Недостатком двигателя Дизеля по сравнению с двигателем Отто является: наличие компрессора для распыления жидкого топлива, на работу которого расходуется 6-10% общей
мощности двигателя; сложные устройства насоса и форсунки; относительная тихоходность, обусловленная медленным сгоранием топлива.
В 1904г. росийский инженер Г.В.Тринклер построил бескомпрессорный двигатель высокого давления, работающий по циклу со смешанным подводом теплоты при p=const.
Необходимо отметить, что двигатель со смешанным подводом теплоты при p=const не нуждается в компрессоре высокого давления для распыления жидкого топлива. Распыление жидкого топлива производится при помощи механических форсунок. Жидкое топливо подается к форсункам насосом при давлении 30-40 МПа.
В этом двигателе (Рис.22.5) распыление жидкого топлива происходит в предкамере 4, которая устанавливается в верхней части цилиндра 1 и соединена с рабочим объемом цилиндра одним или несколькими узкими каналами 7. Сжатие воздуха, осуществ- ляется так же, как и в компрессорных дви- гателях, до температур, обеспечивающих самовоспламенение топлива ( процесс 1-2, рис.22.6)
Жидкое топливо подается в предкамеру через форсунку 5. Форма и расположение последней, способствуют хорошему смешению жидкого топлива с воздухом. Процесс смешения в предкамере протекает следующим образом. В процессе сжатия воздуха давление в цилиндре 1 растет быстрее, чем в предкамере 4. За счет разности давлений возникает поток воздуха из цилиндра 1 в предкамеру 4, который используется для распыления жидкого топлива, впрыскиваемого в предкамеру. При этом образуется однородная смесь, сгорающая в предкамере при постоянном объеме (процесс 2-3). Давление в предкамере вырастает, и направление потока изменяется: смесь продуктов сгорания и несгоревших паров топлива, имеющих температуру 1500-18000С, устремляется из предкамеры в цилиндр, где происходит их перемешивание и догорание. В результате поршень перемещается слева направо при давлении p=const. После сгорания топлива происходит адиабатное расширение продуктов сгорания (процесс 4-5). Затем продукты сгорания удаляются из цилиндра.
Цикл со смешанным подво- дом теплоты состоит из следующих процессов:
1-2 адиабатное сжатие воздуха; 2-3-изохорный подвод теплоты, ; 3-4-изобарный подвод теплоты, ; 4-5-адиабатное расшире- ние продуктов сгорания; 5-1-
Рис. 22.6 изохорный отвод теплоты, .
Подвод теплоты q1 в цикле со смешанным подводом теплоты осуществляется вначале по изохоре 2-3, а затем по изобаре 3-4.
Параметрами, характеризующими цикл со смешанным подводом теплоты, являются:
e=v1/v2 – степень адиабатного сжатия; =р3/р2 – степень изохорного повышения давления; r= v4/v3 – степень предварительного (изобарного) расширения;
Термический к.п.д. цикла со смешанным подводом теплоты ht=1-q2/q1, (22.15)
Теплота, отводимая по изохоре 5-1, определяется соотношением
q2=cv(T5-T1) , (22.16)
тогда как теплота q1 складывается из теплоты, подводимой в изохорном процессе 2-3, и теплоты, подводимой в изобарном процессе 3-4:
q1=q1v+q1p , (22.17)
Очевидно, , (22.18)
Подставляя значение теплот q1v и q1p в выражение (22.15), получаем
, (22.19)
Выразим температуры Т2, Т3, Т4 и Т5 через температуру Т1 и параметры цикла через e, , r.
Для адиабаты 1-2: , и , (22.20)
Для изохоры 2-3: ; ; , (22.21)
Для изобары 3-4: ; , (22.22)
Для адиабаты 4-5: , (22.23)
Откуда
, (22.24)
Подставляя выражение (22.20) – (22.24) в выражение (22.16) и (22.17), получаем
, (22.25) и , (22.25)
и , (22.26)
Подставляя выражение (22.25) и (22.26) в выражение для ht (22.15), получаем
, (22.27)
Из этого уравнения следует, что ht смешанного цикла, как ht циклов с изохорным и изобарным подводом теплоты, возрастает с увеличением e,kи p. С увеличением r ht уменьшается. При p =1 смешанный цикл обращается в цикл с подводом теплоты при р=соnst, а при r=1-r цикл с подводом теплоты при v=const. При этом уравнение (22.27) переходит соответственно в уравнение (21. ) и (22.11). Для таких двигателей обычно принимают e=10-14; p=1,2-1,7; r=1,1-1,5.
Работа цикла определяется выражением:
, (22.28)