2. Характеристика циклів двз

Відомо, що термодинамічні цикли пов’язані з поняттям рівноважності (оборотності) циклу та однорідності робочого тіла, що виконує цикл. Всі ці умови у реальних ДВЗ відсутні. Крім того, при переході від індикаторних діаграм ДВЗ до термодинамічних циклів треба знехтувати процесами, у яких маса робочого тіла змінюється, а саме процесами всмоктування та вихлопу ( ). При побудові циклів ДВЗ зробимо такі припущення:

1. у коловому процесі приймає участь один кілограм пальної суміші;

2. робоче тіло є ідеальним газом з властивостями близькими до повітря;

3. процеси стиснення і розширення йдуть по адіабаті ( );

4. виділення теплоти при згорянні палива замінюється на процеси підводу теплоти:

   • карбюраторний ДВЗ з зовнішнім сумішоутворенням відповідає процесу ;

   • компресорний ДВЗ з внутрішнім утворенням паливної суміші замінюється на процес підводу теплоти при ;

   • у комбінованому ДВЗ процес згоряння замінюється на два послідовних процеса підводу теплоти при і .

5. відвод теплоти відбувається при вихлопі, коли об’єм робочого циліндра сталий і його можна вважати тепловідводом при .

Тоді всі термодинамічні цикли ДВЗ будуть відрізнятися тільки процесами підводу теплоти. Побудуємо термодинамічні цикли ДВЗ у і діаграмах (рис.2).

Рис. 2. Термодинамічні цикли ДВЗ: а) цикл Отто; б) цикл Дизеля; в) цикл Тринклера.

Розберемо питання ефективності ДВЗ на прикладі цикла Тринклера. Термічний к.к.д. цикла оцінює частку підведеної теплоти, яка перетворена у корисну роботу:

(1)

де , , l – відповідно теплота підведена, теплота відведена, корисна робота.

Якщо теплоємність робочого тіла прийняти сталою, то питомі теплоти підводу і відводу у циклі становлять:

	(2)
	(3)

де , – теплота підведена в ізохорному і в ізобарному процесі відповідно;

Т₁…Т₆ – абсолютні температури в характерних точках процесів підводу і відводу теплоти.

Підставивши значення та за модулем у формулу (1), будемо мати:

(4)

У інженерній практиці залежність (4) з урахуванням параметрів циклу перетворюють у наступний вираз. Другий доданок ділиться на ізохорну теплоємність. Відношення ізобарної до ізохорної теплоємності позначається через . Всі температури виражаються через температуру і розрахункові характеристики ДВЗ:

- ступінь адіабатного стиснення - ступінь ізохорного підвищення тиску - ступінь попереднього ізобарного розширення

(5)

Зробимо математичні викладки

	(6)
	(7)
	(8)

З рис. 2 видно, що

,

(9)

Тоді у адіабатному процесі (4-5) маємо:

Замість підставимо добуток та характеристик , , , або їм відповідних співвідношень:

Оскільки , то дроб , а відношення замінимо на ( ). Тоді:

Перемножимо степені. Показники степені складаються

(10)

Підставимо (6) - (10) у формулу (4) і отримаємо загнальну формулу дл я ДВЗ:

Скоротивши T₁, будемо мати:

(11)

З цієї залежності можна отримати вирази термічних к.к.д. для циклу Отто та циклу Дизеля при певних розрахункових характеристиках і .

Цикл Отто (підвід теплоти по ізохорі)

Як видно з рис. 2 попереднє ізобарне розширення відсутнє і , тоді . Тоді , і перший множник другого доданку у формулі (11) дорівнює одиниці . Тоді термічний к.к.д. циклу Отто становить:

(12)

Цикл Дизеля (підвод теплоти по ізобарі). У циклі Дизеля відсутнє ізохорне підвищення тиску і . Виходячи з цього, і вираз (11) перетвориться у формулу:

(13)

Поряд з методом оцінки термічного к.к.д. теплових двигунів внутрішнього згорання через їх характеристики існує універсальний метод заміни циклу ДВЗ еквівалентним циклом Карно. Цей метод ми розглядаємо у наступному параграфі.