Pentru posibilitatea unei conversii continue a energiei termice în mecanică, este necesar să se efectueze un ciclu circular de proces într-un motor termic.
Dacă presupunem că ciclul se desfășoară într-o mașină ideală, adică într-o mașină cu cea mai mare utilizare a căldurii, atunci un astfel de ciclu se numește ideal. Ciclul ideal are o pierdere minimă de căldură - revenirea inevitabilă a căldurii la sursa rece.
Astfel, ciclul ideal este cel mai perfect și studiul său este în primul rând necesar pentru îmbunătățirea utilizării căldurii în ciclurile de funcționare a motorului. Din perspectiva termodinamică a ciclurilor ideale, se poate determina cel mai simplu gradul de influență al factorilor principali asupra utilizării căldurii. În acest sens, atunci când se iau în considerare ciclurile ideale ale motorului, se fac următoarele ipoteze.
Organismul de lucru (gazul ideal) în ciclu rămâne neschimbat și cu o cantitate constantă, capacitatea căldurii este independentă de temperatură. Procedeele de comprimare și expansiune au loc fără schimb de căldură, adică adiabatic. Procesele de ardere a combustibilului și a gazelor de eșapament sunt înlocuite în mod convențional cu procese de alimentare și de eliminare a căldurii.
În Fig. 15 în coordonate p-V descrie ciclul ideal generalizat al motoarelor cu combustie internă.
Ciclul constă în următoarele procese: procesul de compresie adiabatică a acului, furnizarea de căldură mixtă de către o parte din isochore cz ', parte din izobar zz'; extinderea adiabatică a îndepărtării și amestecării căldurii amestecate de o parte a isochorului bj și o parte din izobar fa.
Fie T, p, V temperatura absolută, presiunea absolută și volumul gazului la unul sau alt punct al ciclului. De exemplu, T a. p a. V a este temperatura, presiunea și volumul gazului la punctul a ciclului considerat. Vc este volumul spațiului (camera) de compresie k este exponentul adiabatic.
În ciclul generalizat (Figura 16), cantitatea de căldură furnizată și descărcată este egală cu
și prin urmare eficiența termică a unui ciclu generalizat este egală cu
Exprimăm temperaturile punctelor caracteristice ale ciclului prin temperatura la începutul compresiei T a.
Înlocuirea valorilor de temperatură găsite în expresie. T. obținem formula pentru eficiența termică a unui ciclu ideal generalizat de motoare cu combustie internă:
Din expresia (1) obținută se poate obține valoarea eficienței termice pentru anumite cazuri ale ciclului generalizat. În cazul eliberării gazelor epuizate în atmosferă, se poate presupune că îndepărtarea căldurii are loc de-a lungul izochiului ba (vezi Figura 16) și, prin urmare,
Prin urmare, găsim valoarea. pentru ciclul special în cauză:
După înlocuirea valorii. în formula (1) obținem expresia pentru eficiența termică a ciclului cu o alimentare mixtă a căldurii și a căldurii la un volum constant (vezi Figura 16):
Pentru un ciclu cu intrare termică izocorică (figura 17). = 1, și astfel eficiența termică va fi egală cu
Termică. N. D. Ciclul izobară aport de căldură (Fig. 18), semi-cpm, înlocuind în ecuația (2) valoarea. = 1:
Luarea în considerare a formulelor obținute pentru eficiența termică a diferitelor cicluri ne permite să tragem următoarele concluzii. Eficiența termică a fiecărui ciclu depinde de gradul de comprimare și de exponentul adiabatic. Cu cât este mai mare gradul de comprimare și exponentul adiabatic, cu atât este mai mare eficiența termică.
În Fig. 19 prezintă curbele care arată relația. t de la. și k pentru un ciclu cu intrare de căldură izocorică. După cum se poate vedea din figura de mai sus. t crește semnificativ cu o creștere a raportului de compresie până la 10.
Eficiența termică a unui ciclu cu o furnizare de căldură izobarică depinde și de gradul de extindere preliminară. Odată cu creșterea. shot
va crește și va avea valoare. t scădere. Astfel, cu creșterea. înseamnă, prin creșterea aportul de căldură (într-un adevărat motor cu sarcină în creștere), într-o buclă cu aport de căldură izobară la termic. n. d. cade.
Valoarea eficienței termice a unui ciclu cu o sursă mixtă de căldură depinde de distribuția metodelor de furnizare a căldurii. Cu o creștere a intrării izochorice a căldurii și, în consecință, cu o scădere a sub-apei izobarice. va crește, de asemenea. Eficiența termică a ciclului cu o alimentare mixtă va crește. Cu o scădere a intrării căldurii izochorice. t va scădea. Aceste concluzii sunt valabile pentru q 1 = q 1? + q 1p = const și grad de compresie constant.
În motoarele diesel supraîncărcate moderne, gazele de eșapament din cilindru intră în turbina cu gaz, continuând să se extindă acolo. Mai mult decât atât, într-un caz, presiunea gazului scade treptat (alternativ de presiune a gazului înainte de turbină), iar în alt caz, presiunea gazului scade la presiunea din colectorul de evacuare și turbina rămâne constantă.
În primul caz, gazele de eșapament curge din cilindru-nepo sredstvenno turbinei în timp ce folosind energia cinetică. În al doilea caz, înainte ca gazele intră într-un colector de evacuare di comun Zelya, și apoi la turbina, și, prin urmare, energia cinetică a non-gaz mediocru nu este folosit, este transformată în căldură, în care temperatura gazelor de evacuare la intrarea turbinei devine mai mare.
Ciclul ideal cu expansiune prelungită și presiune variabilă a gazului înaintea turbinei este prezentat în Fig. 20. Ciclul constă în următoarele procese:
oa - compresia adiabatică a aerului în pompa de aer de încărcare, compresia adiabatică în cilindrul diesel; cz'z - furnizarea de căldură mixtă; zb este extinderea adiabatică a cilindrului diesel; bf - extinderea continuă a cilindrului diesel, a căii de evacuare și a turbinei; pentru îndepărtarea căldurii la p = const.
Înlocuind valoarea în formula (1). = 1 atunci când presiunea la capătul unei curse extensie egală cu presiunea la începutul compresiei, obținem o expresie cer eficiență termică convențională a ciclului la alimentarea mixtă de căldură și ultra-extensie-curse și o presiune variabilă înainte de a turbinei ...:
la fel, dar cu aprovizionare izocoroasă de căldură,
la fel, dar cu o sursă de căldură izobarică,
Dacă denotăm eficiența termică a ciclului acz'z b. T. atunci cantitatea de căldură eliminată în acest ciclu și cantitatea de căldură furnizată în ciclu va fi egală cu
Aici. = V a / V c este raportul de compresie în cilindrul motorului.
Eficiența termică a ciclului de lucru. așa cum sa stabilit anterior, este definită după cum urmează:
în cazul în care. k = V 0 / V a este raportul de compresie în pompa de încărcare.
Cantitatea de căldură îndepărtată în ciclul oarf este egală cu cantitatea de căldură eliminată pe tot parcursul ciclului:
Eficiența termică a întregului ciclu prin extinderea continuă și presiunea constantă a gazului înaintea turbinei va fi egală cu