Tehnik-ast.ru

Электро Техник
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Цикл Отто, Аткинсона/Миллера … SKYACTIVE и SOHC i-VTEC

Цикл Отто, Аткинсона/Миллера … SKYACTIVE и SOHC i-VTEC

Привычный двигатель ДВС работает по Циклу Отто. Выделяется 4 такта: впрыск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Аткинсон взял за основу циклы Отто, но оптимизировал их, фактически он удлинил такт рабочего хода, за счет сложного кривошипно-шатунного механизма. Все 4 такта происходили за один оборот коленчатого вала. Такие двигатели получились эффективными с высоким КПД, с маленьким расходом. Но основной недостаток был низкий крутящий момент на низких оборотах и такой двигатель плохо регулируется дросельной заслонкой (двигатели с таким приципом действия получили широкое распространение среди гибридных, т.к. электромотор обеспечивал высокий крутящий момент и компенсировал с лихвой все недостатки, но двигатель Аткинсона применялся не в чистом виде, а только его идея).
Позже на основе двигателя Аткинсона появился двигатель с циклами Миллера. Фактически идея та же самая, но все это реализовано на классическом поршневом двигателе с обычным КШМ (который применяется и при цикле Отто) за счет системы Фаз газораспределения.
Впускной клапан закрывается позже окончания такта впуска. Данный подход у двигателистов носит условное название «укороченного сжатия». В конечном счете данный подход дает снижение фактической степени сжатия рабочей смеси относительно геометрической, при сохранении неизменной степени расширения (то есть такт рабочего хода остается таким же, как в двигателе Отто, а такт сжатия как бы сокращается — как у Аткинсона, только сокращается не по времени, а по степени сжатия смеси).
Таким образом смесь в двигателе Миллера сжимается меньше, чем должна была бы сжиматься в двигателе Отто такой же механической геометрии (она частично выталкивается во впускной коллектор). Это позволяет увеличить геометрическую степень сжатия (и, соответственно, степень расширения!) выше пределов, обуславливаемых детонационными свойствами топлива — приведя фактическое сжатие к допустимым значениям за счет вышеописанного «укорочения цикла сжатия». Другими словами, при той же фактической степени сжатия (ограниченной топливом) мотор Миллера имеет значительно большую степень расширения, чем мотор Отто. Это дает возможность более полно использовать энергию расширяющихся в цилиндре газов, что, собственно, и повышает тепловую эффективность мотора, обеспечивает высокую экономичность двигателя и так далее.
Выгода от повышения тепловой эффективности цикла Миллера относительно цикла Отто сопровождается потерей пиковой выходной мощности для данного размера (и массы) двигателя из-за ухудшения наполнения цилиндра.
Данный принцип впервые применила компания Мазда на Автомбилях Хедокс 9 и Миления. Что бы при всей своей эффективность не потерять мощность, двигатель использовался не в атмосферном варианте, а с механическим нагнетателем.

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)

Но существует и другой пример, который я до конца не уверен по какому циклу работает www.drive2.ru/l/7543335/. Но всего скорее речь идет о том же цикле Миллера. Это Хондовский мотор серии R18, R20 SOHC i-VTEC.

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).

Читайте так же:
Кованые ворота с деревом фото

Николаус Август Отто — немецкий инженер, изобретатель (1832-1891гг)

