Анализ эффективности цикла

 Термический коэффициент полезного действия (КПД) цикла зависит от характеристик цикла ε, λ, ρ и от свойств рабочего тела (k= ).

Показатель адиабаты k определяется составом продуктов сгорания и изменяется незначительно от 1,33 до 1,37.

Проанализировать влияние характеристик цикла ε, λ, ρ на КПД удобнее всего по тепловой диаграмме. Известно, что чем шире температурный диапазон цикла (разница между средними температурами подвода и отвода теплоты), тем больше его термический КПД.

1) При увеличении степени сжатия конечная точка процесса 1-2 сместится в т.2' (рис. 4). Средняя температура подвода теплоты   при этом увеличивается, следовательно, термический КПД также увеличится.

  .

Для цикла Тринклера степень сжатия изменяется в пределах:  .

Рис. 4. К анализу эффективности цикла Тринклера

 

2) С увеличением степени повышения давления конечная точка процесса 2-3 сместится в т.3'. Средняя температура подвода теплоты   при этом увеличивается, значит термический КПД также увеличится.

.

Обычное значение  .

 

3) Если увеличить степень предварительного расширения, то конечная точка процесса 3-4 сместится в т.4'. Надо отметить, что для замкнутости цикла т. 5 необходимо сместить в т. 5'.

Средняя температура подвода теплоты увеличивается  . Но в этом случае увеличится и средняя температура отвода теплоты  .

 - растет быстрее (по изохоре),   растет медленнее (по изобаре).

Температурный диапазон цикла сузится, значит термический КПД уменьшится.

; 

Таким образом, увеличение степени предварительного расширения снижает термический КПД. На практике  ρ стараются уменьшить:  .

 

Конструкция двигателя, работающего по циклу Тринклера, включает «предкамеру» (рис.5). После сжатия воздуха в «предкамеру» подается под высоким давлением топливо и происходит быстрое сгорание приготовленной смеси при постоянном объеме, а потом происходит сгорание горючего при постоянном давлении по мере его поступления в камеру сгорания. 

 

Рис.5. Схема ДВС, работающего по циклу Тринклера

(1 – впускной клапан, 2 – выпускной клапан)

 

 

Цикл с подводом теплоты при постоянном объеме (цикл Отто)

                  

Это цикл бензиновых ДВС с внешним смесеобразованием и принудительным искровым зажигание горючей смеси. Такие ДВС применяют на легковом автотранспорте.

Рабочая и тепловая диаграммы цикла Отто представлены на рис. 6.

Характеристики цикла:

- степень сжатия

 - степень повышения давления.

 

Рис.6. Цикл Отто. Рабочая (p-v) и тепловая (T-s) диаграммы.

(1-2 – адиабатное сжатие, 2-3 –  изохорный подвод теплоты,

3-4 – адиабатное расширение, 4-1 – изохорный отвод теплоты)

 

Параметры состояния рабочего тела в характерных точках цикла определяются аналогично рассмотренному ранее циклу Тринклера.

Подводимая теплота:    

Отводимая теплота:  .

Работа цикла   .

 

Термический КПД цикла:   .

Чем больше степень сжатия ε, тем выше эффективность цикла. Увеличение ε в карбюраторных двигателях ограничено наступлением детонации (взрывного сгорания), которая зависит от температуры самовоспламенения горючей смеси и конструктивных особенностей камеры сгорания, поэтому ε = 6~12.