процесом згорання при р=const був побудований у 1895р. німецьким інженером Р.Дизелем.

Цикл із підведенням теплоти при р=const має більший термічний ККД порівняно з циклом із підведенням теплоти при υ =const.

Але на приведення в дію компресора для подачі палива витрачається до 6-10% загальної потужності двигуна. Двигуну зі змішаним підведенням теплоти частково при υ = const, а частково при р = const не потрібен компресор. Подача палива в ньому здійснюється за допомогою насоса, витрати на привід якого значно менші. У такому двигуні попереднє часткове спалювання палива проходить у форкамері при υ = const. Спалахування палива відбувається від повітря, стиснутого в циліндрі до відповідної температури (процес 3-4). Догорання палива проходить у циліндрі (процес 3-4). У результаті поршень переміщується при р = const. Після згорання палива відбувається адіабатне розширення продуктів згорання (процес 4-5). Після цього продукти згорання видаляються в атмосферу при υ = const (процес 5-1). Таким чином, стиснення повітря відбувається в адіабатному процесі 1-2, а підведення теплоти – в процесах 2-3 і 3-4.

Зображення циклу в р-υ і T-S - координатах представлене на рис. 14.

Рис. 14. Цикл Тринклера в Р– υ і Т– S - координатах

Характеристики циклу:

− показник стиснення;

− показник попереднього розширення;

− показник підвищення тиску.

Кількість підведеної теплоти: q₁ = C_mυ × (T₃ – T₂) + C_mр× (T₄ – T₃);

кількість відведеної теплоти: q₂ = C_mυ × (T₅ – T₁).

Термічний ККД циклу:

.

ДВЗ, для яких ідеальним циклом є цикл з ізохорно-ізобарним підведенням теплоти, називається безкомпресорним дизелем. ККД для такого циклу збільшується зі зростанням показника стискування ε і показника підвищення тиску λ. При ε =18...20 значення ККД досягає 0, 65...0, 7.

Патент на безкомпресорний дизель був виданий у 1904 р. російському інженерові Г.Тринклеру. Всі сучасні дизелі виконуються безкомпресорними.