Цикл Тринклера

Своего рода «гибридом» циклов Отто и Дизеля является цикл со смешанным сгоранием, или цикл Тринклера.Двигатели, работающие по этому типу , имеют так называемую форкамеру, соединенную с рабочим цилиндром узким каналом. Техническое совершенствование дизельного двигателя, направленное на ускорение процесса горения топлива и исключение компрессора, привело к созданию бескомпрессорного дизеля, в котором топливо в цилиндр подается насосом через форсунки. Механическая подача топлива увеличивает скорость образования смеси и сокращает время сгорания. Теоретический цикл такого двигателя получил название цикла Тринклера.
Цикл Тринклера
1
4
5
3
2
1. поршень; 2. впускной клапан;
3. выпускной клапан; 4. форсунка;
5. форкамера

На рис.1 показан цикл такого двигателя в р, υ –диаграмме и T-s- диаграмме на рис.2. В рабочем цилиндре воздух адиабатически cжимается за счет инерции маховика, сидящего на валу двигателя, нагреваясь при этом до температуры, обеспечивающей воспламенение жидкого топлива, подаваемого в формкамеру (процесс 1-2). Форма и расположение последней способствуют наилучшему смешению топлива с - воздухом в результате чего происходит быстрое сгорание части топлива в небольшом объеме форкамеры (процесс 2-5).
Благодаря возрастанию давления в форкамере образовавшаяся в ней смесь несгоревшего топлива, воздуха и продуктов сгорания проталкивается в рабочий цилиндр, где происходит догорание оставшегося топлива, сопровождающееся перемещением поршня слева направо при приблизительно .постоянном давлении (процесс 5-3). По окончании сгорания топлива дальнейшее расширение продуктов сгорания (рабочий ход) происходит адиабатически (процесс 3-4), после чего отработавшие газы удаляются из цилиндра (процесс 4-1). Таким образом, в цикле со смешанным сгоранием подвод теплоты q1 осуществляется вначале по изохоре (q1’), а затем по изобаре (q2”).
рис.1
рис.2

Процессы и точки на диаграмме:
т.(1) – открытие впускного клапана
1-2 – заполнение объёма цилиндра воздухом
т.(2) – закрытие впускного клапана
2-3 – сжатие воздуха
3-4 – Воспламенение топливной смеси в форкамере при (v=const)
4-5 – Догорание несгоревшего топлива в цилиндре при (p=const)
5-6 – Расширение продуктов горения
6-2 – Выравнивание давления в цилиндре
т.(2) –открытие выпускного клапана
2-1 – Выпуск отработанных газов
т.(1) – Закрытие выпускного клапана

степень сжатия
степень предварительного расширения
степень повышения давления

Сравнение циклов поршневых ДВС
при одинаковых значениях степени сжатия
Сравним циклы Отто и Дизеля при одинаковой степени сжатия и одинаковом количестве подведенной теплоты.
Получаем, что количество отведенной теплоты в цикле Отто (площадь а— 1—40—Ь) меньше, чем количество отведенной теплоты в цикле Дизеля (площадь а—1—4ц—с). При равенстве подведенной теплоты термический КПД больше у цикла с меньшим количеством отведенной теплоты, т.е. при одинаковой степени сжатия и одинаковом количестве подведенной теплоты цикл Отто имеет термический КПД больше, чем цикл Дизеля.
Цикл Тринклера имеет промежуточное значение термического КПД, т.е. цикл Отто более совершенный для преобразования теплоты в работу. Однако реальные двигатели Отто имеют меньший КПД, чем дизельные двигатели, поскольку в последних реализуется более высокая степень сжатия.

Большое влияние на прочность и долговечность реального двигателя оказывают максимальные температура и давление рабочего тела. Сравним циклы ДВС при условии, что максимальные температуры и давления одинаковы и одинаковы начальные состояния.
при одинаковых наивысших температурах цикла
Из графика следует, что в изобарном процессе 2Д —3 теплоты qД подводится больше (площадь а—2ц—3—Ь), чем в изохорном qо (площадь а—20—3—Ь). При одинаковом количестве отведенной теплоты q2 (площадь a—l—4—b)
Термический КПД будет выше у цикла с изобарным подводом теплоты (цикла Дизеля), чем у цикла с изохорным подводом (цикла Отто). КПД цикла Тринклера имеет промежуточное значение.

