Цикл отто кратко и понятно

Обновлено: 04.07.2024

Диаграмма температура-энтропия
Идеализированные схемы четырехтактного цикла Отто Обе диаграммы: the потребление (А) инсульт выполняется изобарический расширение, за которым следует адиабатический сжатие (B) Инсульт. При сгорании топлива тепло добавляется в постоянном объеме (изохорный процесс) процесс, за которым следует процесс адиабатического расширения мощность (C) Инсульт. Цикл закрывается выхлоп (D) инсульт, характеризующийся изохорным охлаждением и изоэнтропическим сжатием.

An Цикл Отто идеализированный термодинамический цикл который описывает функционирование типичного Искра зажигания поршневой двигатель. Это термодинамический цикл, наиболее часто встречающийся в автомобильных двигателях. [1]

Цикл Отто - это описание того, что происходит с массой газа, когда она подвергается изменениям давления, температуры, объема, добавлению тепла и отвод тепла. Масса газа, который подвергается этим изменениям, называется системой. Система в данном случае определяется как жидкость (газ) внутри цилиндра. Описывая изменения, происходящие в системе, он также описывает обратное влияние системы на окружающую среду. В случае цикла Отто эффект будет состоять в том, чтобы произвести достаточно чистой работы от системы, чтобы продвинуть автомобиль и его пассажиров в окружающую среду.

Цикл Отто состоит из:

Верх и низ петли: пара квазипараллельных и изэнтропические процессы (без трения, адиабатический обратимый). Левая и правая стороны петли: пара параллельных изохорные процессы (постоянный объем).

Изэнтропический процесс сжатия или расширения подразумевает, что не будет неэффективности (потери механической энергии) и не будет передачи тепла в систему или из нее во время этого процесса. Предполагается, что цилиндр и поршень в это время не пропускают тепло. Работа над системой выполняется во время процесса нижнего изоэнтропического сжатия. Тепло течет в цикл Отто через левый процесс нагнетания давления, а некоторая его часть возвращается обратно через правый процесс сброса давления. Сумма работы, добавленной к системе, плюс добавленное тепло минус отведенное тепло, дает чистую механическую работу, произведенную системой.

Содержание

Процессы

Процессы описываются: [2] [ страница нужна ]

• Процесс 0–1: масса воздуха всасывается в поршень / цилиндр при постоянном давлении.
• Процесс 1–2 представляет собой адиабатическое (изэнтропическое) сжатие заряда при движении поршня снизу. мертвая точка (BDC) в верхнюю мертвую точку (ВМТ).
• Процесс 2–3 - это передача тепла рабочему газу с постоянным объемом от внешнего источника, когда поршень находится в верхней мертвой точке. Этот процесс представляет собой воспламенение топливно-воздушной смеси и последующее быстрое горение.
• Процесс 3–4 представляет собой адиабатическое (изэнтропическое) расширение (рабочий ход).
• Процесс 4–1 завершает цикл процессом с постоянным объемом, в котором тепло отводится от воздуха, когда поршень находится в нижней мертвой точке.
• Процесс 1–0: масса воздуха выбрасывается в атмосферу при постоянном давлении.

Цикл Отто состоит из изоэнтропического сжатия, добавления тепла при постоянном объеме, изэнтропического расширения и отвода тепла при постоянном объеме. В случае четырехтактного цикла Отто технически есть два дополнительных процесса: один для выхлопа отходящее тепло и продукты сгорания при постоянном давлении (изобарическом), и один для всасывания холодного богатого кислородом воздуха также при постоянном давлении; однако в упрощенном анализе они часто опускаются. Несмотря на то, что эти два процесса имеют решающее значение для функционирования реального двигателя, в котором важны детали теплопередачи и химии сгорания, для упрощенного анализа термодинамического цикла удобнее предположить, что все отходящее тепло является удаляется при однократном изменении громкости.

История

Четырехтактный двигатель был впервые запатентован Альфонс Бо де Роша в 1861 г. [3] Раньше, примерно в 1854–1857 гг., Два итальянца (Эухенио Барсанти и Феличе Маттеуччи) изобрел двигатель, который, по слухам, был очень похож, но патент был утерян.