Николаус Август Отто был германским изобретателем, который в 1876 году создал первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, прототип сотен миллионов двигателей, построенных с тех пор. Трудно переоценить его заслугу в мировом автомобилестроении, просто без этого двигателя автомобилестроение не развивалось, этот двигатель, и есть двигатель этого развитие.
Предпринималось множество попыток сконструировать автомобиль до того, как Отто создал свой двигатель. Некоторые изобретатели, такие как Зигфрид Маркус (в 1875 году), Этьен Ленуар (в 1862 году) и Николас Джозеф Канно (около 1769 года) даже добивались успеха и изготавливали модели, которые ехали. Но из-за отсутствия приемлемого типа двигателя — такого, который мог бы соединить в себе низкий вес и большую мощность — ни одна из этих моделей не нашла практического применения. В течение пятнадцати лет после изобретения Отто четырехтактного двигателя два изобретателя, Карл Бенц и Готлиб Дзймлер, независимо друг от друга сконструировали практичные, годные для продажи автомобили.
Николаус Август Отто родился в 1832 году в городе Хольцхаузен в Германии. Его отец умер, когда Отто был еще ребенком. Будущий изобретатель хорошо учился, но в шестнадцать лет бросил высшую школу, чтобы найти работу и получить опыт в бизнесе. Некоторое время он работал в бакалейной лавке в маленьком городке, позже стал клерком во Франкфурте, а потом коммивояжером.
Около 1860 года Отто услышал о газовом двигателе, недавно изобретенном Этьеном Ленуаром (1822–1900), первом рабочем двигателе внутреннего сгорания.
Николаус Отто понял, что это изобретение имело бы гораздо большее применение, если бы могло работать на жидком топливе, поскольку в этом случае его не надо было бы прикреплять к газовым выходам. Вскоре Отто спроектировал карбюратор. Но ему отказали в регистрации патента, так как похожие аппараты уже были изобретены. Отто не разочаровался и с еще большими усилиями взялся за усовершенствование двигателя Ленуара. Уже в 1861 году он натолкнулся на идею принципиально нового типа двигателя, работающего в четырехтактном цикле (в отличие от примитивного двигателя Ленуара, который работал в двухтактном цикле).
В январе 1862 года Отто изготовил рабочую модель своего четырехтактного двигателя, но столкнулся с трудностями — особенно с зажиганием — при производстве самого двигателя и отложил эту идею в сторону. Вместо нее он занялся «атмосферным двигателем», улучшенной моделью двухтактного двигателя, который работал на газе. Отто запатентовал свою разработку в 1863 году и вскоре нашел себе партнера Еугена Лангена, который стал его финансировать. Они построили маленькую фабрику и продолжали совершенствовать двигатель. В 1867 году их двухтактный двигатель получил золотую медаль на парижской Всемирной ярмарке. Потом торговля оживилась, и прибыли компании возросли.
В 1872 году партнеры наняли Готлиба Даймлера, великолепного инженера с опытом в управлении производством, помочь в изготовлении их двигателя. Хотя прибыль от продажи двухтактного двигателя была неплохой, Отто не мог выпустить из головы задуманный им изначально четырехтактный.
Он был убежден, что четырехтактный двигатель, сжимающий смесь топлива и воздуха перед воспламенением, может оказаться гораздо более эффективным, чем любая модификация двухтактного двигателя Ленуара.
В начале 1876 года Отто наконец спроектировал улучшенную систему зажигания и с ней смог создать практически применимый четырехтактный двигатель Первая такая модель была изготовлена в мае 1876 года, а патент был получен на следующий год.
Превосходные характеристики и эффективность четырехтактного двигателя были очевидны, и он добился немедленного коммерческого успеха. За следующие десять лет было продано более 30 000 штук, а все версии двигателя Ленуара вышли из применения.
Германский патент Отто на его четырехтактный двигатель в 1886 году обернулся судебным процессом. Выяснилось, что француз Альфонс Бо де Роша придумал в основном похожий аппарат в 1862 году и запатентовал его. (Но не стоит однако думать о Бо де Роша как о влиятельной фигуре. Его изобретение никогда не продавалось, и он не изготовил ни одной модели. Отто не перенимал у него никаких идей.) Несмотря на потерю ценного патента, фирма Отто продолжала делать деньги. Умер изобретатель в 1891 году состоятельным человеком.
Двигатель внутреннего сгорания и автомобиль были изобретениями потрясающей важности, и если бы только одному человеку принадлежала исключительная заслуга в этом, его стоило бы поставить чуть ли не на первое место в списке великих изобретений человечества. Главную заслугу в этих изобретениях нужно, однако, разделить между несколькими людьми: Ленуаром, Отто, Даймлером, Бенцем и Фордом. Из всех этих людей Отто сделал самый значительный вклад. Двигатель Ленуара по сути своей не был ни достаточно мощным, ни достаточно эффективным, чтобы приводить автомобиль в движение. Двигатель же Отто обеспечивал необходимые параметры.
До 1876 года, когда Отто изобрел свой двигатель, применение на практике автомобилей было почти невозможным. После 1876 года оно стало фактически неизбежным. Следовательно, Николаус Август Отто является одним из истинных создателей современного мира.

