Теоретичний цикл ОТТО.

Теоретичний цикл ОТТО згоряння при v=const.

Розглянемо цикл Отто, названий так на ім'я німецького конструктора

Н.А. Отто, який здійснив цей цикл у 1876 році.

ДВС, работающий по циклу Отто: 1 — такт впуска топливо-воздушной смеси; 2 — такт сжатия и воспламенения смеси; 3 — такт расширения сгорающей смеси; 4 — такт выпуска продуктов горения

Поршень I здійснює зворотно-поступальний рух у циліндрі II,

забезпеченому всмоктуючим III та вихлопним IV клапанами. У процесі а-1 поршень

рухається зліва направо, в циліндрі створюється розрідження, відкривається всмоктувальний

клапан III і циліндр подається горюча суміш, приготовлена ​​в спеціальному пристрої

- карбюратор. Запальною сумішшю в циклі Отто є повітря, змішане з деяким

кількістю парів бензину (або іншого пального). Після того, як поршень дійде до

крайнього правого положення, процес заповнення циліндра горючою сумішшю

закінчується і всмоктуючий клапан закривається, поршень починає рухатися в

зворотний напрямок - справа наліво. При цьому горюча суміш в циліндрі стискається і

її тиск збільшується (процес 1-2). Після того, як тиск суміші в циліндрі досягає

певного значення, що відповідає точці 2 на індикаторній діаграмі,

допомогою електричної свічки V проводиться підпалювання горючої суміші. Процес

згоряння суміші відбувається практично миттєво, поршень не встигає переміститися,

і тому процес згоряння можна вважати ізохорним. У процесі згоряння виділяється

теплота, рахунок якої робоче тіло, що у циліндрі, нагрівається та її

тиск підвищується до значення, що відповідає точці 3 на індикаторній

діаграми. Під дією цього тиску поршень знову переміщається вправо, роблячи

при цьому роботу розширення, що віддається зовнішньому споживачеві.Після того як

поршень дійде до правої мертвої точки за допомогою спеціального пристрою

відкривається вихлопний клапан IV і тиск у циліндрі знижується до значення,

дещо перевищує атмосферне (процес 4-5); при цьому частина газу виходить із

циліндра. Потім поршень знову рухається вліво, виштовхуючи з циліндра в атмосферу.

частину відпрацьованих газів. Після цього розпочинається новий цикл.

Таким чином, поршень в циліндрі двигуна, що працює за циклом Отто,

протягом одного циклу здійснює чотири ходи (такта) - всмоктування, стиснення, розширення

після згоряння суміші виштовхування продуктів згоряння в атмосферу.

Термодинамічний аналіз циклу Отто зручно проводити, розглядаючи

ідеалізований цикл, що відповідає розглянутій індикаторній діаграмі.

Оскільки в горючій суміші, що подається в циліндр двигуна, кількість палива

невелико, для зручності аналізу вважатимуться, що робочим тілом циклу є повітря.

Кількість повітря в двигуні залишається незмінною, а підведення теплоти до робочого тіла

здійснюється від зовнішнього гарячого джерела через стінку циліндра в ізохорному

процесі 2-3 і відповідно відведення теплоти від робочого тіла до холодного джерела -

ізохорному процесі 4-1.

Реальний цикл двигуна внутрішнього згоряння - це розімкнений цикл, робочий

тіло засмоктується ззовні та після закінчення циклу викидається в атмосферу; таким

Отже, у кожному циклі бере участь нова порція робочого тіла. У відносинах

термодинамічного аналізу розглянутий замкнутий цикл не відрізняється від

розімкнутого циклу Отто.

Оскільки процеси стиснення (1-2) та розширення (3-4) у цьому циклі відбуваються за

дуже короткі проміжки часу, протягом яких не встигає статися

помітного теплообміну з навколишнім середовищем, з добрим наближенням ці процеси

можна вважати адіабатними.

Таким чином, ідеалізований замкнутий цикл, термодинамічно

еквівалентний циклу Отто, складається з двох адіабат ​​(адіабату стиснення 1-2 та адіабату

розширення 3-4) і двох ізохор (ізохора підведення теплоти 2-3 та ізохора відведення теплоти 4-

1). Робота, яку виконує двигун за один цикл, зображується площею 2-3-4-1-2

Залежність ηT циклу Отто від ε для k =1.4 представлено малюнку. По рівнянню

(5) термічний ККД циклу Отто залежить тільки від ступеня стиснення робочого тіла

адіабатному процесі 1-2, причому чим більший ступінь стиснення ε, тим вище

термічний ККД циклу.

Висновок про те, що завдяки застосуванню попереднього стиснення робочого газу

зростає термічний ККД двигуна, дуже важливий; надалі буде показано, що

цей висновок справедливий для будь-яких двигунів внутрішнього згоряння.

Отже, збільшення ККД вигідно всіляко збільшувати рівень стиснення. Проте

практично здійснити стиск до занадто високих значень ε, що супроводжується

значним підвищенням температури та тиску, не вдається з тієї причини, що

досягненні певного значення часто ще до приходу поршня в ліве крайнє

положення відбувається самозаймання горючої суміші; як правило, цей процес

носить детонаційний характер та руйнує елементи двигуна. Тому ступінь стиснення

у звичайних карбюраторних двигунах вбирається у 7-12. Ступінь стиснення залежить від

якості палива, підвищуючись з покращенням його антидетонаційних властивостей,

характеризуються октановим числом.

Карбюраторні двигуни, що працюють за циклом Отто, широко поширені в

техніці: вони застосовуються в легкових та багатьох вантажних автомашинах, на літаках (з

поршневими двигунами).

1.У чому особливість циклу Отто.

2.У яких двигунах застосовується цей цикл?

3.З яхих адіабат складається термодинамічний цикл Отто?