Циклы Д.В.С. со смешанным подводом теплоты. Цикл Тринклера

Недостатком двигателя Дизеля по сравнению с двигателем Отто является: наличие компрессора для распыления жидкого топлива, на работу которого расходуется 6-10% общей

мощности двигателя; сложные устройства насоса и форсунки; относительная тихоходность, обусловленная медленным сгоранием топлива.

В 1904г. росийский инженер Г.В.Тринклер построил бескомпрессорный двигатель высокого давления, работающий по циклу со смешанным подводом теплоты при p=const.

Необходимо отметить, что двигатель со смешанным подводом теплоты при p=const не нуждается в компрессоре высокого давления для распыления жидкого топлива. Распыление жидкого топлива производится при помощи механических форсунок. Жидкое топливо подается к форсункам насосом при давлении 30-40 МПа.

В этом двигателе (Рис.22.5) распыление жидкого топлива происходит в предкамере 4, которая устанавливается в верхней части цилиндра 1 и соединена с рабочим объемом цилиндра одним или несколькими узкими каналами 7. Сжатие воздуха, осуществ- ляется так же, как и в компрессорных дви- гателях, до температур, обеспечивающих самовоспламенение топлива ( процесс 1-2, рис.22.6)

Жидкое топливо подается в предкамеру через форсунку 5. Форма и расположение последней, способствуют хорошему смешению жидкого топлива с воздухом. Процесс смешения в предкамере протекает следующим образом. В процессе сжатия воздуха давление в цилиндре 1 растет быстрее, чем в предкамере 4. За счет разности давлений возникает поток воздуха из цилиндра 1 в предкамеру 4, который используется для распыления жидкого топлива, впрыскиваемого в предкамеру. При этом образуется однородная смесь, сгорающая в предкамере при постоянном объеме (процесс 2-3). Давление в предкамере вырастает, и направление потока изменяется: смесь продуктов сгорания и несгоревших паров топлива, имеющих температуру 1500-1800⁰С, устремляется из предкамеры в цилиндр, где происходит их перемешивание и догорание. В результате поршень перемещается слева направо при давлении p=const. После сгорания топлива происходит адиабатное расширение продуктов сгорания (процесс 4-5). Затем продукты сгорания удаляются из цилиндра.

Цикл со смешанным подво- дом теплоты состоит из следующих процессов:

1-2 адиабатное сжатие воздуха; 2-3-изохорный подвод теплоты, ; 3-4-изобарный подвод теплоты, ; 4-5-адиабатное расшире- ние продуктов сгорания; 5-1-

Рис. 22.6 изохорный отвод теплоты, .

Подвод теплоты q₁ в цикле со смешанным подводом теплоты осуществляется вначале по изохоре 2-3, а затем по изобаре 3-4.

Параметрами, характеризующими цикл со смешанным подводом теплоты, являются:

e=v₁/v₂ – степень адиабатного сжатия; =р₃/р₂ – степень изохорного повышения давления; r= v₄/v₃ – степень предварительного (изобарного) расширения;

Термический к.п.д. цикла со смешанным подводом теплоты h_t=1-q₂/q₁, (22.15)

Теплота, отводимая по изохоре 5-1, определяется соотношением

q₂=c_v(T₅-T₁) , (22.16)

тогда как теплота q₁ складывается из теплоты, подводимой в изохорном процессе 2-3, и теплоты, подводимой в изобарном процессе 3-4:

q₁=q_1v+q_1p , (22.17)

Очевидно, , (22.18)

Подставляя значение теплот q_1v и q_1p в выражение (22.15), получаем

, (22.19)

Выразим температуры Т₂, Т₃, Т₄ и Т₅ через температуру Т₁ и параметры цикла через e, , r.

Для адиабаты 1-2: , и , (22.20)

Для изохоры 2-3: ; ; , (22.21)

Для изобары 3-4: ; , (22.22)

Для адиабаты 4-5: , (22.23)

Откуда

, (22.24)

Подставляя выражение (22.20) – (22.24) в выражение (22.16) и (22.17), получаем

, (22.25) и , (22.25)

и , (22.26)

Подставляя выражение (22.25) и (22.26) в выражение для h_t (22.15), получаем

, (22.27)

Из этого уравнения следует, что h_t смешанного цикла, как h_t циклов с изохорным и изобарным подводом теплоты, возрастает с увеличением e,kи p. С увеличением r h_t уменьшается. При p =1 смешанный цикл обращается в цикл с подводом теплоты при р=соnst, а при r=1-r цикл с подводом теплоты при v=const. При этом уравнение (22.27) переходит соответственно в уравнение (21. ) и (22.11). Для таких двигателей обычно принимают e=10-14; p=1,2-1,7; r=1,1-1,5.

Работа цикла определяется выражением:

, (22.28)