Цикл Отто

Цикл Отто реализован в карбюраторных двигателях, использующих высокосортные быстро сгорающие сорта бензинов. Он изображён на рис.4.9.

Реальные машины используют порцию горючего за один цикл, затем отработанное топливо должно быть выброшено, а цилиндр двигателя – пополнен новой порцией горючего. Всасывание топлива происходит на участке 0-1 цикла Отто (рис.4.9), а выброс – на участке 1-0.

Участок 1- 2 диаграммы соответствует адиабатному (быстрому) сжатию топлива. При адиабатном сжатии внутренняя энергия паров бензина повышается, повышается температура и в состоянии 2 горючее воспламеняется при помощи искры. Так как оно сгорает быстро, процесс 2-3 можно считать изохорическим, поскольку объём не успевает измениться, а давление возрастает. На этом этапе за счёт сгорания топлива к рабочему телу поступает количество теплоты Q_Н, которое определяется по формуле:

(4.49)

На участке 3-4 газ быстро адиабатно расширяется (рабочий ход поршня). При этом его внутренняя энергия, а, следовательно, и температура уменьшается. Дальнейшее охлаждение газа до первоначальной температуры происходит изохорически (участок 4-1). При этом часть количества теплоты, полученной от нагревателя, отдаётся холодильнику. Холодильником для двигателей внутреннего сгорания обычно является атмосфера. Количество теплоты, отданное холодильнику, согласно первому началу термодинамики для изохорического процесса, определяется по формуле:

(4.50)

Поскольку в данном цикле только на одном участке 2-3 тепло поступает к рабочему телу и на одном участке 4-1 отдаётся холодильнику, полезная работа такого цикла может быть определена из формулы: . Тогда КПД такого цикла может быть рассчитан по формуле (4.47). С учётом (4.49) и (4.50) КПД цикла Отто равен:

(4.51)

Из уравнений Пуассона для адиабат и и найдём , а отсюда . После учёта этого формула (4.51) примет вид:

(4.52)

Из этой формулы видно, что увеличение степени сжатия , увеличивает КПД цикла, а также видно, что КПД зависит от числа степеней свободы вещества топлива. Следует отметить, что минимальной температурой в данном цикле является температура Т₁, а максимальной – Т₃. В формулу (4.52) входит температура Т₂, которая меньше, чем Т₃. Поэтому КПД цикла Отто меньше КПД цикла Карно при том же интервале температур:

.

Дата добавления: 2014-01-03