Идеализированные замкнутые циклы осуществленные с чистым воздухом представлены в p-V и T-S диаграммах.
В точке 1 происходит процесс засасывания чистого атмосферного воздуха. Кривая 1-2 показывает процесс адиабатного сжатия этого воздуха до давления p2. Обычно, степень сжатия достигает в цикле Дизеля значений ε = 15…16
В точке 2 начинается впрыск топлива в цилиндр, которое самовоспламеняется и сгорает при постоянном давлении, что обеспечивает расширение газа от V2 до V3 (при p=const).
В точке 3 процесс впрыска топлива и его сгорания оканчивается и начинается адиабатное расширение рабочего тела (процесс трансформации теплоты в работу).
В точке 4 открывается выхлопной клапан цилиндра, и давление в цилиндре понижается до атмосферного – идёт процесс изохорного теплообмена 4-1, газ высокого давления и температуры выталкивается в атмосферу.
Как видно из диаграммы, идеализированный цикл Дизеля состоит из двух адиабат (адиабата сжатия 1-2 и адиабата расширения 3-4, изобары 2-3, по которой осуществляется подвод тепла Q1 и изохоры 4-1), по которой осуществляется отвод тепла Q2 к холодному источнику.
Рис.1 Изображение идеального цикла двигателя с подводом тепла при постоянном давлении а) в рабочей диаграмме б) тепловой диаграмме
Вычислим термический кпд этого цикла. Для этого введём дополнительные обозначения – степень предварительного расширения ρ и степень последующего расширения δ.
Степень сжатия двигателя:
Из общего выражения для термического кпд любого цикла
С учётом того, что в изобарном процессе 2-3: Q1 = Cp (T3 – T2)
И в изохорном процессе 4-1: Q2 = CV (T4 – T1)
Получаем
Выразим каждую последующую температуру через предыдущую.
Для адиабатного процесса 1-2
Для адиабатного процесса (3-4)
Анализ соотношения
(3) показывает, что термический кпд цикла Дизеля тем выше, чем больше степень
сжатия (как и в цикле Отто:
и чем выше величина ρ (степени предварительного расширения).
Для сравнения циклов Отто и Дизеля необходимо принимать в обоих циклах либо одинаковую величину степени сжатия ε, либо наивысшую температуру рабочего тела в цикле (T3). При этом исходные параметры рабочего тела в начальной точке цикла (p1, V1, T1) должны быть одинаковыми в обоих циклах.
Для случая, когда в циклах одинаковые степени сжатия из выражений (2) и (3) видно что термический кпд цикла Отто выше термического кпд Дизеля. Однако главным преимуществом цикла Дизеля является возможность работать при более высоких степенях сжатия (по сравнению с циклом Отто). Поэтому более правомерно сравнение при условии одинаковой наивысшей температуры цикла (T3).
Рис. 2. Сравнение циклов Отто и дизеля
На рис. 2 в диаграмме T-S совмещены циклы Отто и Дизеля при одинаковых начальных (p1, V1, T1) параметрах и одинаковой максимальной температуры. Так как изохора идёт круче изобары, очевидно, что тепла, трансформируемого в работу в цикле Дизеля больше и следовательно, термический кпд цикла Дизеля выше.
При сравнении обоих циклов при равной работе и максимальном давлении видно, что тепла q2 в цикле Отто больше и, следовательно, h цикла Отто ниже.
Кроме того, двигатель Дизеля может работать на менее качественном и потому более дешевом топливе.
Известным недостатком двигателя Дизеля (по сравнению с циклом Отто) является необходимость затрат работы на привод устройства для распыления топлива.
Задание 2. Решить задачи
Задача 1. Определить параметры узловых точек цикла, термический КПД, величины подведенного и отведенного тепла, работы в идеальном цикле ДВС с изохорным подводом тепла, если p1 = 100000 Па, t1 = 25°C, ε =4,6; λ=4; Рабочее тело – воздух. Цикл в тепловой и рабочей диаграммах изображен на рис
Задача 2. Определить параметры узловых точек, термический КПД, отведенное тепло Q2, работу в идеальном цикле ДВС с изобарным подводом тепла, если p1 = 100000 Па, t1 = 25°C, степень сжатия ε =14,5, подведенное тепло Q2 = 802 Дж/кг.
Задача 3.
Водород совершает цикл Карно. Найти к. п. д. цикла, если
при адиабатическом расширении:
а) объем газа увеличивается в n = 2,0 раза;
б) давление уменьшается в n = 2,0 раза.
Методические указания к решению задач:
Задача 1.
Определить параметры узловых точек цикла, термический КПД, величины подведенного
и отведенного тепла, работы в идеальном цикле ДВС с изохорным подводом тепла,
если p1 = 100000 Па, t1 = 20°C,
.
Рабочее тело –
воздух. Цикл в тепловой и рабочей диаграммах изображен на рисунке.
Решение:
Рис. Цикл Отто в pv- и Ts–диаграммах
Удельный объем рабочего тела в точке 1 из p1v1 = RT1
Давление в точке 3 можно определить из выражения степени повышения давления
,
откуда p3
= λp2 = 3·600000 = 1800000 Па.
Так как процесс
2-3 изохорный, определяем температуру в точке 3:
Тогда T3 = λT2 = 3·489 = 1467 К.
Количество подведенного в процессе 2-3 тепла
Q1 = cv(T3 – T2) = 713·(1467 – 489) = 697314 Дж/кг.
Количество отведенного тепла
Q2 = cv(T4 – T1) = 713·(874 – 293) = 414253 Дж/кг.
Работа цикла
A = Q1 – Q2 = 697314 – 414253 = 283061 Дж/кг.
Термический КПД цикла с изохорным подводом тепла
Задача 2.
Определить параметры узловых точек, термический КПД, отведенное тепло
Q2,
работу в идеальном цикле ДВС с изобарным подводом тепла, если p1 =
100000 Па, t1 = 20°C, степень сжатия 
,
подведенное тепло
Q2
= 823 Дж/кг.
Рис. Цикл Отто в Ts– и pv-диаграммах
Параметры рабочего тела в точке1: p1 = 100000 Па, T1 = 293°К,
Температуру рабочего тела в точке 2 находим из уравнений адиабатного процесса
Отсюда T2 = T1εγ-1 = 293·12,70,4 = 810 К
Давление в точке 2 можно определить из выражений
Температуру точки 3 можно определить из уравнения количества подведенного тепла
Q1 = cp(T3 – T2).
Откуда 
Так как процесс 2-3 изобарный, то p2 = p3 = 3510146 Па.
Удельный объем в точке 3: 
Температуру в точке 4 определяем из уравнения адиабатного процесса 3-4.
Количество отведенного тепла
Q2 = cv(T3 – T4) = 713·(1633 – 782) = 606763 Дж/кг.
Работа цикла
A = Q1 – Q2 = 823000 – 606763 = 216237 Дж/кг.
Термический КПД цикла Дизеля:
,