Читайте так же:
Биполярные транзисторы устройство принцип действия схемы включения

НИКОЛАУС АВГУСТ ОТТО (1832–1891)

НИКОЛАУС АВГУСТ ОТТО

Николаус Август Отто был германским изобретателем, который в 1876 году создал первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, прототип сотен миллионов двигателей, построенных с тех пор.

Двигатель внутреннего сгорания — многосторонний аппарат: он используется для моторных лодок и мотоциклов; у него много применений в промышленности; и он был жизненно необходимым элементом при изобретении аэроплана. (До полета первого реактивного самолета в 1939 году фактически все летательные аппараты были оснащены двигателями внутреннего сгорания, работавшими по принципу Отто.) Но гораздо более важным применением двигателя внутреннего сгорания является его использование для приведения в движение автомобилей.

Предпринималось множество попыток сконструировать автомобиль до того, как Отто создал свой двигатель. Некоторые изобретатели, такие как Зигфрид Маркус (в 1875 году), Этьен Ленуар (в 1862 году) и Николас Джозеф Канно (около 1769 года) даже добивались успеха и изготавливали модели, которые ехали. Но из-за отсутствия приемлемого типа двигателя — такого, который мог бы соединить в себе низкий вес и большую мощность — ни одна из этих моделей не нашла практического применения. В течение пятнадцати лет после изобретения Отто четырехтактного двигателя два изобретателя, Карл Бенц и Готлиб Дзймлер, независимо друг о г друга сконструировали практичные, годные для продажи автомобили. С тех пор использовались различные другие типы двигателей, и вполне возможно, что в будущем машины на паровой тяге или на электрических батареях в конечном счете докажут свое превосходство. Но из сотни миллионов автомобилей, изготовленных в нашем веке, 99 процентов оснащены четырехтактным двигателем внутреннего сгорания. (Дизельный двигатель, искусная форма двигателя внутреннего сгорания, который применяется на многих грузовиках, автобусах и кораблях, использует четырехтактный цикл, в основе своей похожий на цикл Отто, но топливо впрыскивается на другой стадии.)

Огромное значение научных изобретений (с важными исключениями в виде оружия и взрывчатых веществ) в основном оценивается с точки зрения выгоды для человечества Вряд ли кто-нибудь предположит, что мы, например, откажемся от холодильников, пенициллина или ограничим их применение. Недостатки широкого применения личных автомобилей, однако, очевидны. Они создают шум, являются причиной загрязнения воздуха, потребляют и без того скудные запасы топлива, каждый год из-за них человечество несет потери погибшими и ранеными людьми.

Вполне понятно, что мы никогда бы не задумывались над созданием автомобиля, если бы он не предоставлял нам столько преимуществ. Личный автомобиль — гораздо более гибкое средство передвижения, чем общественный транспорт. В отличие от поездов или метро, например, личный автомобиль поедет куда вы пожелаете, отвезет вас куда вы хотите и обеспечит удобное обслуживание Он быстр, комфортабелен, легко перевозит багаж. Обеспечив нас беспрецедентной степенью выбора, где нам жить и как проводить время, автомобиль значительно увеличил личную свободу. Стоят ли все эти преимущества той цены, которую автомобиль взимает с общества, — вопрос спорный, но никто не станет возражать, что он дал главный толчок нашей цивилизации. В одних Соединенных Штатах более 180 миллионов автомобилей. Вместе они проезжают примерно три триллиона миль в год — больше, чем общее расстояние перемещений пешком, на самолетах, на поездах и всеми другими видами транспорта. Чтобы пользоваться автомобилем, мы застроили акры земли парковочными площадками и провели бесконечные мили шоссе, приспосабливая к этому весь ландшафт. В ответ он обеспечивает нас мобильностью, о которой предыдущие поколения не могли и мечтать. Большинство владельцев машин ныне имеют гораздо большую степень активности и возможностей, чем это было бы без автомобиля. Он расширяет наш выбор, где нам работать и где жить. Благодаря автомобилю огромные возможности, которые раньше были только у городских жителей, теперь предоставлены и тем, кто живет в пригороде. (Возможно, это является главной причиной роста пригородов в последние десятилетия и сопутствующего уменьшения населения в центре городов в Соединенных Штатах.)