Первый человек, построивший рабочий четырехтактный двигатель, стационарный двигатель, использующий в качестве топлива воздушно-угольную смесь ( Газовый двигатель), был Немецкий инженер Николаус Отто. [4] Вот почему четырехтактный принцип сегодня широко известен как цикл Отто, а четырехтактные двигатели используют Свечи зажигания часто называют двигателями Отто.

Процессы

Система определяется как масса воздуха, который втягивается из атмосферы в цилиндр, сжимается поршнем, нагревается искровым зажиганием добавленного топлива, расширяется, когда он толкает поршень, и, наконец, выходит обратно в цилиндр. Атмосфера. За массой воздуха следят по изменению его объема, давления и температуры во время различных термодинамических этапов. Поскольку поршень может перемещаться по цилиндру, объем воздуха изменяется в зависимости от его положения в цилиндре. Процессы сжатия и расширения, вызываемые движением поршня в газе, идеализируются как обратимые, то есть никакая полезная работа не теряется из-за турбулентности или трения, и во время этих двух процессов тепло не передается газу или от него. Энергия добавляется к воздуху за счет сгорания топлива. Полезная работа извлекается за счет расширения газа в баллоне. После завершения расширения в цилиндре оставшееся тепло отводится и, наконец, газ выбрасывается в окружающую среду. В процессе расширения производится полезная механическая работа, а часть этой работы используется для сжатия воздушной массы в следующем цикле. Полезная механическая работа, произведенная минусом, которая используется для процесса сжатия, - это полученная чистая работа, которую можно использовать для приведения в движение или для привода других машин. В качестве альтернативы полученная полезная работа представляет собой разницу между добавленным и удаленным теплом.

Процесс впуска 0–1 (синий оттенок)

Масса воздуха (рабочего тела) втягивается в цилиндр от 0 до 1 при атмосферном давлении (постоянное давление) через открытый впускной клапан, в то время как выпускной клапан во время этого процесса закрыт. Впускной клапан закрывается в точке 1.

Процесс 1–2 такта сжатия (B на схемах)

Поршень перемещается от конца кривошипа (НМТ, нижняя мертвая точка и максимальный объем) к концу головки блока цилиндров (ВМТ, верхняя мертвая точка и минимальный объем), поскольку рабочий газ с начальным состоянием 1 сжимается изэнтропически до точки состояния 2 через коэффициент сжатия (V₁/V₂) . С механической точки зрения это изоэнтропическое сжатие топливовоздушной смеси в цилиндре, также известное как такт сжатия. Этот изэнтропический процесс предполагает, что механическая энергия не теряется из-за трения и тепло не передается газу или от него, следовательно, процесс обратим. Процесс сжатия требует, чтобы к рабочему газу добавлялась механическая работа. Обычно степень сжатия составляет около 9–10: 1. (V₁:V₂) для типового двигателя. [5]

Процесс 2–3 фазы розжига (C на схемах)

Процесс 3–4 хода расширения (D на схемах)

Процесс 4–1 идеализированного отвода тепла (А на схемах)

Поршень на мгновение находится в состоянии покоя. BDC. Давление рабочего газа мгновенно падает от точки 4 до точки 1 во время процесса постоянного объема, поскольку тепло отводится к идеализированному внешнему поглотителю, который контактирует с головкой блока цилиндров. В современных двигателях внутреннего сгорания радиатором может быть окружающий воздух (для двигателей малой мощности) или циркулирующая жидкость, например хладагент. Газ вернулся в состояние 1.

Процесс 1–0 такта выпуска

Анализ цикла

В процессе 1–2 поршень действительно воздействует на газ, а в процессе 3–4 газ действительно воздействует на поршень во время этих изоэнтропических процессов сжатия и расширения, соответственно. Процессы 2–3 и 4–1 - изохорные процессы; тепло передается в систему от 2–3 и из системы от 4–1, но во время этих процессов в системе не выполняется никакой работы и не извлекается из системы. Никакая работа не выполняется во время изохорного (постоянного объема) процесса, потому что добавление или удаление работы из системы требует перемещения границ системы; следовательно, поскольку объем цилиндра не меняется, работа вала не добавляется или не удаляется из системы.

