Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания

Цикл Отто. Отто первым осуществил сжатие для поднятия максимальной температуры цикла. Сжатие (а-с на диаграмме) осуществлялось по адиабате (без изменения теплоты). Теплота подводится изохорно (с-z на диаграмме). Далее следовало адиабатическое расширение (z-b на диаграмме), после чего изохорный отвод теплоты (b-a на диаграмме)

КПД автомобильных двигателей (в большинстве своем они используются именно в автомобилях, но также и в лодочных моторах и малой авиации) работающих по циклу Отто достигает 33-35%.[13]

Степени сжатия достигают значения 8-9 (до10) у карбюраторных двигателей, 10-11 у двигателей с распределенным впрыском и до 12.5 у двигателей с непосредственным впрыском. У надувных двигателей степень сжатия понижают, с целью избежания детонации (т.к. наддувный мотор работает с большими давлениями и температурами в конце такта сжатия). У двигателей с непосредственным впрыском есть возможность работы на обедненных смесях с α=1.15-1.3 этим достигается высокая экономия топлива и снижение выбросов (в основном СО).

Цикл Дизеля. Дизель предложил сжимать в цилиндре не топливо-воздушную смесь, а воздух. В конце такта сжатия подавалось топливо в смеси с воздухом, от высокой температуры и давления в конце такта сжатия происходило самовоспламенение топлива.

Сжатие (а-с на диаграмме) осуществлялось также по адиабате. Теплота подводится изобарно (с-z на диаграмме). Далее следовало адиабатическое расширение (z-b на диаграмме), после чего изохорный отвод теплоты (b-a на диаграмме). Существенным преимуществом этого цикла является возможность применения высоких степеней сжатия (свыше 20, сам Дизель хотел около 100, но ее дальнейшее увеличение нецелесообразно из-за высокой механической и тепловой напряженности деталей двигателя).[14] Теплота подводится изобарно, а отводится изохорически (изохорно).

Впрыск топлива происходил в конце такта сжатия. Особенностью цикла Дизеля, в его первозданном виде было компрессорное пневматическое распыливание топлива.

Отказ от этого цикла был связан с тем, что на привод компрессора (а у «настоящего» дизеля было компрессорное впрыскивание топливо – воздушной смеси) приходилось 10-15% работы двигателя, в связи, с чем расход топлива у таких дизелей был не совсем приемлемым, т.е. эффективные показатели были ниже чем у цикла Сабатэ – Тринклера, но в тоже время индикаторные показатели и экологические показатели были выше чем у двигателей работающих по циклу Сабатэ – Тринклера (о них речь пойдет ниже). Связанно это было с более лучшим смесеобазованием - подавалась топливовоздушная смесь, а нетопливо в жидкой фазе как у современных дизелей. Повсеместный переход от пневматического на механическое распыливание топлива и соответственно с цикла Дизеля на цикл Сабатэ - Тринклера начался в 30-х годах прошлого века. Практически сейчас двигателей работающих по циклу Дизеля не производятся (за исключением экспериментальных образцов).

Цикл Сабатэ - Тринклера. Сжатие (а-с на диаграмме) осуществлялось по адиабате. Теплота подводится смешанно: изохорно (c-z на диаграмме) и далее изобарно (z'-z на диаграмме). Далее следовало адиабатическое расширение (z-b на диаграмме), после чего изохорный отвод теплоты (b-a на диаграмме).[15]

Все выпускающиеся сейчас дизельные двигатели на самом деле работают по циклу Сабатэ - Тринклера, циклу со смешанным подводом теплоты (и с механическим распыливанием топлива). Теплота подводится сначала изохорно, а затем, как и у цикла Дизеля изобарно.

Степени сжатия у безнаддувных двигателей достигают значения 18-22, и 13-15 у наддувных высокофорсированных двигателей.[16] Область применения этих двигателей очень широка: генераторы, автомобили как грузовые так и легковые, трактора, тепловозы, судна и корабли, самолеты, вспомогательные энергетические установки как на кораблях так и на электростанциях, приводы насосов и т.д. и т.п.

Соблюдается тенденция, чем больше двигатель (а именно диаметр цилиндра и ход поршня) и чем менее он оборотистый – тем более он экономичен.