Karma çevrimli motor

Benzinli motorda (yani Otto çevriminde), yanma sabit hacimde gerçekleşir, dizel motorda (yani dizel çevriminde) ise yanma sabit basınçta gerçekleşir. Karma çevrimde ise günümüz modern dizel motorlarında olduğu gibi, yanmanın ilk aşaması sabit hacime yakın, son aşaması ise sabit basınca yakın gerçekleşmektedir. Bu yüzden ısının bir miktarının sabit hacimde, geri kalan kısmının da sabit basınçta sisteme verildiği bu çevrime karma çevrim denir.

Sözü edilen aşamalar, aşağıdaki P-V diyagramında gösterilmiştir.

Karma çevrim safhaları

Karma çevrim endikatör çizimi

Sıkıştırma (1-2)

Bu safhada, piston alt ölü noktadan üst ölü noktaya doğru hareket eder. Bu sırada emme ve egzoz valfleri kapalıdır, dolayısıyla içerdeki hava sıkışır ve basıncı grafikte görüldüğü gibi artar.

Sabit Hacimde Yanma (2-3)

Piston üst ölü noktaya ulaştığı sırada silindire enjektör tarafından yakıt püskürtülmeye başlar. Sıkışarak ısınmış havayla karşılaşan yakıt yanmaya başlar, bunun sonucunda basınç P2'den P3 değerine sıçrama yapar. Sisteme ısı girişinin olduğu ilk safha bu safhadır.

Sabit Basınçta Yanma (3-4)

Bu safhada piston aşağı doğru hareketine başlar fakat yanma devam ettiğinden basınç düşmez. Bu durum 4 nolu noktaya kadar böyle devam eder. Böylece bu safhada da sisteme ısı girişi devam etmiş olur.

Genleşme (4-5)

Artık silindire yakıt püskürtülmemektedir ve yanma durmuştur. Piston aşağı doğru hareketine devam ettiğinden silindirdeki basınç da düşmeye başlar.

Egzoz (5-1)

Sistem 5 nolu noktaya (AÖN) geldiğinde egzoz valfi açılır. Silindir egzoz sistemi ile dışarıya açıldığından silindirdeki basınç atmosferik basınca düşer. Sistemden ısının atılması bu safhada gösterilmiştir. Gerçekte, dışarıya ısının atılması pistonun egzoz stroğunu yapmasıyla olur (grafikte yatay çizgiyle gösterilen strok), ancak ideal bir çevrimde egzoz stroğunda negatif veya pozitif bir iş yapılmadığından çevrimde incelenmez, ısının atılması da egzoz valfi açıldığında bir anda olmuş gibi gösterilir.

Sabit basınçta hacim artış oranı (φ)

$\varepsilon ={\frac {v_{1}}{v_{2}}}$
$\varphi ={\frac {v_{4}}{v_{3}}}={\frac {T_{4}}{T_{3}}}$

• $\varepsilon$ : Sıkıştırma oranı
• $v_{1}\,$ : Kurs hacmi
• $v_{2}\,$ : Yanma odası hacmi
• $v_{3}\,$ : Maksimum basıncın olduğu hacim
• $v_{4}\,$ : Isı verilmeye devam edilen hacim
• $T_{3}\,$ : Maksimum basıncın oluştuğu noktadaki sıcaklık
• $T_{4}\,$ : Sabit basıncın sona erdiği noktadaki sıcaklık

Sabit hacimde basınç artış oranı ( λ )

$\lambda ={\frac {P_{3}}{P_{2}}}={\frac {T_{3}}{T_{2}}}$

Çevrimin işi (W [kJ])

a. Sıkıştırma işi

$W_{1-2}=P_{2}\cdot V_{2}-{\frac {P_{1}\cdot V_{1}}{1-k}}$

k : adyabatik üs (ayrıntılı bilgi için bkn. özgül ısı)

b. Genleşme işi

$W_{3-5}=W_{3-4}+W_{4-5}\,$

$W_{2-3}=P_{3}(V_{4}-V_{3})\,$

$W_{4-5}=P_{4}\cdot V_{4}-{\frac {P_{5}\cdot V_{5}}{1-k}}$

c. Net iş

$W_{net}=W_{3-5}-W_{1-2}\,$

Sisteme sürülen ısı ( Q_S )

$Q_{S}=Q_{2-3}+Q_{3-4}\,$

$Q_{2-3}=m\cdot c_{v}(T_{3}-T_{2})\,$

$q_{2-3}=c_{v}(T_{3}-T_{2})\,$

$Q_{3-4}=m\cdot c_{p}(T_{4}-T_{3})\,$

$q_{3-4}=c_{p}(T_{4}-T_{3})\,$

• $c_{v}\,$ : sabit hacimdeki özgül ısı
• $c_{p}\,$ : sabit basınçtaki özgül ısı
• $q_{S}\,$ : sisteme sürülen özgül ısı
• $m\,$ : kütle
• $T\,$ : sıcaklık

Sistemden atılan ısı ( Q_R )

$Q_{R}=Q_{5}-1=m\cdot c_{v}(T_{5}-T_{1})\,$

$q_{R}=c_{v}(T_{5}-T_{1})\,$

Net ısı ( Q_net )

$Q_{net}=Q_{S}-Q_{R}=(Q_{2-3}+Q_{3-4})-(Q_{5}-1)\,$

Çevrimin verimi (η)

η = amacımız olan enerji / kullanılan enerji

$\eta ={\frac {W_{net}}{Q_{S}}}={\frac {Q_{net}}{Q_{S}}}={\frac {Q_{S}-Q_{R}}{Q_{S}}}=1-{\frac {Q_{R}}{Q_{S}}}$

$k={\frac {c_{p}}{c_{v}}}$

$\eta =1-{\frac {T_{5}-T_{1}}{T_{3}-T_{2}+k(T_{4}-T_{2})}}$

$\eta =1-{\frac {1}{(\varepsilon k-1)\cdot \lambda \cdot \varphi k}}-{\frac {1}{(\lambda -1)+k(\lambda -1)}}$