Предкамерный (форкамерный) двигатель может быть как дизельным, так и бензиновым.
У этого двигателя, кроме основной камеры сгорания в, в головке цилиндров имеется значительно меньшая по объему форкамера . Бензино-воздушная смесь для каждой из камер приготовляется отдельными секциями карбюратора. В форкамеру через дополнительный клапан поступает обогащенная смесь, а в основную камеру сгорания через впускной клапан — обедненная смесь. Воспламенение смеси в форкамере происходит от свечи зажигания, а в основной камере сгорания — от факела продуктов сгорания, выбрасываемых через каналы 6 из форкамеры . Факел завихряет обедненную смесь, благодаря чему ускоряется ее воспламенение и она сгорает быстрее. Двигатели с форкамерно-факельнымзажиганием по сравнению с обычными карбюраторными двигателями расходуют до 10% меньше топлива и у них меньше содержание окиси углерода в отработавших газах.

Версия форкамеры Turbulent Jet Ignition, представленная на Всемирном конгрессе SAE в Детройте в апреле 2011 года, отличается от предшественников миниатюрными размерами и удобным расположением. Ее объем составляет менее 2% от объема камеры сгорания, и находится она на позиции штатной свечи, в центре купола цилиндра. В модуль системы входит инжектор прямого впрыска, подающий в форкамеру микродозы бензина под давлением 4 атм.
Система Turbulent Jet Ignition практически всеядна и может работать даже в биотопливных силовых агрегатах. При этом геометрия камеры сгорания и днища поршня перестает играть определяющую роль в достижении максимальной эффективности сгорания, а деградация электродов свечи практически отсутствует из-за минимального напряжения пробоя в запальной смеси.

Выполним тепловой расчёт ДВС ЗМЗ 4022.10
Номинальная мощность ?? = 73.5 кВт при частоте вращения коленчатого вала n=4500мин−?. Двигатель четырёхцилиндровый i=4 с рядным расположением. Степень сжатия = 8.2. Система охлаждения жидкостная закрытого типа.
Для проведения теплового расчёта необходимо принимаем номинальный скоростной режим.Режим максимальной (номинальной) мощности ??= 4500об/мин
Для расчёта будем исспользовать бензин Аи-93
Параметры окружающей среды
Коэффициент наполнения равен:
0.87

1.Средний элементный состав и молекулярная масса бензина:С = 0,855;Н = 0,145;
mT = 115 кг/кмоль.
2. Количество горючей смеси
Количество отдельных компонентов продуктов сгорания
Общее количество продуктов сгорания

3.Параметры рабочего тела
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива
4.Давление остаточных газов

Температура подогрева свежего заряда
Для получения хорошего наполнения двигателей на номинальных скоростных режимах ΔТ? принимается равной 8℃
Отсюда:
5.Плотность заряда на впуске
Где ??=287 кг/(дж·град) удельная газовая постоянная для воздуха.
6.Давление в конце пуска
7.Процесс сжатия
Температура в конце сжатия

8.Средняя мольная теплоёмкость в конце сжатия cвежей смеси
9.Процесс сгорания
Коэффициент молекулярного изменения горючей
и рабочей смеси
Количество теплоты потерянное вследствие химической неполноты сгорания и теплота сгорания рабочей смеси равны:

10.Максимальное теоретическое давление сгорания
Максимальное давление сгорания действительное
11.Степень повышения давления
12.Среднее индикаторное давление
МПа

Где n1 и n2(Показатель политропы сжатия) равны:
n-количество оборотов.
13.Индикаторный КПД

14.Эффективный КПД
Где (механический КПД)
(эффективное давление)
В свою очередь где n число оборотов
Произведя расчёты получим: