21.3. Цикл зі змішаним підведенням тепла (цикл Трінклера)

Двигуни з ізобарним згорянням палива мають ряд недоліків (наявність компресора для розпилення палива, що ускладнює конструкцію й знижує економічність двигуна, складний устрій форсунок і т.п.). Тому виникли спроби створити двигун, що працює без компресора, з використанням у межах припустимих тисків найвигіднішого з термодинамічної точки зору процесу згоряння при постійному об'ємі, тобто сполучити цикли з підведенням тепла при V = const і при P = const.

В 1904 р. російському інженерові Г.В.Трінклеру був виданий патент на безкомпресорний двигун високого тиску, що працює по циклу зі змішаним підведенням тепла.

Всі сучасні двигуни із самозапалюванням працюють по змішаному циклу. В одних із цих двигунів розпилювання палива відбувається в спеціальній камері (так званій передкамері), що знаходиться у верхній частині циліндра двигуна й з'єднана з робочим об'ємом циліндра одним або декількома вузькими каналами (мал. 2.10). Стиснення повітря здійснюється так само як і в компресорних двигунах, до високих ступенів стиску, що забезпечують самозапалювання палива.

Під час стиснення повітря тиск Р₁ у циліндрі зростає швидше, ніж тиск Р₂ у передкамері, з'єднаної із циліндром вузьким каналом. За рахунок різниці тисків виникає потік повітря із циліндра в передкамеру, що використовується для розпилення рідкого палива, що впорскується в передкамеру.

З моменту першого спалаху в передкамері встановлюється тиск, більший, ніж у циліндрі двигуна. Процес горіння частини палива в передкамері зображується на  - Р діаграмі (мал. 2.11) ізохорним процесом 2-3 з підведенням тепла .

Рис. 2.10. Схема дизельного двигуна з передкамерою

Внаслідок швидкого зростання тиску в передкамері напрямок потоку змінюється й суміш гарячих продуктів згоряння, повітря й незгорілих у передкамері пар палива, що має температуру 1500 - 1800 С, спрямовується з передкамери в циліндр. Це витікання відбувається з великою швидкістю й супроводжується сильним вихроутворенням, що забезпечує гарне перемішу-вання палива з повітрям. При цьому утворюється однорідна суміш, що згоряє в циліндрі при постійному тиску.

Рис 2.11. Цикл Трінклера в  -Р діаграмі

Процес згоряння палива в самому циліндрі теоретично зображується ізобарою 3-4 з підведенням тепла . По припиненню згоряння відбувається адіабатне розширення продуктів згоряння (процес 4-5) і вихід відпрацьованих газів в атмосферу (процес 5-1).

У безкомпресорних двигунах іншого типу, що працюють по змішаному циклу, розпилювання рідкого палива провадиться за допомогою механічних форсунок. Подача палива до форсунок здійснюється насосом при високих тисках, що досягають 300 - 400 бар.

Таким чином, теоретичний цикл двигуна зі змішаним підведенням тепла має форму 123451 (мал. 2.11, 2.12) і складається з наступних процесів:

1-2 - адіабатний стиск робочого тіла;

2-3 - ізохорне підведення тепла;

3-4 - ізобарне підведення тепла;

4-5 - адіабатне розширення робочого тіла;

5-1 - ізохорний відвід тепла.

Вважючи теплоємність постійною, знайдемо рівняння для термодина-мічного ККД циклу Тринклера. За визначенням

(а)

Температури у всіх характерних точках циклу (у точках 2, 3, 4, 5) будуть дорівнювати:

у точці 2

Рис. 2.12. Цикл Трінклера в S-Т діаграмі

у точці 3 у точці 4 (б) у точці 5 . У цих формулах, як і раніше:  = V1/V2 - ступінь стиску;  = Р3/Р2 - ступінь підвищення тиску;  = V4/V3 - ступінь попереднього розширення;  = V5/V4 - ступінь наступного розширення.

Вносячи результати (б) в (а), знаходимо

(2.10)

З формули (2.10) слідує, що термодинамічний ККД циклу Трінклера, як і циклів Отто й Дизелі, зростає зі збільшенням ступеня стиску (і, крім того, залежить від ступеня підвищення тиску  і від ступеня попереднього розширення , збільшуючись із ростом  і з падінням . Це пояснюється тим, що в обох випадках зростає частка наявної кількості тепла, що підводиться найвигіднішим (при даному ступені стиску) образом, а саме, по ізохорі. Цикл Трінклера називають ще узагальненим циклом ДВЗ. Справді, при  = 1 змішаний цикл переходить у цикл Отто, а при  = 1 - у цикл Дизеля. При цьому рівняння (2.10) переходить відповідно в рівняння (2.8) або (2.9).