Николаус Август Отто родился в 1832 году в городе Хольцхаузен в Германии. Его отец умер, когда Отто был еще ребенком. Будущий изобретатель хорошо учился, но в шестнадцать лет бросил высшую школу, чтобы найти работу и получить опыт в бизнесе. Некоторое время он работал в бакалейной лавке в маленьком городке, позже стал клерком во Франкфурте, а потом коммивояжером.

Читайте так же:
Клемма на электрической схеме

Двигатель Отто использовался пионерами автостроения Готлибом Даймлером и Карлом Бенцом. Первый автомобиль Роял Даймлер имел мощность 6 лошадиных сил и был поставлен принцу Уэльскому.

Около 1860 года Отто услышал о газовом двигателе, недавно изобретенном Этьеном Ленуаром (1822–1900), первом рабочем двигателе внутреннего сгорания, и понял, что это изобретение имело бы гораздо большее применение, если бы могло работать на жидком топливе, поскольку в этом случае его не надо было бы прикреплять к газовым выходом. Вскоре Отто спроектировал карбюратор Но ему отказали в регистрации патента, так как похожие аппараты уже были изобретены. Отто не разочаровался и с еще большими усилиями взялся за усовершенствование двигателя Ленуара. Уже в 1861 году он натолкнулся на идею принципиально нового типа двигателя, работающего в четырехтактном цикле (в отличие от примитивного двигателя Ленуара, который работал в двухтактном цикле). В январе 1862 года Отто изготовил рабочую модель своего четырехтактного двигателя, но столкнулся с трудностями — особенно с зажиганием — при производстве самого двигателя и отложил эту идею в сторону. Вместо нее он занялся «атмосферным двигателем», улучшенной моделью двухтактного двигателя, который работал на газе. Отто запатентовал свою разработку в 1863 году и вскоре нашел себе партнера Еугена Лангена, который стал его финансировать. Они построили маленькую фабрику и продолжали совершенствовать двигатель. В 1867 году их двухтактный двигатель получил золотую медаль на парижской Всемирной ярмарке. Потом торговля оживилась, и прибыли компании возросли.

В 1872 году партнеры наняли Готлиба Даймлера, великолепного инженера с опытом в управлении производством, помочь в изготовлении их двигателя. Хотя прибыль от продажи двухтактного двигателя была неплохой, Отто не мог выпустить из головы задуманный им изначально четырехтактный. Он был убежден, что четырехтактный двигатель, сжимающий смесь топлива и воздуха перед воспламенением, может оказаться гораздо более эффективным, чем любая модификация двухтактного двигателя Ленуара. В начале 1876 года Отто наконец спроектировал улучшенную систему зажигания и с ней смог создать практически применимый четырехтактный двигатель Первая такая модель была изготовлена в мае 1876 года, а патент был получен на следующий год. Превосходные характеристики и эффективность четырехтактного двигателя были очевидны, и он добился немедленного коммерческого успеха. За следующие десять лет было продано более 30 000 штук, а все версии двигателя Ленуара вышли из применения. Германский патент Отто на его четырехтактный двигатель в 1886 году обернулся судебным процессом. Выяснилось, что француз Альфонс Бо де Роша придумал в основном похожий аппарат в 1862 году и запатентовал его. (Но не стоит однако думать о Бо де Роша как о влиятельной фигуре. Его изобретение никогда не продавалось, и он не изготовил ни одной модели. Отто не перенимал у него никаких идей.) Несмотря на потерю ценного патента, фирма Отто продолжала делать деньги. Умер изобретатель в 1891 году состоятельным человеком.

В 1882 году Готлиб Даймлер покинул фирму. Он намеревался приспособить двигатель Отто для использования на автомобиле. К 1883 году Даймлер разработал улучшенную систему зажигания (но не ту, которой мы пользуемся в наше время), которая позволила двигателю работать при 700–900 оборотах в минуту. (Высшая скорость моделей Отто составляла 180–200 оборотов в минуту.) Более того, Даймлер приложил усилия, чтобы изготовить очень легкий двигатель. В 1885 году он укрепил один из них на велосипеде, сконструировав, таким образом, первый мотоцикл. На следующий год Даймлер создал свой первый четырехколесный автомобиль. Но выяснилось, что Карл Бенц обогнал его. Карл Бенц изготовил свой первый автомобиль — трехколесный, но, несомненно, автомобиль — всего на несколько месяцев раньше. Его машина, как и машина Даймлера, двигалась при помощи разновидности четырехтактного двигателя Отто. Двигатель Бенца работал на 400 оборотах в минуту, но этого было достаточно, чтобы сделать автомобиль применимым практически. Изобретатель постоянно совершенствовал свое детище и в течение нескольких лет стал успешно продавать его. Готлиб Даймлер начал продавать свои машины гораздо позже, но тоже успешно. (В конце концов Бенц и Даймлер все-таки объединились. Знаменитый автомобиль «мерседес-бенц» производится на предприятии, прародителем которого была их фирма.)

Необходимо упомянуть еще одну фигуру, сыгравшую роль в развитии автомобилестроения: американского изобретателя и промышленника Генри Форда, который первым наладил массовое производство недорогих автомобилей. Двигатель внутреннего сгорания и автомобиль были изобретениями потрясающей важности, и если бы только одному человеку принадлежала исключительная заслуга в этом, его стоило бы поставить чуть ли не на первое место в нашем списке. Главную заслугу в этих изобретениях нужно, однако, разделить между несколькими людьми: Ленуаром, Отто, Даймлером, Бенцем и Фордом. Из всех этих людей Отто сделал самый значительный вклад. Двигатель Ленуара по сути своей не был ни достаточно мощным, ни достаточно эффективным, чтобы приводить автомобиль в движение. Двигатель же Отто обеспечивал необходимые параметры. До 1876 года, когда Отто изобрел свой двигатель, применение применимых на практике автомобилей было почти невозможным. После 1876 года оно стало фактически неизбежным. Следовательно, Николаус Август Отто является одним из истинных создателей современного мира.

Читайте так же:
Лазер для измерения расстояния

Цикл Отто: фазы, выполнение, приложения, решенные упражнения

В Цикл Отто Это термодинамический цикл, состоящий из двух изохорных процессов и двух адиабатических процессов. Этот цикл происходит в сжимаемой термодинамической жидкости. Он был создан немецким инженером Николаусом Отто в конце 19 века, который усовершенствовал двигатель внутреннего сгорания, предшественник того, который используется в современных автомобилях. Позже его сын Густав Отто основал известную компанию BMW.

Цикл Отто применяется к двигателям внутреннего сгорания, которые работают со смесью воздуха и летучего топлива, такого как бензин, газ или спирт, и сгорание которых начинается с электрической искры.

Фазы цикла Отто

Шаги цикла Отто:

  1. Адиабатическое сжатие (без теплообмена с окружающей средой).
  2. Поглощение тепловой энергии в изохорной форме (без изменения объема).
  3. Адиабатическое расширение (без теплообмена с окружающей средой).
  4. Отвод тепловой энергии в изохорной форме (без изменения объема).

На рисунке 2, показанном ниже, показаны различные фазы цикла Отто на диаграмме P-V (давление-объем).

заявка

Цикл Отто в равной степени применим к четырехтактным и двухтактным двигателям внутреннего сгорания.

-4-тактный двигатель

Этот двигатель состоит из одного или нескольких поршней в цилиндре, каждый с одним (или двумя) впускными клапанами и одним (или двумя) выпускными клапанами.

Он называется так, потому что его работа состоит из четырех этапов или четко обозначенных этапов:

  1. Прием.
  2. Сжатие.
  3. Взрыв.
  4. Выход.

Эти стадии или моменты времени происходят во время двух оборотов коленчатого вала, потому что поршень опускается и поднимается во время 1 и 2, и снова опускается и поднимается во время 3 и 4.

Ниже мы подробно описываем, что происходит на этих этапах.

Шаг 1

Опускание поршня с наивысшей точки с открытыми впускными клапанами и закрытыми выпускными клапанами, так что топливовоздушная смесь втягивается в поршень во время его опускания.

Прием происходит на этапе OA диаграммы цикла Отто при атмосферном давлении PA. На этом этапе была введена топливно-воздушная смесь, которая представляет собой сжимаемую жидкость, к которой будут применяться стадии AB, BC, CD и DA цикла Отто.

Шаг 2

Незадолго до того, как поршень достигнет самой нижней точки, оба клапана закрываются. Затем он начинает подниматься таким образом, что сжимает топливно-воздушную смесь. Этот процесс сжатия происходит так быстро, что практически не отдает тепла окружающей среде. В цикле Отто это соответствует адиабатическому процессу AB.

Шаг 3

В самой высокой точке поршня при сжатой смеси и закрытых клапанах происходит взрывное возгорание смеси, инициированное искрой. Этот взрыв настолько быстр, что поршень едва опускается.

В цикле Отто это соответствует изохорическому процессу BC, в котором тепло вводится без заметного изменения объема, что приводит к увеличению давления смеси. Тепло обеспечивается химической реакцией сгорания кислорода воздуха с топливом.

Шаг 4

Смесь высокого давления расширяется, заставляя поршень опускаться, а клапаны остаются закрытыми. Этот процесс происходит так быстро, что теплообмен с внешней средой незначителен.

В этот момент над поршнем совершается положительная работа, которая передается шатунным шатуном на коленчатый вал, создавая движущую силу. В цикле Отто это соответствует адиабатическому процессу CD.

Шаг 5

Во время нижней части хода тепло отводится через цилиндр в хладагент без существенного изменения объема. В цикле Отто это соответствует изохорному процессу DA.

Шаг 6

В заключительной части хода поршня сгоревшая смесь выбрасывается через выпускной клапан, который остается открытым, в то время как впускной клапан закрыт. Улет сгоревших газов происходит на этапе AO на диаграмме цикла Отто.

Весь процесс повторяется при поступлении через впускной клапан новой топливовоздушной смеси.

Чистая работа, выполненная в цикле Отто

Цикл Отто работает как тепловой двигатель и запускается по часовой стрелке.

Работа W, совершаемая газом, расширяющим стенки, которые его содержат, рассчитывается по следующей формуле:

Где Vi — начальный объем, а Vf — конечный объем.

Читайте так же:
Как подключить светодиодные фары

В термодинамическом цикле чистая работа соответствует области, заключенной в цикле диаграммы P — V.

В случае цикла Отто он соответствует механической работе, выполненной от A до B, плюс механической работе, выполненной от C до D. Между B и C выполненная работа равна нулю, поскольку нет изменения объема. Аналогично между D и A работа равна нулю.

Работа выполнена от А до Б

Предположим, мы начинаем с точки A, где известны ее объем Va, давление Pa и температура Ta.

Из точки А в точку Б осуществляется адиабатическое сжатие. В квазистатических условиях адиабатические процессы подчиняются закону Пуассона, который гласит, что:

Где γ — адиабатический коэффициент, определяемый как отношение теплоемкости при постоянном давлении к удельной теплоемкости при постоянном объеме.

Таким образом, работа, проделанная от A до B, будет рассчитываться по соотношению:

После вычисления интеграла и использования коэффициента Пуассона для адиабатического процесса имеем:

куда р степень сжатия г = Va / Vb.

Работа проделана от C до D

Аналогичным образом работа, проделанная от C до D, будет рассчитана с помощью интеграла:

Быть г = Vd / Vc = Va / Vb коэффициент сжатия.

Чистая работа будет суммой двух работ:

Чистое тепло в цикле Отто

В процессах от A до B и от C до D теплообмен не происходит, поскольку они являются адиабатическими процессами.

Для процесса от B до C никакая работа не выполняется, а тепло, выделяемое при сгорании, увеличивает внутреннюю энергию газа и, следовательно, его температуру от Tb до Tc.

Точно так же в процессе от D к A происходит теплопередача, которая также рассчитывается как:

Чистое тепло будет:

производительность

Производительность или КПД циклического двигателя рассчитывается путем нахождения отношения между выполненной чистой работой и теплом, подаваемым в систему для каждого цикла работы.

Если предыдущие результаты подставить в предыдущее выражение и также предполагается, что топливно-воздушная смесь ведет себя как идеальный газ, то достигается теоретический КПД цикла, который зависит только от степени сжатия:

Решенные упражнения цикла Отто

-Упражнение 1

Четырехтактный бензиновый двигатель объемом 1500 куб. См и степенью сжатия 7,5 работает в среде с атмосферным давлением 100 кПа и 20 градусами Цельсия. Определите чистую работу, выполненную за цикл. Предположим, что сгорание дает 850 Джоулей на каждый грамм топливовоздушной смеси.

Решение

Выражение сети было вычислено ранее:

Нам нужно определить объем и давление в точках B и C цикла, чтобы определить чистую проделанную работу.

Объем в точке A, где цилиндр был заполнен воздушно-бензиновой смесью, равен 1500 куб. В точке B объем Vb = Va / r = 200 куб.

Объем в точке C также составляет 200 куб.

Расчет давления в точках A, B и C

Давление в точке А равно атмосферному. Давление в точке B можно рассчитать, используя коэффициент Пуассона для адиабатического процесса:

С учетом того, что смесь представляет собой преимущественно воздух, который можно рассматривать как двухатомный идеальный газ, коэффициент гамма-адиабаты принимает значение 1,4. Тогда давление в точке B составит 1837,9 кПа.

Объем точки C такой же, как и у точки B, то есть 200 куб.

Давление в точке C выше, чем в точке B, из-за повышения температуры, вызванного сгоранием. Чтобы рассчитать это, нам нужно знать, сколько тепла выделило сгорание.

Тепло, выделяемое при сгорании, пропорционально количеству сожженной смеси.

Используя уравнение состояния идеального газа:

Таким образом, тепло, выделяемое при сгорании, составляет 1,78 грамма x 850 Дж / грамм = 1513 Джоулей. Это вызывает повышение температуры, которое можно рассчитать из

Tb можно рассчитать из уравнения состояния, дающего 718 K, поэтому для наших данных результирующее значение Tc составляет 1902 K.

Давление в точке C определяется уравнением состояния, примененным к этой точке, что дает 4868,6 кПа.

Таким образом, чистая работа за цикл составляет 838,5 Дж.

-Упражнение 2.

Определите эффективность или производительность двигателя из упражнения 1. Предполагая, что двигатель работает со скоростью 3000 об / мин, определите мощность.

Решение

Разделение чистой работы на подводимое тепло дает КПД 55,4%. Этот результат совпадает с результатом, полученным прямым применением формулы для КПД как функции степени сжатия.

Мощность — это работа, выполняемая за единицу времени. 3000 об / мин равняется 50 оборотам в секунду. Но цикл Отто завершается на каждые два оборота двигателя, потому что это четырехтактный двигатель, как мы объясняли ранее.

Это означает, что за одну секунду цикл Отто повторяется 25 раз, поэтому проделанная работа составляет 25 х 838,5 Джоулей за одну секунду.

Это соответствует 20,9 киловатт мощности, эквивалентной 28 лошадиным силам.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector