Идею использовать газ вместе с жидким топливом — газодизель — патентовал еще Рудольф Дизель, однако широкого распространения газодизельный процесс не получил. В современном дизелестроении газодизельный процесс широко использует компания MAN, вернее, ее подразделение, строящее судовые дизеля.
В школьном курсе по физике упоминались (по крайней мере, до прихода попов в школы) идеальные циклы сгорания двигателей внутреннего сгорания: цикл с подводом теплоты при постоянном объеме — цикл Отто; и цикл с подводом теплоты при постоянном давлении — цикл Дизеля. Это теплотехника. Если от теории переходить к технике, то по циклу, близкому к циклу Отто, работают двигатели, в цилиндрах которых сжимается топливно-воздушная смесь, воспламеняемая в конце такта сжатия. В настоящее время общепринято поджигать смесь электрической искрой. На заре автомобилизации бензиновые двигатели работали от калильного зажигания.
Цикл Дизеля
Про дизель, вроде бы, знают все, по крайней мере, кто связан с автомобилями. На самом деле, цикл Дизеля — это когда дополнительным компрессором раздельно сжимают воздух и смесь воздуха с топливом, а подача топлива осуществляется так, чтобы давление в процессе сгорания оставалось постоянным. По этому циклу работают компрессорные дизели. Из-за того, что компрессоры были большими и тяжелыми, Р. Дизель (Рудольф Кристиан Карл Дизель — если быть точным) так и не смог установить свой двигатель на грузовик. Позднее, правда, компрессорный дизель все-таки был установлен на автомобиль.
Существует цикл со смешанным подводом теплоты — цикл Тринклера. Именно цикл Тринклера осуществляется в бескомпрессорных дизелях, в цилиндрах которых сжимается чистый воздух и происходит самовоспламенение впрыскиваемого через форсунку топлива. Цикл был изобретен петербургским студентом Тринклером. Собственно говоря, цикл Отто является частным случаем цикла Тринклера, когда степень изобарного расширения равна единице.
В 1898 г. Густав Васильевич Тринклер (1876-1957 гг.), будучи студентом Петербургского технологического института (с 1894 г.), подал заявку на патент на спроектированный им двигатель, в котором жидкое топливо впрыскивалось непосредственно в цилиндр через форсунку. В 1900-1901 гг. Г. В. Тринклер построил опытный образец своего стационарного дизеля на Путиловском заводе. Он расположил в головке цилиндра форсунку со специальным поршеньком для пневматического распыливания топлива. Изобретатель получил патент только в 1904 г. после пятилетней проволочки. Не получив возможности изготовить двигатель в России, Г. В. Тринклер уехал в Германию, где в 1905 г. его мотор был выпущен фирмой братьев Кертинг в Ганновере под названием «двигатель системы Тринклер». Вскоре такие моторы распространились по всему миру как самые экономичные.
Если цикл Тринклера не идеальный и больше соответствует циклу, реализованному в реальных двигателях, то почему же двигатели Тринклера получили известность как самые экономичные? Все дело в смесеобразовании. Если отойти от классификации по теплофизическим процессам, то двигатели внутреннего сгорания можно различать по внутреннему и внешнему смесеобразованию. Карбюраторные моторы являются наиболее характерными представителями двигателей с внешним смесеобразованием, а дизели — с внутренним (бензиновые моторы с непосредственным впрыском также имеют внутреннее смесеобразование). При внешнем смесеобразовании в цилиндры должна поступать топливная смесь, близкая по составу к стехиометрической с высокой степенью гомогенности с тем, чтобы ее можно было воспламенить. Слишком бедная или богатая смесь, или не гомогенная — просто не воспламенится от искры.
При впрыске топлива непосредственно в цилиндр, как это происходит у дизелей, горение топлива происходит на границе смешивания частиц топлива с нагретым воздухом. Топливный заряд считается стратифицированным (термин «стратификация» происходит от латинских слов stratum — слой и facio — делаю) — таким образом создаются локальные условия создания очагов горения. В зоне расположения форсунки, даже при небольшом количестве подаваемого топлива, будет образовываться смесь, способная к самовоспламенению. Возможность качественного регулирования рабочего процесса позволяет экономить топливо при частичных нагрузках. Но это имеет обратную сторону.
Из-за того, что организовать внутреннее смесеобразование сложнее, дизели долгое время оставались «грязными» в отношении состава отработавших газов. Современный дизель снабжается сложным комплексом устройств, которые улавливают частицы топлива, превратившиеся из-за недостатка воздуха в сажу. Все то, что не сгорело, дожигают (окисляют) с помощью катализаторов. В свою очередь гомогенная смесь, близкая по составу к стехиометрической, сгорает наиболее полным образом и с наименьшими выбросами. Наиболее «чистыми» получаются газовые двигатели, работающие на стехиометрической смеси. Высокая цена систем очистки отработавших газов дизельных моторов — это то, за что стали платить относительно недавно. За дорогостоящую топливную аппаратуру дизеля платить приходилось всегда. При переводе дизеля на газодизельный цикл стоимость мотора и его обслуживания только увеличивается. На сколько — Volvo Trucks скромно умалчивает.
Компания сообщает, что новые грузовые автомобили Volvo FH LNG и Volvo FM LNG могут работать на биогазе, который позволяет снизить уровень выбросов CO2 практически на 100%, или же на природном газе, который уменьшает уровень выбросов CO2 на 20% по сравнению с дизельным топливом. К этому можно добавить, что использование биодизеля дает точно такой же результат.
Все перечисленное выше объясняет бесперспективность газодизельных двигателей. Тем не менее, появление Volvo FH LNG и Volvo FM LNG нужно только приветствовать. В современной линейке автомобильных двигателей пока отсутствуют газовые моторы большой мощности. Volvo Trucks предлагает двигатели Volvo G13C мощностью 460 л.с. с крутящим моментом 2300 Н•м, а для версии мощностью 420 л.с. крутящий момент составляет 2100 Н•м. Газовый двигатель Cummins Westport ISX12 G может предложить только 400 л.с. (298 кВт) с крутящим моментом 1966 Н•м. Подача газа в двигателях Volvo G13C осуществляется через двухтопливные форсунки с отдельными соплами для газа и дизельного топлива. Отработавшие газы очищаются системой SCR и сажевым фильтром. Volvo Trucks предлагает баки для сжиженного газа на 115 кг (275 л), 155 кг (375 л) или 205 кг (495 л). Последнего будет достаточно для пробега на 1000 км.
www.autotruck-press.ru
Но дизели и намного тяжелее. Обстоятельство, прямо скажем, нежелательное для автомобилей.
На водном транспорте дизельные двигатели первыми применили русские. Дизельные суда появились на Волге. И делали их на прославленном Сормовском заводе.
Молодой инженер Густав Васильевич Тринклер, долгие годы живший в Нижнем Новгороде, предложил новый, измененный цикл работы дизелей.
Новый дизель стал более совершенным. Однако всем дизельным двигателям присущи некоторые недостатки: они плохо заводятся в морозные дни, так как трудно нагреть только сжатием воздух до температуры воспламенения топлива, изношенные двигатели сильно дымят.
Конструкторы, инженеры, конечно, думают, как устранить эти несовершенства.
И кое-что уже придумали. Применяют, например, мощные стартеры, пусковые двигатели. А еще — специальные пусковые жидкости или запальные свечи. «Отрубить хвост»
Конечно, это сказано в переносном смысле. Речь идет о машинах, а не о каких-то животных. И здесь надо бы сказать так: пора укоротить (если не удается убрать совсем) дымные шлейфы за дизельными грузовиками.
Но дизельными двигателями снабжены не только грузовики, но и тракторы, бульдозеры и автобусы. Сколько дыма выбрасывают изношенные дизели в авмосферу!
Конечно, дизели совершенствуются. Но проблем еще множество. Решают одну, возникает другая. И так продолжается долгие годы.
Водяная рубашка
Нужна ли автомобилю вода? «Машина не конь, ее поить не будешь»,— скажете вы. А так ли? Посмотрите, как иной раз шофер спешит к фонтану с водой, как заливает воду в горячий радиатор.
Ведь мотор при работе нагревается. Важно, чтобы он не перегрелся. Для этого цилиндры двигателя омываются водой. Нагретая вода, циркулируя, проходит через радиатор, где охлаждается потоком воздуха.
Водяное охлаждение применяется на двигателях большинства автомобилей. «Значит, есть и такие машины,— спросите вы,— двигатели которых охлаждаются иначе?» Да, есть. Это автомобили с двигателями воздушного охлаждения. За примером далеко ходить не надо. Присмотритесь внимательно к нашему «Запорожцу»— это как раз автомобиль такого типа.
Воздушное охлаждение используется и на мощных дизельных грузовиках фирм «Дейц» (ФРГ) и «Татра» (Чехословакия).
Феликс Ванкель и... Япония
В поршневом двигателе внутреннего сгорания возвратно-по? ступательные движения поршней превращаются во вращательное движение коленчатого вала.
А нельзя ли создать двигатель, в котором не было бы возвратно-поступательных движений? Уже лет двести изобретатели ломают над этим головы. Убрать поршни, шатуны, коленчатые валы? Да возможно ли это? Возможно. Это знали еще в XVIII веке, во времена Д. Уатта.
Первый роторный двигатель шестеренчатого типа построил в 1799 году англичанин Д. Мордок, ученик, последователь Уатта. Это он один из первых в Англии создал паровой автомобиль, изобрел газовое освещение.
Конечно, тот двигатель был далек от совершенства. В течение всего XIX и затем в XX веке его совершенствовали, улучшали. Было зарегистрировано более 30 тысяч патентов. А работоспособный роторный двигатель был изобретен лишь в 1957 году.
Имя Феликса Ванкеля, изобретателя, а также чертежи, рисунки, фотографии «чуда XX века» долгое время не сходили со страниц автомобильных журналов. Писалось о «ликвидации полувековой несуразицы», о «революции в мире моторов».
В самом деле, на перевод возвратно-поступательных движений во вращательные затрачивалось слишком много энергии. А в роторном двигателе нет ни шатунов, ни коленчатого вала, ни маховика.
Ванкель посвятил своему изобретению всю жизнь: первый патент он получил в 1929 году, затем совместно с фирмой БМВ построил первый экспериментальный мотор, далеко не совершенный.
А потом (это уже было после второй мировой войны) началось сотрудничество Ванкеля с западногерманской фирмой НСУ. Роторный двигатель, изрядно модернизированный, был построен при участии профессора Штутгартского технического училища Байера.
При равном весе поршневого и роторного двигателей мощность последнего значительно выше.
Рассказывают, что, когда двигатель Ванкеля установили на автомобиле «Принц», шофер открыл капот и, всплеснув руками, крикнул:
— Украли!
А дело было в том, что водитель не разглядел малютку двигатель мощностью, кстати, 29 л. с. Вот какие чудеса случались с детищем Ванкеля!
Чудеса ли то были? Настоящие чудеса начались позднее. Вот вкратце судьба изобретения. Сначала были восторги. Фирма НСУ даже приступила к серийному производству автомобилей с новым двигателем. Один из этих автомобилей, между прочим, был признан лучшей моделью 1967 года. Успех фирме тем не менее новый двигатель не принес. Она потерпела банкротство и была поглощена другой, более мощной фирмой «Фольксвагенверк».
Во Франции на заводах «Ситроен» выпустили модель М-35 с роторным двигателем. И это не привело к успеху.
А вот в Японии двигатель Ванкеля по-настоящему было пришелся ко двору. Там, а не в Европе начался массовый выпуск автомобилей с роторными двигателями. Всего их выпустили больше миллиона.
И тогда в ФРГ спохватились. Фирма «Даймлер-Бенц», одна из старейших в Европе, разработала свой вариант роторного двигателя мощностью 350 л. с. Его установили на опытном образце легкового автомобиля.
Все бы хорошо. И скорость у этой машины приличная (290 км/ч), и довольно быстрый разгон с места. Однако автомобиль не был пущен в серийное производство. И даже руководители одной из ведущих автомобильных корпораций мира «Дженерал моторе», затратив на создание и испытание роторного двигателя миллионы долларов, заявили, что прекращают в этой области все дальнейшие работы. Причина? Их несколько. Главные же — две. Малютка двигатель оказался очень «прожорливым», т. е.
неэкономичным, к тому же его выхлопные газы были токсичнее, чем ожидали.
А японцы не успокоились. Они изготовиЛи надежный и бесшумный роторный двигатель, поставили его на «Мазду». 80 тысяч километров пробега гарантировали они новой модели машины. Было выпущено более миллиона таких автомобилей..
) Казалось бы, Ванкель может вздохнуть облегченно: его многострадальное детище наконец-то обрело долгую жизнь.
Надежды, надежды... Как часто они не сбываются: двигатель оказался недостаточно экономичным.
www.avhi.ru
Будучи студентом Санкт-Петербургского технологического института, Густав Тринклер начинает разрабатывать проект нового теплового двигателя, работающего на жидком углеродном топливе с воспламенением от сжатия.
Летом 1898 года при переходе на V курс института Тринклер завершил работу над проектом и был принят на Путиловский завод, где очень быстро начал строить первый в мире «бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления», который он назвал «Тринклер-мотором». В течение 1898 года двигатель был построен, и в 1900 году начались его испытания. Результаты испытания «Тринклер-мотора», спроектированного, построенного и испытанного молодым русским инженером вызвали восхищение специалистов достигнутым блестящим результатом (КПД равен 29 %) и одновременно волну опасений русских и зарубежных производителей тепловых двигателей[1].
Весной 1902 года новый директор Путиловского завода С. И. Смирнов категорически потребовал прекращения работ по новому двигателю. Сделано это было под нажимом нефтепромышленника Эммануила Нобеля, который ранее (в 1897 году) купил патент на двигатель Рудольфа Дизеля и после целого комплекса работ по усовершенствованию конструкции наладил их серийное производство на принадлежавшем ему механическом заводе «Людвиг Нобель» (потом завод «Русский дизель») в Санкт-Петербурге.
Г. В. Тринклер уезжает строить свои двигатели на завод «Братьев Кертинг» в Ганновере (Германия), где и работает до середины 1907 года главным конструктором. Бесспорные преимущества «Тринклер-мотора», опробованного и освоенного за рубежом, привлекли, наконец, внимание отечественных промышленников. С июня 1907 года Г. В. Тринклер работает начальником отдела тепловых двигателей на Сормовском судостроительном заводе, куда он был приглашен в качестве одного из ведущих специалистов по тепловым двигателям мирового энергомашиностроения.
На заводе Красное Сормово он проработал двадцать лет и оставил заметный след в его истории. Густав Васильевич возглавлял отдел тепловых двигателей. Под его руководством строились двигатели внутреннего сгорания, за которые в 1910 году завод получил Большие золотые медали на выставках в Баку и Екатеринославе. А в советское время был построен первый в СССР мощный двухтактный двигатель для фабрики «Красный Перекоп». Тринклер был основателем и первым директором машиностроительного техникума, где и по сей день готовят для завода руководителей производства среднего звена. В 1930 году без защиты диссертации ему присваивается ученая степень доктора технических наук, он автор 50 научных работ. В 1934 году Тринклер перешёл на преподавательскую работу в институт водного транспорта, но до конца жизни поддерживал тесную связь с заводом.
В России Тринклер считается создателем Цикла Тринклера. Однако в большинстве других стран мира этот цикл не связывают с именем Тринклера, а называют Seiliger cycle (например, в Германии, Голландии) и Sabathe cycle (в Италии).
Сам Тринклер писал об этом так [2]: «Необходимо указать на неправильно существовавшую терминологию циклов двигателей внутреннего сгорания.
Николай Отто построил в 1876 – 1878 гг. четырёхтактный газовый двигатель с предварительным сжатием смеси и сгоранием при постоянном объёме; но он не является автором такого цикла. Такой цикл много раньше, в 1862 г., предложил французский инженер Альфонс Бо-Де-Роша и описал в выпущенной им брошюре. Можно говорить о двигателе Отто, но нельзя говорить о цикле Отто.
Цикл сгорания топлива при постоянном давлении неправильно именовать циклом Дизеля, так как последний предлагал вести сгорание топлива по изотерме (цикл Карно) и даже запатентовал такой способ сгорания топлива; он притом на своих публичных выступлениях упорствовал в этом.
Что касается наименования цикла смешанного сгорания циклом Сабате, это ещё менее обосновано.
Сабате в 1908 г. заявил в России патент и получил патент №19115 не на цикл, а на особую конструкцию распылителя, который впрыскивает топливо в рабочий цилиндр в два последовательных отрезка времени с целью осуществить цикл смешанного сгорания.
Между тем, уже в 1905 г. были выпущены на рынок двигатели системы Тринклера, которые в полной мере реализовали цикл смешанного сгорания. Таким образом, нет основания связывать реализацию цикла смешанного сгорания с именем Сабате.
…
Наконец в таком авторитетном органе, как «Вестник высшей школы» №4 1949 г., помещено письмо проф. В. Ю. Гиттиса, отвергающего термины – цикл Отто, - Дизеля, - Сабате и подтверждающего приоритет Г. В. Тринклера по реализации цикла смешанного сгорания».
org-wikipediya.ru
Первые поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) работали на газообразном топливе, используя светильный газ. Значительный вклад в развитие таких двигателей внес немецкий изобретатель Н.Отто, разработавший двигатель с предварительным сжатием и искровым зажиганием.
Несколько позднее Рудольф Дизель разработал двигатель, до сих пор носящий его имя, в котором используется специальное дизельное топливо. Благодаря высокой концентрации энергии в единице объема, оно практически вытеснило газообразное топливо в двигателях внутреннего сгорания.
Рассмотрим следующие основные циклы ДВС, работающие на жидком топливе при различных способах воспламенения топлива или при различных способах подвода теплоты.
Различают следующие циклы ДВС. Двигатели с подводом теплоты при постоянном объеме (V = const), двигатели с подводом теплоты при постоянном давлении (Р = const) и двигатели, работаю-
щие по смешанному циклу.
Идеальный цикл ДВС при подводе теплоты V = const (цикл Отто) в P-V и T-S диаграммах представлен на рис.7.1.
Рис.7.1. Идеальный цикл двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при V = const в P-V и T-S диаграммах
В этом цикле процесс сжатия рабочей смеси происходит по адиабате 1-2. Изохора 2-3 соответствует горению топлива, воспламеняемого от электрической искры и подводу теплоты q1. Рабочий ход поршня осуществляется при адиабатическом расширении продуктов сгорания, изображен линией 3-4. Отвод теплоты q2 осуществляется по изохоре 4-1, соответствующей выхлопу отработанных газов в атмосферу.
Термический КПД рассматриваемого цикла, характеризующий эффективность использования теплоты сжигаемого топлива, вычисляется следующим образом:
. (7.1)
Сравнение адиабат 1-2 и 3-4 позволяет сделать вывод, что
(7.2)
и, следовательно, получить
. (7.3)
Отношение всего объема рабочего цилиндра V1 к объему камеры сжатия V2 называется степенью сжатия и является основной характеристикой цикла Отто
. (7.4)
Для адиабатического процесса справедливо следующее соотношение, устанавливающее связь между V и Т:
, (7.5)
которое позволяет записать уравнение для термического КПД в следующем виде:
. (7.6)
Из последнего соотношения видно, что термический КПД двигателей, работающих по циклу Отто, зависит только от степени сжатия 
и с ее увеличением возрастает. При этом температура в конце сжатия Т2 не должна достигать температуры самовоспламенения горючей смеси. Поэтому степень сжатия в реальных двигателях такого типа не превышает 10 и зависит от характеристик применяемого топлива.
Степень сжатия в цикле может быть повышена, если сжимать не горючую смесь, а воздух, и затем, получив высокие давление и температуру, обеспечить самовоспламенение распыленного в цилиндре топлива. В этом случае процесс горения затягивается и двигатели такого типа характеризуются постепенным (или медленным) сгоранием топлива при постоянном давлении. Идеальный цикл такого двигателя внутреннего сгорания называется циклом Дизеляи осуществляется следующим образом (рис. 7.2). Рабочее тело (воздух) сжимается по адиабате 1-2, изобарный процесс 2-3 соответствует процессу горения топлива, т.е. подводу теплоты q1 а рабочий ход выражен адиабатным расширением продуктов сгорания 3-4. Наконец, изохора 4-1характеризует отвод теплоты q2, заменяя для четырехтактных двигателей выхлоп продуктов сгорания и всасывание новой порции воздуха.
Формула для расчета термического КПД в этом случае принимает вид
. (7.7)
Кроме степени сжатия , у цикла Дизеля имеется еще одна характеристика - степень предварительного расширения 
:
. (7.8)
Рис.7.2. Идеальный цикл двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при Р = const (цикл Дизеля) в P-V и T-S диаграммах
Для изобары 2-3 можно записать V3/V2=Т3/Т2. Рассматривая изохору 4-1 и учитывая, что P4Vk4=P3Vk3, 
P1Vk1=P2Vk2 и V4=V1 , получаем
. (7.9)
Окончательно с учетом соотношения (7.9) формула для расчета термического КПД цикла Дизеля имеет вид:
. (7.10)
Выражение (7.10) показывает, что основным фактором, определяющим экономичность двигателей, работающих по циклу Дизеля, также является величина степени сжатия , с увеличением которой термический КПД цикла возрастает. Как указывалось, нижний предел определен необходимостью получения в конце сжатия температуры, значительно превышающей температуру самовоспламенения топлива. Верхний предел (до 20) ограничен допустимым давлением в цилиндре, превышение которого приводит к утяжелению конструкции и увеличению потерь на трение. Повышение степени предварительного расширения 
вызывает снижение термического КПД цикла с подводом теплоты при постоянном давлении. Отсюда следует, что с увеличением нагрузки и удлинением процесса горения топлива экономичность двигателя уменьшается. Это следует учитывать наряду с другими обстоятельствами при определении оптимального режима работы двигателя.
Цикл Тринклера или цикл со смешанным подводом теплоты, по которому работают современные бескомпрессорные дизели (рис.7.3), осуществляется по следующей схеме. Адиабата 1-2соответствует сжатию в цилиндре воздуха до температуры, превышающей температуру самовоспламенения топлива. Изохора 2-3 соответствует процессу горения топлива, впрыскиваемого в цилиндр, а изобара 3-4 изображает процесс горения остальной части топлива по мере поступления его из форсунки. Расширение продуктов сгорания идет по адиабате 4-5, а изохора 5-1соответствует выхлопу отработавших газов в атмосферу. Таким образом, теплота q1подводится в двух процессах 2-3 и 3-4.
q1= q11 + q12 . (7.11)
Рис.7.3. Идеальный цикл Тринклера со смешанным подводом теплоты в P-V и T-S диаграммах
Выражение для термического КПД цикла со смешанным подводом теплоты записывается в следующем виде:
. (7.12)
Параметр 
называется степенью повышения давления в изохорном процессеи рассчитывается по формуле
= Рз/Р2 . (7.13)
В двигателях, работающих по циклу Тринклера, распыление топлива производится топливным насосом высокого давления, а компрессор, применяемый при пневматическом распылении топлива, отсутствует. Степень сжатия в рассматриваемом цикле может достигать 18.
Выражение (7.12) является общим для циклов поршневых ДВС и при =1 и =1 переходит в соответствующие формулы для термического КПД циклов с подводом теплоты при постоянном давлении или постоянном объеме. Сравнение эффективности рассмотренных циклов проведем с помощью T-S диаграммы (рис. 7.4), предположив, что в каждом из них достигается одинаковая максимальная температура Т3. Одинаковы и количества отведенной теплоты q2в каждом цикле (площадь 14ав). При таких условиях полезно используемая теплота цикла, равная полезной работе цикла, будет наибольшей для цикла Дизеля 12'34 и наименьшей для цикла Отто 1234. Цикл Тринклера 1dс34занимает промежуточное положение.
Рис.7.4. Идеальные циклы ДВС при V=const, P=const и цикл Тринклера с одинаковой температурой Т3
Таким образом, термический КПД, характеризующий степень термодинамического совершенства цикла, будет наибольшим для цикла с подводом теплоты при постоянном давлении и наименьшим для цикла с подводом теплоты при постоянном объеме.
www.poznayka.org
Первые поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) работали на газообразном топливе, используя светильный газ. Значительный вклад в развитие таких двигателей внес немецкий изобретатель Н.Отто, разработавший двигатель с предварительным сжатием и искровым зажиганием.
Несколько позднее Рудольф Дизель разработал двигатель, до сих пор носящий его имя, в котором используется специальное дизельное топливо. Благодаря высокой концентрации энергии в единице объема, оно практически вытеснило газообразное топливо в двигателях внутреннего сгорания.
Рассмотрим следующие основные циклы ДВС, работающие на жидком топливе при различных способах воспламенения топлива или при различных способах подвода теплоты.
Различают следующие циклы ДВС. Двигатели с подводом теплоты при постоянном объеме (V = const), двигатели с подводом теплоты при постоянном давлении (Р = const) и двигатели, работаю-
щие по смешанному циклу.
Идеальный цикл ДВС при подводе теплоты V = const (цикл Отто) в P-V и T-S диаграммах представлен на рис.7.1.
Рис.7.1. Идеальный цикл двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при V = const в P-V и T-S диаграммах
В этом цикле процесс сжатия рабочей смеси происходит по адиабате 1-2. Изохора 2-3 соответствует горению топлива, воспламеняемого от электрической искры и подводу теплоты q1. Рабочий ход поршня осуществляется при адиабатическом расширении продуктов сгорания, изображен линией 3-4. Отвод теплоты q2 осуществляется по изохоре 4-1, соответствующей выхлопу отработанных газов в атмосферу.
Термический КПД рассматриваемого цикла, характеризующий эффективность использования теплоты сжигаемого топлива, вычисляется следующим образом:
. (7.1)
Сравнение адиабат 1-2 и 3-4 позволяет сделать вывод, что
(7.2)
и, следовательно, получить
. (7.3)
Отношение всего объема рабочего цилиндра V1 к объему камеры сжатия V2 называется степенью сжатия и является основной характеристикой цикла Отто
. (7.4)
Для адиабатического процесса справедливо следующее соотношение, устанавливающее связь между V и Т:
, (7.5)
которое позволяет записать уравнение для термического КПД в следующем виде:
. (7.6)
Из последнего соотношения видно, что термический КПД двигателей, работающих по циклу Отто, зависит только от степени сжатия и с ее увеличением возрастает. При этом температура в конце сжатия Т2 не должна достигать температуры самовоспламенения горючей смеси. Поэтому степень сжатия в реальных двигателях такого типа не превышает 10 и зависит от характеристик применяемого топлива.
Степень сжатия в цикле может быть повышена, если сжимать не горючую смесь, а воздух, и затем, получив высокие давление и температуру, обеспечить самовоспламенение распыленного в цилиндре топлива. В этом случае процесс горения затягивается и двигатели такого типа характеризуются постепенным (или медленным) сгоранием топлива при постоянном давлении. Идеальный цикл такого двигателя внутреннего сгорания называется циклом Дизеляи осуществляется следующим образом (рис. 7.2). Рабочее тело (воздух) сжимается по адиабате 1-2, изобарный процесс 2-3 соответствует процессу горения топлива, т.е. подводу теплоты q1 а рабочий ход выражен адиабатным расширением продуктов сгорания 3-4. Наконец, изохора 4-1характеризует отвод теплоты q2, заменяя для четырехтактных двигателей выхлоп продуктов сгорания и всасывание новой порции воздуха.
Формула для расчета термического КПД в этом случае принимает вид
. (7.7)
Кроме степени сжатия , у цикла Дизеля имеется еще одна характеристика - степень предварительного расширения :
. (7.8)
Рис.7.2. Идеальный цикл двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при Р = const (цикл Дизеля) в P-V и T-S диаграммах
Для изобары 2-3 можно записать V3/V2=Т3/Т2. Рассматривая изохору 4-1 и учитывая, что P4Vk4=P3Vk3, P1Vk1=P2Vk2 и V4=V1 , получаем
. (7.9)
Окончательно с учетом соотношения (7.9) формула для расчета термического КПД цикла Дизеля имеет вид:
. (7.10)
Выражение (7.10) показывает, что основным фактором, определяющим экономичность двигателей, работающих по циклу Дизеля, также является величина степени сжатия , с увеличением которой термический КПД цикла возрастает. Как указывалось, нижний предел определен необходимостью получения в конце сжатия температуры, значительно превышающей температуру самовоспламенения топлива. Верхний предел (до 20) ограничен допустимым давлением в цилиндре, превышение которого приводит к утяжелению конструкции и увеличению потерь на трение. Повышение степени предварительного расширения вызывает снижение термического КПД цикла с подводом теплоты при постоянном давлении. Отсюда следует, что с увеличением нагрузки и удлинением процесса горения топлива экономичность двигателя уменьшается. Это следует учитывать наряду с другими обстоятельствами при определении оптимального режима работы двигателя.
Цикл Тринклера или цикл со смешанным подводом теплоты, по которому работают современные бескомпрессорные дизели (рис.7.3), осуществляется по следующей схеме. Адиабата 1-2соответствует сжатию в цилиндре воздуха до температуры, превышающей температуру самовоспламенения топлива. Изохора 2-3 соответствует процессу горения топлива, впрыскиваемого в цилиндр, а изобара 3-4 изображает процесс горения остальной части топлива по мере поступления его из форсунки. Расширение продуктов сгорания идет по адиабате 4-5, а изохора 5-1соответствует выхлопу отработавших газов в атмосферу. Таким образом, теплота q1подводится в двух процессах 2-3 и 3-4.
q1= q11 + q12 . (7.11)
Рис.7.3. Идеальный цикл Тринклера со смешанным подводом теплоты в P-V и T-S диаграммах
Выражение для термического КПД цикла со смешанным подводом теплоты записывается в следующем виде:
. (7.12)
Параметр называется степенью повышения давления в изохорном процессеи рассчитывается по формуле
= Рз/Р2 . (7.13)
В двигателях, работающих по циклу Тринклера, распыление топлива производится топливным насосом высокого давления, а компрессор, применяемый при пневматическом распылении топлива, отсутствует. Степень сжатия в рассматриваемом цикле может достигать 18.
Выражение (7.12) является общим для циклов поршневых ДВС и при =1 и =1 переходит в соответствующие формулы для термического КПД циклов с подводом теплоты при постоянном давлении или постоянном объеме. Сравнение эффективности рассмотренных циклов проведем с помощью T-S диаграммы (рис. 7.4), предположив, что в каждом из них достигается одинаковая максимальная температура Т3. Одинаковы и количества отведенной теплоты q2в каждом цикле (площадь 14ав). При таких условиях полезно используемая теплота цикла, равная полезной работе цикла, будет наибольшей для цикла Дизеля 12'34 и наименьшей для цикла Отто 1234. Цикл Тринклера 1dс34занимает промежуточное положение.
Рис.7.4. Идеальные циклы ДВС при V=const, P=const и цикл Тринклера с одинаковой температурой Т3
Таким образом, термический КПД, характеризующий степень термодинамического совершенства цикла, будет наибольшим для цикла с подводом теплоты при постоянном давлении и наименьшим для цикла с подводом теплоты при постоянном объеме.
poznayka.org
Будучи студентом Санкт-Петербургского технологического института, Густав Тринклер начинает разрабатывать проект нового теплового двигателя, работающего на жидком углеродном топливе с воспламенением от сжатия.
Летом 1898 года при переходе на V курс института Тринклер завершил работу над проектом и был принят на Путиловский завод, где очень быстро начал строить первый в мире «бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления», который он назвал «Тринклер-мотором». В течение 1898 года двигатель был построен, и в 1900 году начались его испытания. Результаты испытания «Тринклер-мотора», спроектированного, построенного и испытанного молодым русским инженером вызвали восхищение специалистов достигнутым блестящим результатом (КПД равен 29 %) и одновременно волну опасений русских и зарубежных производителей тепловых двигателей[1].
Весной 1902 года новый директор Путиловского завода С. И. Смирнов категорически потребовал прекращения работ по новому двигателю. Сделано это было под нажимом нефтепромышленника Эммануила Нобеля, который ранее (в 1897 году) купил патент на двигатель Рудольфа Дизеля и после целого комплекса работ по усовершенствованию конструкции наладил их серийное производство на принадлежавшем ему механическом заводе «Людвиг Нобель» (потом завод «Русский дизель») в Санкт-Петербурге.
Г. В. Тринклер уезжает строить свои двигатели на завод «Братьев Кертинг» в Ганновере (Германия), где и работает до середины 1907 года главным конструктором. Бесспорные преимущества «Тринклер-мотора», опробованного и освоенного за рубежом, привлекли, наконец, внимание отечественных промышленников. С июня 1907 года Г. В. Тринклер работает начальником отдела тепловых двигателей на Сормовском судостроительном заводе, куда он был приглашен в качестве одного из ведущих специалистов по тепловым двигателям мирового энергомашиностроения.
