Для можливості безперервного перетворення теплової енергії в механічну необхідне здійснення в тепловому двигуні кругового процесу - циклу.
Якщо припустити, що цикл здійснюється в идеаль-ної машині, т. Е. В машині з найвищим теплоспоживання, то такий цикл називається ідеальним. Ідеальний цикл має мінімальні теплові втрати - неминуча віддача тепла холодного джерела.
Таким чином, ідеальний цикл є найбільш досконалим і изу-чення його в першу чергу необхідно для поліпшення теплоспоживання в робочих циклах двигунів. Термодинамічне розгляд ідеальних циклів дозволяє найбільш просто виявити ступінь впливу основних фак-торів на теплоспоживання. У зв'язку з цим при розгляді ідеальних циклів двигунів приймаються такі припущення.
Робоче тіло (ідеальний газ) в циклі залишається незмінним і постійного-ного кількості, теплоємність його не залежить від температури. Процеси стиснення і розширення протікають без теплообміну, т. Е. Адіабатно. Процеси згорання палива і випуску умовно замінюються процесами підведення і від-вода тепла.
На рис. 15 в координатах р-V зображено узагальнений ідеальний цикл двигунів внутрішнього згоряння.
Цикл складається з наступних процесів: процес адиабатного стиснення ас, змішаного підведення тепла частиною по Ізохор Сz ', частиною по ізобарі zz'; адиабатного розширення zb і змішаного відведення тепла частиною по Ізохор bj і частиною по ізобарі fа.
Позначимо Т, р, V-абсолютна температура, абсолютна тиск і об'єм газу в тій чи іншій точці циклу. Наприклад, Т а. р а. V а - температура, тиск і об'єм газу в точці а розглянутого циклу. V з - обсяг про-простору (камери) стиснення k - показник адіабати.
В узагальненому циклі (рис. 16) кількість підведеної і відведений-ного тепла одно
і тому термічний к. п. д. узагальненого циклу буде дорівнює
Висловимо температури характерних точок циклу через температуру на початку стиснення Т а.
Підставляючи знайдені значення температур в вираз. t. отримаємо формулу термічного к. п. д. ідеального узагальненого циклу двигунів внутрішнього згоряння:
З отриманого виразу (1) можна отримати значення термічного к. П. Д. І для окремих випадків узагальненого циклу. У разі випуску відпрацьовано-бота газів в атмосферу можна прийняти, що відведення тепла відбувається по Ізохор BА (див. Рис. 16), а тому
Звідси знаходимо значення. для розглянутого приватного циклу:
Після підстановки значення. в формулу (1) отримаємо вираз тер-мічного к. п. д. циклу зі змішаним підведенням тепла і відведенням тепла при постійному обсязі (див. рис. 16):
Для циклу тільки з ізохорним підведенням тепла (рис. 17). = 1, а пото-му термічний к. П. Д. Буде дорівнює
Термічний к. П. Д. Циклу з ізобарним підведенням тепла (рис. 18) напів-чим, підставляючи в формулу (2) значення. = 1:
Розгляд отриманих формул термічного к. П. Д. Різних цик-лов дозволяє зробити наступні висновки. Термічний к. П. Д. Каж-дого циклу залежить від ступеня стиснення і показника адіабати. Чим більше ступінь стиснення і показник адіабати, тим більше термічний к. П. Д.
На рис. 19 наведені криві, що показують залежність. t від. і k для циклу з ізохорним підведенням тепла. Як видно з наведеного рисунка. t значно зростає при збільшенні ступеня стиснення в межах до 10.
Термічний к. П. Д. Циклу з ізобарним підведенням тепла залежить ще і від ступеня попереднього розширення. При збільшенні. дріб
буде рости, а значення. t зменшуватися. Таким чином, при збільшенні. а це значить, при збільшенні підводиться тепла (в реальному двигуні при збільшенні навантаження), в циклі з ізобарним підведенням тепла термічний к. п. д. падає.
Значення термічного к. П. Д. Циклу зі змішаним підведенням тепла залежить від рас-пределеніе способів підведення тепла. При збільшенні ізохоричного підведення тепла, а следо-вательно, при зменшенні ізобарного підведення. буде збільшуватися, а. зменшуватися і термічний к. п. д. циклу зі змішаним підведенням буде зростати. При зменшенні ізохоричного підведення тепла. t буде змен-шаться. Зазначені висновки справедливі при q 1 = q 1? + Q 1p = const, і незмінною степу-ні стиснення.
В сучасних суднових дизелях з наддувом відпрацьовані гази по ви-ході з циліндра надходять в газову турбіну, продовжуючи там розширювати-ся. Причому в одному випадку тиск газів поступово падає (змінний тиск газів перед турбіною), а в іншому випадку тиск газів знижується до тиску в випускному колекторі і залишається постійним перед турбіною.
У першому випадку відпрацьовані гази з циліндра надходять непо-безпосередніх в турбіну і при цьому використовується їх кінетична енергія. У другому випадку гази перш надходять до загального випускний колектор ді-Зеля, а потім в турбіну, і, отже, кінетична енергія газів не-посередньо не використовується, вона перетворюється в теплоту, внаслідок чого температура відпрацьованих газів перед турбіною стає вище.
Ідеальний цикл з продовженим розширенням і змінним тиску-ням газів перед турбіною наведено на рис. 20. Цикл складається з наступних процесів:
оа - адіабатне стиснення повітря в наддувочного насосі, ас - адіабатне стиснення в циліндрі дизеля; cz'z - змішаний підведення тепла; zb - Адіа-Батна розширення в циліндрі дизеля; bf - продовжене розширення в циліндрі дизеля, в випускному тракті і в турбіні; fo - відведення тепла при р = const.
Підставляючи в формулу (1) значення. = 1, коли тиск в кінці рас-ширення дорівнює тиску на початку стиснення, отримаємо вираз тримаючи-ського к. П. Д. Циклу зі змішаним підведенням тепла і з продовженим рас-розширенням і змінним тиском перед турбіною:
то ж, але при Ізохоричний підводі тепла,
то ж, але при изобарном підводі тепла,
Якщо позначимо термічний к. П. Д. Циклу асz'z b. t. то кількість відведеного тепла в цьому циклі і подведенного в циклі оаrf дорівнюватиме
Тут. = V a / V c ступінь стиснення в циліндрі двигуна.
Термічний к. П. Д. Циклу oarf. як було встановлено раніше, визна-виділяється так:
де. k = V 0 / V a ступінь стиснення в наддувочного насосі.
Кількість тепла, що відводиться в циклі оаrf дорівнює кількості тепла, що відводиться в усьому циклі:
Термічний к. П. Д. Всього циклу продовженим розширенням і по-стояти тиском газу перед турбіною буде дорівнює