Для описания этих четырех процессов используются четыре разных уравнения. Для упрощения предполагается, что изменениями кинетической и потенциальной энергии, происходящими в системе (масса газа), можно пренебречь, а затем применить первый закон термодинамики (сохранение энергии) к массе газа, когда он меняет состояние, как описано по температуре, давлению и объему газа. [2] [ страница нужна ] [6] [ страница нужна ]

Во время полного цикла газ возвращается в исходное состояние температуры, давления и объема, следовательно, чистое изменение внутренней энергии системы (газа) равно нулю. В результате энергия (тепло или работа), добавляемая к системе, должна компенсироваться энергией (теплом или работой), которая покидает систему. При анализе термодинамических систем принято считать энергию, поступающую в систему, как положительную, а энергию, выходящую из системы, как отрицательную.

Во время полного цикла чистое изменение энергии системы равно нулю:

Выше указано, что система (масса газа) возвращается в исходное термодинамическое состояние, в котором она находилась в начале цикла.

Каждый член уравнения может быть выражен через внутреннюю энергию газа в каждой точке процесса:

Уравнение баланса энергии 1b принимает вид

Чтобы проиллюстрировать пример, мы выбираем некоторые значения для точек на иллюстрации:

Эти значения выбраны произвольно, но рационально. Затем можно рассчитать сроки работы и тепла.

Энергия, добавленная к системе в качестве работы при сжатии от 1 до 2, равна

Энергия, добавленная к системе в виде тепла от точки 2 до 3, равна

Энергия, удаляемая из системы в качестве работы при расширении с 3 до 4, составляет

Энергия, удаляемая из системы в виде тепла от точки 4 до 1, равна

Δ E = + 4 + 4 − 5 − 3 = 0

Обратите внимание, что энергия, добавленная в систему, считается положительной, а энергия, выходящая из системы, считается отрицательной, а сумма, как и ожидалось, равна нулю для полного цикла, который возвращает систему в исходное состояние.

Из энергетического баланса работа системы составляет:

Чистая энергия, выходящая из системы в виде работы, равна -1, что означает, что система произвела одну чистую единицу энергии, которая покидает систему в виде работы.

Чистое тепло, выходящее из системы:

Как энергия, добавленная в систему, так и тепло положительно. Из вышесказанного кажется, что система получила одну единицу тепла. Это соответствует энергии, производимой системой, как работе системы.

Тепловой КПД - это отношение чистой работы системы к теплу, добавляемому системе. Уравнение 2:

В качестве альтернативы тепловой КПД может быть получен за счет строгого добавления и отвода тепла.

Предоставление фиктивных ценностей

В цикле Отто отсутствует теплопередача во время процессов 1–2 и 3–4, поскольку они являются изоэнтропическими процессами. Тепло подводится только во время процессов постоянного объема 2–3, а тепло отводится только во время процессов постоянного объема 4–1.

Приведенные выше значения являются абсолютными величинами, которые могут, например, иметь единицы измерения в джоулях (при условии, что будет использоваться система единиц MKS) и могут быть использованы для конкретного двигателя с определенными размерами. При изучении термодинамических систем обширные величины, такие как энергия, объем или энтропия (по сравнению с интенсивными величинами температуры и давления), относятся к единице массы, как и вычисления, делая их более общими и, следовательно, более общими. использовать. Следовательно, каждый член, включающий обширную величину, можно разделить на массу, получив в результате единицы измерения джоули / кг (удельная энергия), метры. 3 / кг (удельный объем) или джоули / (кельвин · кг) (удельная энтропия, теплоемкость) и т. д. и будут представлены строчными буквами, u, v, s и т. д.

Уравнение 1 теперь можно связать с уравнением теплоемкости для постоянного объема. В удельные плавки особенно полезны для термодинамических расчетов, включающих идеальный газ модель.

Вставка уравнения теплоемкости в уравнение термической эффективности (уравнение 2) дает.

Далее, учитывая диаграммы Т 4 / Т 1 = Т 3 / Т 2 < displaystyle T_ / T_ = T_ / T_ > (видеть изэнтропические соотношения для идеального газа), поэтому оба из них могут быть опущены. Затем уравнение сводится к:

Поскольку в цикле Отто используются изэнтропические процессы во время сжатия (процесс 1-2) и расширения (процесс 3-4), изэнтропические уравнения идеальных газов и постоянное соотношение давление / объем можно использовать для получения уравнений 3 и 4. [7]

Обращая уравнение 4 и вставляя его в уравнение 2, конечный тепловой КПД можно выразить как: [ страница нужна ] [6] [ страница нужна ]

Мощность

Энергия, производимая циклом Отто, - это энергия, вырабатываемая в единицу времени. Двигатели Отто называются четырехтактными. Такт впуска и такт сжатия требуют одного оборота коленчатого вала двигателя. Рабочий ход и такт выпуска требуют еще одного поворота. На два оборота приходится один рабочий ход.

Из приведенного выше анализа цикла чистая работа, произведенная системой:

(опять же, используя соглашение о знаках, знак минус означает, что энергия покидает систему в качестве работы)

Если бы используемые единицы были MKS, цикл произвел бы один джоуль энергии в форме работы. Для двигателя определенного рабочего объема, например одного литра, масса газа в системе может быть рассчитана, если двигатель работает при стандартной температуре (20 ° C) и давлении (1 атм). Согласно универсальному закону газа, масса одного литра газа находится при комнатной температуре и давлении на уровне моря:

При частоте вращения двигателя 3000 об / мин происходит 1500 рабочих ходов в минуту или 25 рабочих ходов в секунду.

Мощность в 25 раз больше, так как 25 рабочих ходов в секунду

Если двигатель многоцилиндровый, результат умножается на этот коэффициент. Если каждый цилиндр имеет разный литражный объем, результаты также умножаются на этот коэффициент. Эти результаты являются произведением значений внутренней энергии, которые были приняты для четырех состояний системы в конце каждого из четырех тактов (два вращения). Они были выбраны только для иллюстрации и, очевидно, имеют низкую ценность. Замена фактических значений из реального двигателя приведет к результатам, близким к результатам двигателя. Чьи результаты были бы выше, чем у реального двигателя, так как в анализе сделано много упрощающих предположений, которые не учитывают неэффективность. Такие результаты привели бы к завышению выходной мощности.

Повышение мощности и эффективности

Разница между давлением и температурами выхлопа и впуска означает, что некоторое повышение эффективности может быть достигнуто за счет использования турбонагнетателя, удаления из потока выхлопных газов некоторой части оставшейся энергии и передачи ее во впускной поток для увеличения давления на впуске. Газовая турбина может извлекать полезную рабочую энергию из выхлопного потока, которая затем может использоваться для повышения давления всасываемого воздуха. Давление и температура выхлопных газов будут уменьшаться по мере того, как они расширяются через газовую турбину, и эта работа затем применяется к потоку всасываемого газа, увеличивая его давление и температуру. Передача энергии приводит к повышению эффективности, а результирующая удельная мощность двигателя также улучшается. Всасываемый воздух обычно охлаждается, чтобы уменьшить его объем, поскольку работа, производимая за один ход, является прямой функцией количества массы, принимаемой в цилиндр; более плотный воздух будет производить больше работы за цикл. Фактически, температура всасываемого воздуха также должна быть снижена, чтобы предотвратить преждевременное воспламенение в бензиновом двигателе; следовательно, интеркулер используется для отвода некоторого количества энергии в виде тепла и, таким образом, снижения температуры на входе. Такая схема увеличивает как КПД, так и мощность двигателя.

Применение нагнетателя, приводимого в движение коленчатым валом, действительно увеличивает выходную мощность (удельную мощность), но не увеличивает эффективность, поскольку он использует некоторую чистую работу, производимую двигателем для повышения давления всасываемого воздуха, и не может извлечь в противном случае потерянную энергию, связанную с поток выхлопных газов при высокой температуре и давлении в окружающую среду.

Идеальный цикл Отто | Цикл Отто в термодинамике

Определение цикла Отто

Двигатель цикла Отто | Временная диаграмма клапана

1. Впускной клапан открывается на 5-10 0 перед верхней мертвой точкой. Это необходимо для обеспечения того, чтобы впускное отверстие полностью открывалось, когда поршень достигает ВМТ, и свежий заряд начинает поступать в цилиндр как можно раньше после ВМТ.
2. Всасывающий клапан закрывается на 20-30 0 после нижней мертвой точки НМТ, чтобы воспользоваться импульсом движущихся газов.
3. Искра имеет место 30-40 0 перед ВМТ. Это необходимо для обеспечения временной задержки между искрой и завершением сгорания.
4. Давление в конце рабочего хода выше атмосферного, что увеличивает работу по удалению выхлопных газов. Таким образом, выпускной клапан открывается в 20-30. 0 перед НМТ, так что при НМТ давление снижается до атмосферного, и полезная работа может быть сохранена.
5. Выпускной клапан закрывается на 15-20 0 после ВМТ, так что инерция выхлопных газов имеет тенденцию к продувке цилиндра, что увеличивает объемный КПД.