На заводе Красное Сормово он проработал двадцать лет и оставил заметный след в его истории. Густав Васильевич возглавлял отдел тепловых двигателей. Под его руководством строились двигатели внутреннего сгорания, за которые в 1910 году завод получил Большие золотые медали на выставках в Баку и Екатеринославе. А в советское время был построен первый в СССР мощный двухтактный двигатель для фабрики «Красный Перекоп». Тринклер был основателем и первым директором машиностроительного техникума, где и по сей день готовят для завода руководителей производства среднего звена. В 1930 году без защиты диссертации ему присваивается ученая степень доктора технических наук, он автор 50 научных работ. В 1934 году Тринклер перешёл на преподавательскую работу в институт водного транспорта, но до конца жизни поддерживал тесную связь с заводом.
В России Тринклер считается создателем Цикла Тринклера. Однако в большинстве других стран мира этот цикл не связывают с именем Тринклера, а называют Seiliger cycle (например, в Германии, Голландии) и Sabathe cycle (в Италии).
Сам Тринклер писал об этом так [2]: «Необходимо указать на неправильно существовавшую терминологию циклов двигателей внутреннего сгорания.
Николай Отто построил в 1876 – 1878 гг. четырёхтактный газовый двигатель с предварительным сжатием смеси и сгоранием при постоянном объёме; но он не является автором такого цикла. Такой цикл много раньше, в 1862 г., предложил французский инженер Альфонс Бо-Де-Роша и описал в выпущенной им брошюре. Можно говорить о двигателе Отто, но нельзя говорить о цикле Отто.
Цикл сгорания топлива при постоянном давлении неправильно именовать циклом Дизеля, так как последний предлагал вести сгорание топлива по изотерме (цикл Карно) и даже запатентовал такой способ сгорания топлива; он притом на своих публичных выступлениях упорствовал в этом.
Что касается наименования цикла смешанного сгорания циклом Сабате, это ещё менее обосновано.
Сабате в 1908 г. заявил в России патент и получил патент №19115 не на цикл, а на особую конструкцию распылителя, который впрыскивает топливо в рабочий цилиндр в два последовательных отрезка времени с целью осуществить цикл смешанного сгорания.
Между тем, уже в 1905 г. были выпущены на рынок двигатели системы Тринклера, которые в полной мере реализовали цикл смешанного сгорания. Таким образом, нет основания связывать реализацию цикла смешанного сгорания с именем Сабате.
…
Наконец в таком авторитетном органе, как «Вестник высшей школы» №4 1949 г., помещено письмо проф. В. Ю. Гиттиса, отвергающего термины – цикл Отто, - Дизеля, - Сабате и подтверждающего приоритет Г. В. Тринклера по реализации цикла смешанного сгорания».
ru-wiki.org
Цикл Тринклера (англ. Seiliger cycle, англ. Sabathe cycle) — термодинамический цикл, описывающий рабочий процесс дизельного двигателя со смешанным сгоранием. Объединяет в себе цикл Отто и цикл Дизеля. Носит имя своего изобретателя Густава Тринклера.
Идеальный цикл Тринклера состоит из процессов:
p-V диаграмма цикла Тринклера Жидкое топливо, введенное в форкамеру при сравнительно невысоком давлении, распыляется струей сжатого воздуха, поступающего из основного цилиндра. Вместе с тем цикл со смешанным сгоранием частично сохраняет преимущества цикла Дизеля перед циклом Отто — часть процесса сгорания осуществляется при постоянном давлении.
Термический КПД цикла Тринклера η=1−1nk−1λmk−1λ−1+kλ(m−1){\displaystyle \eta =1-{\frac {1}{n^{k-1}}}{\frac {\lambda m^{k}-1}{\lambda -1+k\lambda (m-1)}}},
где n=V1/V2{\displaystyle n=V_{1}/V_{2}} — степень сжатия,
m=V4/V3{\displaystyle m=V_{4}/V_{3}} — степень предварительного расширения,λ=p3/p2{\displaystyle \lambda =p_{3}/p_{2}} — степень повышения давления при изохорном процессе сгорания,k{\displaystyle k} — показатель адиабаты.Частными случаями цикла Тринклера являются цикл Отто (при m=1{\displaystyle m=1}) и цикл Дизеля (при λ=1{\displaystyle \lambda =1}).
wikiredia.ru
, 
— степень сжатия, 
— степень предварительного расширения,λ=p3/p2{\displaystyle \lambda =p_{3}/p_{2}}
— степень повышения давления при изохорном процессе сгорания,k{\displaystyle k}
— показатель адиабаты.
) и цикл Дизеля (при λ=1{\displaystyle \lambda =1}
). 
