Дійсний і ідеальний цикл із підведенням теплоти при постійному об´ємі. Цикл Отто

Індикаторні діаграми циклу Отто представлені: дійсна на мал. 21.3; ідеальна p, v - діаграма на мал. 21.4; T,S - діаграма на мал. 21.5.

В таких двигунах, які працюють по циклу Отто, застосовуються легкі палива: рідкі (бензин, гас) і газоподібні: (генераторний, світильний газ). Робочим тілом є паливно-повітряна суміш на початкових ділянках циклу і газоподібні продукти згоряння на інших ділянках циклу.

Поршень 2 робить у ДВЗ зворотно-поступальний рух у циліндрі 1. У процесі а-1 поршень рухається ліворуч - праворуч (тобто від ВМТ до НМТ). I такт і через усмоктувальний клапан 5 у циліндр 1 надходить пальна суміш. У правому крайньому положенні процес заповнення циліндра пальною сумішшю припиняється, усмоктувальний клапан 5 закривається і поршень починає рухатися праворуч - ліворуч (тобто від НМТ до ВМТ) II такт. У процесі 1-2 пальна суміш у циліндрі стискується, і тиск зростає від до p₂. Улівому крайньому положенні пальна суміш запалюється від електричної свічі 4. Пальна суміш згоряє практично миттєво, поршень не встигає переміститися і тому припустимо прийняти, що весь процес відбувається при (тобто процес підведення теплоти).

У процесі 2-3 змінюється не тільки тиск і температура, але і хімічна сполука робочого

 

Мал 21.3 Мал. 21.4 Мал. 21.5

тіла. Тиск у циліндрі зростає від р₂ до р₃. Далі поршень переміщається вправо (тобто від ВМТ до НМТ) III такт, виконуючи при цьому роботу розширення, причому тиск падає від р₃ до р₄. У крайньому лівому положенні (НМТ) за допомогою спеціального пристрою відкривається вихлопний клапан 3 і тиск у циліндрі знижується до тиску , що трохи перевищує атмосферне (процес 4-5), при цьому частина продуктів згоряння виходить з циліндра. Потім поршень рухається вліво (тобто від НМТ до ВМТ). IV такт, виштовхуючи з циліндра через відкритий вихлопний клапан 3 частину продуктів згоряння, що залишилися. У крайньому лівому положенні (ВМТ) поршня вихлопний клапан 3 закривається і відкривається клапан усмоктування 5, що дає доступ у циліндр нової порції пальної суміші (за процесом вихлопу починається процес усмоктування, у результаті чого і здійснюється беззупинна робота двигуна).

На мал. 21.3 видно, що тиск у циліндрі в процесі усмоктування а-1 трохи нижче, а в процесі виштовхування процес 5-а трохи вище атмосферного. Останнє викликається аеродинамічним опором клапанів 5 і 3 і патрубків, які підводять робоче тіло.

Ідеальний цикл Отто в р, v - (мал. 21.4) і T, S - діаграмах (мал. 21.5) складається з наступних процесів: 1-2 - адіабатний стиск робочого тіла в циліндрі; 2-3 - підведення теплоти при ; 3-4 - адіабатне розширення робочого тіла; 4-1 - відведення теплоти при .

Термодинамічний ККД циклу Отто визначається як теплового двигуна

, (21.8)

Кількість теплоти, яка підводиться до робочого тіла в процесі 2-3 (q₁):

, (21.9)

Кількість теплоти, що відводиться в ізохорному процесі 4-1 (q₂):

, (21.10)

Кількість і можна визначити через параметри циклу. З цією метою виразимо температури , і через температуру і параметри циклу і .

- ступінь адіабатного стиску; - ступінь підвищення тиску.

Розглянемо адіабатний процес 1-2:

, відкіля , (21.11)

Для ізохорного процесу 2-3, маємо:

, звідки: , (21.12)

Для адіабатного процесу 3-4, маємо: , тому що , звідки: , (21.13)

Підставляючи співвідношення (21.11)-(21.13) у вираз (21.9) і (21.10), одержуємо: , (21.14)

, (21.15)

Підставляючи вираження (21.14) і (21.15) у вираз (21.8), знаходимо

, (21.15)

З виразу (21.15) видно, що термічний ККД циклу Отто залежить від ступеня стиску робочого тіла (конструкції двигуна) і показника адіабати робочого тіла циклу. Від ступеня підвищення тиску в ізохорному процесі 2-3 термічний ККД не залежить. У перших двигунах внутрішнього згоряння при складала усього 2-2,5, а в сучасних двигунах вона доходить до 7-12.

Ступінь стиску обмежується температурою самозапалювання пальної суміші. При високих ступенях стиску значно підвищується температура і тиск наприкінці стиснення. Так, при деяких значеннях часто ще до приходу поршня у ВМТ відбувається запалення суміші, тобто детонація. При цьому процес згоряння порушується, потужність двигуна падає, витрата палива зростає. Тому кожному виду палива відповідає свій ступінь стиску. Величина ступеня стиску залежить від якості палива і підвищується з поліпшенням антидетонаційних властивостей, які характеризуються октановим числом.

Робота циклу визначається таким чином:

, (21.16)

З цього виразу видно, що робота, одержувана за цикл, залежить від початкової температури і параметрів циклу і .

Середній індикаторний тиск визначається таким чином:

, (21.17)

 

ЛЕКЦІЯ 22