Эффективность цикла Отто | тепловой КПД цикла Отто Формула

Эффективность цикла Отто определяется

Где r = степень сжатия.

Диаграмма цикла Отто

PV диаграмма цикла Отто | Диаграмма TS цикла Отто

Диаграмма PV

Диаграмма TS

Отто, Дизель и Двойной цикл | Сравнение

Случай 1: Для аналогичной степени сжатия и аналогичной теплоты i / p это соотношение будет

В этом случае та же степень сжатия и такой же отвод тепла.

Случай 3: В этом случае такая же максимальная температура и такой же отвод тепла.

Для той же максимальной температуры и одинакового отвода тепла

Степень сжатия цикла Отто

Степень сжатия цикла Отто определяется как отношение объема до расширения к объему после расширения.

Где V_s = Рабочий объем цилиндра

V_c = Свободный объем цилиндра

В этом цикле степень сжатия обычно составляет 6-10. Она ограничена 10 из-за детонации в двигателе.

Формула среднего эффективного давления для цикла Отто

Обычно давление внутри цилиндра двигателя внутреннего сгорания постоянно меняется; Среднее эффективное давление - это воображаемое давление, которое предполагается постоянным на протяжении всего процесса.

Анализ цикла Отто | Расчеты цикла Отто | Вывод эффективности цикла Отто

Рассмотрим стандартный цикл Отто для воздуха с начальным давлением, объемом и температурой как P₁, V₁T₁ соответственно.

Диаграмма TS

Процесс 1-2: Обратимое адиабатическое сжатие.

r - степень сжатия.

Процесс 2-3: добавление тепла при постоянном объеме рассчитывается как,

Процесс 3-4: Обратимое адиабатическое расширение рассчитывается как

Процесс 4-1: Отвод тепла при постоянном объеме будет

Эффективность цикла Отто представлена ​​как.

Где r = степень сжатия.

Работа двухтактного двигателя

Двухтактные двигатели работают как по циклу Отто, так и по дизельному циклу.

Цикл Аткинсона против цикла Отто

Двухцикловая фотоэлектрическая диаграмма

Цикл Брайтона против цикла Отто

Преимущества и недостатки двигателя цикла Отто

• Этот цикл имеет более высокий тепловой КПД по сравнению с дизельным двигателем и двойным циклом при одинаковой степени сжатия, одинаковой скорости подводимого тепла и одинаковой степени сжатия и одинакового отвода тепла.
• Этот тактный двигатель требует меньше обслуживания, отличается простотой и легкостью по конструкции.
• При полном сгорании выбросы загрязняющих веществ в двигателях Otto низкие.

• Имеет более низкую степень сжатия, поэтому плохо справляется с перемещением тяжелых грузов на низкой скорости.
• Не выдерживает более высоких нагрузок и деформаций по сравнению с дизельным двигателем.

Пример цикла Отто | Проблемы цикла Отто

Q.1] Двигатель с искровым зажиганием, рассчитанный на степень сжатия 10. Он работает при низкой температуре и давлении при значении 200. 0 C и 200 килопаскалей соответственно. Если рабочее O / P составляет 1000 кДж / кг, вычислите максимально возможную эффективность и среднее эффективное давление.

Эффективность этого цикла определяется выражением

Где r = степень сжатия = 10

Для процесса сжатия

Для процесса расширения можно считать, что

Сделанная чистая работа может быть рассчитана по формуле

Согласно теории идеального газа, мы знаем

Q.2] каков будет эффект на эффективность цикла Отто, имеющего степень сжатия 6, если C_v увеличивается на 20%. Для расчетов Предположим, что C_v составляет 0.718 кДж / кг. К.

Бревно с обеих сторон

Т.е. если C_v увеличивается на 2%, затем η уменьшается на 1.36%.

Часто задаваемые вопросы

В чем разница между циклом Отто и Дизелем?

В цикле Отто добавление тепла происходит при постоянном объеме, в то время как в дизельном цикле добавление тепла происходит при постоянном давлении, и в цикле Отто степень сжатия ниже 12, в то время как в дизельном цикле степень сжатия выше до 22. В цикле Отто используется свеча зажигания. для зажигания, в то время как дизельный цикл не требует помощи для зажигания. Отто-цикл имеет более низкий КПД по сравнению с дизельным циклом.

Какое топливо используется в цикле Отто ? | Что такое 4-тактное топливо?

Обычно в двигателе Отто используется бензин или бензин, смешанный с 3-5% этанола. В стандартном воздушном цикле Отто в качестве топлива используется воздух.

Какой цикл Отто или Дизель эффективнее?

Нормальный диапазон степени сжатия для дизельного цикла составляет 16-20, в то время как степень сжатия в цикле Отто составляет 6-10, и из-за более высокой степени сжатия, используемой в дизельном цикле, эффективность дизельного цикла выше, чем в цикле Отто.

Как работает цикл Отто?

1. Впускной клапан открывается на 5-10 0 перед верхней мертвой точкой. Это необходимо для обеспечения того, чтобы впускное отверстие полностью открывалось, когда поршень достигает ВМТ, и свежий заряд начинает поступать в цилиндр как можно раньше после ВМТ.
2. Всасывающий клапан закрывается на 20-30 0 после нижней мертвой точки НМТ, чтобы воспользоваться импульсом движущихся газов.
3. Искра имеет место 30-40 0 перед ВМТ. Это необходимо для обеспечения временной задержки между искрой и завершением сгорания.
4. Давление в конце рабочего хода выше атмосферного, что увеличивает работу по удалению выхлопных газов. Таким образом, выпускной клапан открывается в 20-30. 0 перед НМТ, так что при НМТ давление снижается до атмосферного, и полезная работа может быть сохранена.
5. Выпускной клапан закрывается на 15-20 0 после ВМТ, так что инерция выхлопных газов имеет тенденцию очищать цилиндр, что увеличивает объемный КПД.

Процесс 1-2: Обратимое адиабатическое сжатие

Где r = степень сжатия

Процесс 2-3: добавление тепла при постоянном объеме

Процесс 3-4: Обратимое адиабатическое расширение

Процесс 4-1: Отвод тепла при постоянном объеме будет

Эффективность Отто-цикла представлена ​​как.

Где r = степень сжатия.

Разница между дизельным циклом Отто и двойным циклом

Цикл Отто против двойного цикла

Цикл Отто против цикла Карно

Цикл Отто против цикла Аткинсона

Формула цикла Отто

Эффективность цикла Отто определяется уравнением

Где r = степень сжатия = 10

Цикл Отто с примером политропного процесса

Двигатель SI имеет степень сжатия 8 при низких температурах 300 0 C и низкое давление 250 кПа. Если Work o / p составляет 1000 кДж / кг, вычислите максимальную эффективность. Сжатие и расширение происходит политропно с показателем политропы (n = 1.33).

Решение: КПД цикла Отто определяется уравнением

Почему цикл Отто известен как цикл постоянного объема?

Для этого цикла добавление и отвод тепла происходит при фиксированном объеме, а объем проделанной работы пропорционален добавлению тепла и скорости отвода тепла, по этой причине цикл Отто называется циклом постоянного объема.

Каковы ограничения цикла Отто?

• У него более низкая степень сжатия, поэтому он плохо переносит тяжелые грузы на низкой скорости.
• Не выдерживает более высоких нагрузок и деформаций по сравнению с дизельным двигателем.
• Общий КПД топлива ниже, чем у дизельного цикла.

Считаются ли двухтактные двигатели двигателями цикла Отто?

1. Поршень опускается и достигается полезная мощность. Движение поршня вниз сжимает свежий заряд, хранящийся в картере.
2. Ближе к концу такта расширения поршень сначала откроет выпускной канал. Затем давление в цилиндре упадет до атмосферного, так как за это время из цилиндра будет выходить горючий материал.
3. Дальнейшее движение поршня открывает передаточный канал, через который слегка сжатый заряд в картере двигателя попадает в цилиндр двигателя.
4. Выступ в поршне предотвращает прохождение свежего заряда непосредственно в выхлопное отверстие и удаление продуктов сгорания.
5. Когда поршень перемещается из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку и сначала закрывается передаточный канал, затем закрывается выпускной канал и происходит сжатие. При этом в картере создается разрежение, и свежий заряд поступает в картер для следующего цикла.

Почему цикл Аткинсона более эффективен, хотя он производит меньшее сжатие и давление, чем цикл Отто?

В цикле Аткинсона для процесса изоэнтропического расширения в цикле Отто дополнительно разрешается продолжаться и расширяться до более низкого давления цикла, чтобы увеличить производительность работы, и мы знаем, что эффективность увеличивается с увеличением производимой работы. Вот почему цикл Аткинсона более эффективен, хотя он производит меньшее сжатие и давление, чем цикл Отто.

Какая степень сжатия у цикла Отто

Степень сжатия этого цикла разработана как

V_s = Рабочий объем цилиндра.

V_c = Свободный объем цилиндра.

Обычно в цикле Отто степень сжатия составляет 6-10. Она ограничена 10 из-за детонации в двигателе.

Цикл Отто против эффективности дизельного цикла

Нормальный диапазон степени сжатия для дизельного цикла составляет 16-20, в то время как в цикле Отто степень сжатия составляет 6-10, а для большей степени сжатия, используемой в дизельном цикле, эффективность дизельного цикла выше, чем цикла Отто.

Случай 1: Для одинаковой степени сжатия и абсолютно идентичного тепловложения соотношение будет

В этом случае та же степень сжатия и такой же отвод тепла.

Случай 3: В этом случае такая же максимальная температура и такой же отвод тепла.

Для той же максимальной температуры и одинакового отвода тепла

При этом условии эффективность цикла Брайтона и цикла Отто будет равной.

Эффективность цикла Отто определяется уравнением

Решение: КПД цикла Отто определяется уравнением

Эффективность цикла Брайтона определяется уравнением

При одинаковой степени сжатия цикла Брайтона и Отто их КПД будет одинаковым.

Знать о политропном процессе (нажмите сюда)и число Прандтля (Кликните сюда)

В 2012 году Мазда вывела в свет новую технологию СкайАктив. По фату это комплексный подход к автомобилю строению: Двигатель, трансмиссия, ходовая и Кузов.

В частности что касается двигателей, то двигатели для более высокой эффективности стали работать с запредельной степенью сжатия (13:1, 14:1). Чтобы избежать детонации при обычном 95 бензине, инженера предприняли ряда мер: это ионные датчики в катушках зажигания, непосредственный впрыск с давлением 200бар, спортивный выпускной коллектор 4-2-1. Двигатель стал работать по двум цикламм: на низких нагрузках по циклу Аткинсона (фактически Миллера), в котором фактическая степень сжатия ниже геометрической и более эффективное КПД (считай расход и теплонагруженность), и цикл Отто на средних и высоких нагрузках, где фактическая степень сжатия равна геометрической и довольно высокая относительно всего автопрома. Достигается данный эффект за счет системы изменения фаз газораспределения (в Мазде применяется гидравлический фазовращатели на выпуске и элетронные на впуске)

Фактически на низких оборотах в данных двигателях клапан после впуска какое то время остается открытым (за счет системы i-VTEC), топливно воздушная смесь полностью заполняет цилиндр и частично выдавливается обратно. Всё это дело происходит при полностью открытой дросельной заслонке, за счет чего минимизируются насосные потери. Фактически впуском полностью управляет система SOHC i-VTEC через электронную педаль акселератора. Получается КПД двигателя на низких оборотах очень высокое, двигатель работает максимально эффективно. Прироста момента на низах как такого нет, но за счет снижения топливных и насосных потерь и равномерного заполнения камеры сгорания двигатель на низких оборотах работает ровно и легко, при этом очень экономично. После того как двигатель выходит из зоны Втэка, а это выше 3500 об/мин он работает в обычном режимме Отто, с фактической и геометрической стандартной степенью сжатия. Она не такая высокая как в моторах СкайАктив, соответсвенно значение мощности и момента (КПД в целом) на высоких оборотах меньше чем в моторах СкайАктив (речь идет не о пиковых значениях).

Четырехтактный газовый ДВС создан в 1876 году Н.А. Отто (1832-1891) Цикл Отто совершается в 4-х тактном тепловом двигателе внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием (карбюраторный ДВС) и кривошипно-шатунным механизмом. При этом поршень совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре. Цикл Отто – прямой газовый изохорный цикл неполного расширения представлен в p-v координатах на следующем рисунке.

Этот цикл неполного расширения (Р_b>Р_а) состоит из двух изохорных и двух адиабатных процессов:

где ac – сжатие ТРТ по адиабате;

cz – подвод теплоты q₁ к ТРТ по изохоре;

zb – расширение ТРТ по адиабате;

ba – отвод теплоты q₂ в холодильник от ТРТ по изохоре.

После прохождения этого цикла ТРТ возвращается в начальное состояние. В результате этого цикла совершается положительная результатирующая работа ( ), равная площадь aczba, которая передается на вал двигателя. В T-s координатах цикла Отто имеет вид:

Основные характеристики (параметры) цикла Отто:

- степень сжатия: , где v_a – полный объем цилиндра (в начале процесса сжатия), v_c – объем камеры сгорания (в конце процесса сжатия);

- степень повышения давления в процессе подвода теплоты (при горении топливо-воздушной смеси): , где P_z – давление ТРТ в конце подвода теплоты q₁ , P_c – давление ТРТ в начале подвода теплоты q₁ . Параметрами цикла называются величины, которые полностью определяют цикл. Их число равно числу процессов в цикле без двух. Термический кпд цикла Отто:

, где и . После подстановки q₁ и q₂ в выражение для имеем:

После подстановки в эту формулу величин: (для адиабаты ac) и учитывая, что (для изохоры c-z) и что , окончательно имеем:

С ростом степени сжатия увеличивается максимальная температура в системе Т₁ и в соответствии со 2-м законом термодинамики увеличивается термический кпд. С ростом показателя адиабаты к термический кпд увеличивается из-за влияния рода ТРТ, т.е. теплоемкости идеального газа.

Недостатком цикла Отто является невозможность применения высоких степеней сжатия. Обычно применяются степени сжатия в диапазоне: , что определяется температурой воспламенения топлива Т_топ, которую не может превышать температура в конце процесса сжатия Т_с из-за опасности взрывного самовозгорания топлива, т.е. Т_с

Этот цикл неполного расширения (Р_b>Р_а) состоит из двух изохорных и двух адиабатных процессов:

где ac – сжатие ТРТ по адиабате;

cz – подвод теплоты q₁ к ТРТ по изохоре;

zb – расширение ТРТ по адиабате;

ba – отвод теплоты q₂ в холодильник от ТРТ по изохоре.

После прохождения этого цикла ТРТ возвращается в начальное состояние. В результате этого цикла совершается положительная результатирующая работа ( ), равная площадь aczba, которая передается на вал двигателя. В T-s координатах цикла Отто имеет вид:

Основные характеристики (параметры) цикла Отто:

- степень сжатия: , где v_a – полный объем цилиндра (в начале процесса сжатия), v_c – объем камеры сгорания (в конце процесса сжатия);

- степень повышения давления в процессе подвода теплоты (при горении топливо-воздушной смеси): , где P_z – давление ТРТ в конце подвода теплоты q₁ , P_c – давление ТРТ в начале подвода теплоты q₁ . Параметрами цикла называются величины, которые полностью определяют цикл. Их число равно числу процессов в цикле без двух. Термический кпд цикла Отто:

, где и . После подстановки q₁ и q₂ в выражение для имеем:

После подстановки в эту формулу величин: (для адиабаты ac) и учитывая, что (для изохоры c-z) и что , окончательно имеем:

С ростом степени сжатия увеличивается максимальная температура в системе Т₁ и в соответствии со 2-м законом термодинамики увеличивается термический кпд. С ростом показателя адиабаты к термический кпд увеличивается из-за влияния рода ТРТ, т.е. теплоемкости идеального газа.

Недостатком цикла Отто является невозможность применения высоких степеней сжатия. Обычно применяются степени сжатия в диапазоне: , что определяется температурой воспламенения топлива Т_топ, которую не может превышать температура в конце процесса сжатия Т_с из-за опасности взрывного самовозгорания топлива, т.е. Т_с

Читайте также:

  
• Художественные особенности романа анна каренина кратко
  
• На основании знаний о движущих силах эволюции объясните механизм возникновения приспособлений кратко
  
• Бенвенуто челлини биография кратко самое важное
  
• Общественно культурная обстановка в стране во второй половине xx века кратко
  
• Кратко о белке на английском