Четырехтактный двигатель отто: Цифровое образование и обучение Мozaik

Содержание

С чего начинался четырехтактный двигатель

АвтоцентрНовости Ретро С чего начинался четырехтактный двигатель — вклад Отто

Марка

Модель

Оставьте ваши контактные данные:

По телефону

На почту

Уточните удобное время для звонка:

День/дата

День/дата
Сегодня
Завтра
14
15
16
17
18
19

Часы

Минуты

Отправляя заявку я предоставляю свое согласие на сбор и обработку предоставленных мною личных персональных данных в соответствии с Законом Украины «О защите персональных данных»

Оставьте ваши контактные данные:

Уточните удобное время для звонка:

День/дата

День/дата
Сегодня

Завтра
14
15
16
17
18
19

Часы

Минуты

Прямо сейчас

Оставьте ваши контактные данные:

Выберите машину:

Марка

Сначала выберите дилера

Модель

Сначала выберите марку

Sample Text

Оставьте ваши контактные данные:

Выберите машину:

Марка

Сначала выберите дилера

Модель

Сначала выберите марку

Уточните удобное время для тест-драйва:

День/дата

День/дата
Сегодня
Завтра
14 июля
15 июля
16 июля
17 июля
18 июля
19 июля
20 июля
21 июля
22 июля
23 июля
24 июля
25 июля
26 июля

Часы

Минуты

Оберіть мовну версію сайту.

За замовчуванням autocentre.ua відображається українською мовою.

Слава Україні! Героям слава!
Ви будете перенаправлені на українську версію сайту через 10 секунд

Двигатель внутреннего сгорания Отто. История техники и изобретений

В первом тепловом двигателе — паровой машине — тепло производилось в топке и в паровом котле, вне цилиндра — рабочего органа машины. Топка и котёл делали двигатель громоздким и тяжёлым, годным только для стационарного использования или для установки на большие пароходы и паровозы. В поисках идеи компактного и лёгкого двигателя конструкторы пришли к мысли сжигать топливо внутри рабочего цилиндра — так появились прототипы двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Первый ДВС, схожий с современным, создал в 1876 г. немецкий конструктор Николаус Отто.

Двигатель де Риваса на самодвижущейся тележке. Сдавливая баллон (1), в рабочий цилиндр (2) впрыскивали сжатый водород. Одновременно через открывавшийся рычагом (3) клапан (4) в цилиндр впускали воздух.

Водородно — воздушную смесь (5) поджигала электрическая искра от батареи Вольта (6). Взорванная смесь расширялась, и её давление поднимало поршень (7). Обратным движением рычага открывался клапан отработанного газа, и тяжёлый поршень падал. Движения поршня через цепь (9) передавались валу (10), но лишь при обратном ходе поршня трещотка (11) на кривозубой шестерёнке (12) позволяла крутиться валу, который через ременную передачу (13) раскручивал ось передних колёс (14) тележки.

Пробный вариант

Первый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) создал французский изобретатель Ф.И. де Ривас в 1807 г. Смесь воздуха и водорода в рабочем цилиндре зажигалась электрической искрой от батареи Вольта, после подрыва смесь расширялась, создавая высокое давление в цилиндре и подбрасывая поршень. Отработанные газы выпускались, образуя под поршнем вакуум. Под воздействием давления атмосферы и своего веса поршень падал, возвращаясь в исходное положение, чтобы повторить цикл. Де Ривас использовал свой ДВС как привод передних колёс повозки. Но из-за низкой эффективности его двигатель не нашёл спроса. Впоследствии идеи де Риваса легли в основу дальнейших разработок ДВС.

Двигатель Ленуара

В 1860 г. другой француз, механик Э. Ленуар, сделал ДВС, похожий на горизонтальную паровую машину, но работающий на смеси воздуха со светильным газом (содержащим углеводороды). ДВС Ленуара был

двойного действия — рабочий ход поршень совершал при движении в обе стороны. Это обеспечивалось тем, что смесь поджигалась искрой от двух электрических свечей по обе стороны от поршня, и впуск и выпуск газов проводился также с двух концов цилиндра с помощью золотников (таких же, как в паровых машинах).

Цикл работы ДВС Ленуара состоял из двух тактов (из двух ходов поршня — вперёд и назад). Оба хода обеспечивались расширением газовой смеси при сжигании, что требовало большого расхода топлива. Работа ДВС Ленуара обходилась в 7 раз дороже работы паровой машины той же мощности. Зато из-за отсутствия котла и топки ДВС был компактнее, и его, например, ставили на лодки, где не было места для паровой машины.

Цикл двухтактного ДВС Ленуара. 1864 г. Первый такт. Поршень (1) двигается вперёд. Тяга (2) впускного золотника (3), связанная через эксцентрик (4) вала (5), открывает заднее отверстие (6) в цилиндре (7) для впуска смеси светильного газа и воздуха. Поршень немного продвигается, впускной золотник перекрывает задний впуск, а выпускной золотник (8) открывает переднее отверстие выпуска (9), через которое поршень выталкивает газы, отработанные в прошлом такте. На заднюю свечу зажигания (10) подаётся высоковольтный разряд от электрической батареи (11). Смесь зажигается, расширяется и толкает поршень дальше вперёд до крайнего положения. Шток (12) поршня через кривошипно — шатунный механизм (13) раскручивает вал и маховик (14). Второй такт. Инерция крутящегося маховика тянет поршень назад.

Впускной золотник открывает переднее отверстие впуска газов (15), поршень продолжает двигаться, впуск закрывается, смесь в цилиндре поджигается передней свечой зажигания (16), давление газов толкает поршень назад, золотник выпуска открывает заднее отверстие (17), и отработанные в первом такте газы выходят. Поршень занимает исходное крайне заднее положение. Цикл повторяется.

Первая победа Отто

Недостатки ДВС Ленуара учёл немецкий конструктор Н.А. Отто при создании своего двухтактного двигателя. Сделанный им в 1864 г. ДВС тоже работал на смеси воздуха со светильным газом. Отто поджигал смесь не электрической искрой, а пламенем газовой горелки, что было надёжнее при тогдашнем уровне развития электротехники. ДВС Отто совершал один рабочий ход. Сделав цилиндр вертикальным, Отто заставил поршень двигаться вниз без помощи давления газов, только под воздействием своего веса и давления атмосферы. Это позволило его ДВС при вдвое меньшем расходе топлива развивать мощность как у ДВС двойного действия. ДВС Отто оказался в 4-5 раз экономичнее двигателя Ленуара. Первые ДВС Отто широко использовались как приводы для типографских машин, грузовых лифтов-подъёмников, токарных и ткацких станков, прядильных машин и прочего оборудования.

Двухтактные ДВС, работающие по принципу ДВС Отто 1864 г., и сейчас используются как приводы сенокосилок и бензопил, в лодочных и мотоциклетных моторах.

Николаус Аугуст Отто

Четыре такта успеха

Настоящий прорыв в создании ДВС Отто совершил в 1876 г. В новом двигателе Отто вернулся к горизонтальной конструкции. Для увеличения мощности ДВС Отто решил перед воспламенением сжать топливную смесь, а для этого цикл работы ДВС пришлось увеличить до 4 тактов — 4 ходов поршня, и этот двигатель стал называться четырёхтактным ДВС.

Мощный четырёхтактный ДВС Отто вытеснил все предыдущие модели ДВС — его схема стала образцом для создания всех последующих ДВС вплоть до нашего времени и открыла возможность применения ДВС на транспорте.

Четырёхтактный цикл работы ДВС Отто 1876 г. I такт. Впуск топлива: поршень (1) идёт вперёд (первый ход), создавая низкое давление в цилиндре. Вращение главного вала (2) через червячную передачу (3) передаётся вспомогательному валу (4), управляющему газораспределительными клапанами. В I такте вал открывает впускной клапан (5), и горючая смесь из топливного бака (6) поступает в цилиндр (7). Клапан закрывается. II такт. Сжатие смеси: поршень идёт назад (второй ход) и сжимает топливную смесь. При запуске ДВС первый и второй ходы поршня осуществлялись вручную, затем это происходило автоматически — инерция маховика (8) поддерживала вращение главного вала. III такт. Расширение смеси (рабочий ход): вспомогательный вал кратковременно открывает клапан (9), подающий порцию смеси в газовую горелку (10), где она воспламеняется (11) и, поступая в цилиндр, воспламеняет в нём основную порцию горючего. Газы в цилиндре расширяются и выталкивают поршень вперёд (третий ход). На этом такте поршень производит полезную работу: через шток (12) передаёт толчок кривошипно — шатунному механизму (13), раскручивающему маховик.

IV такт. Выпуск отработанных газов: через выпускной клапан (14) отработавшие газы, быстро сжимающиеся благодаря рубашке охлаждения (15) в корпусе цилиндра, удаляются из цилиндра. Создаётся разряжение (низкое давление), и поршень идёт назад (четвёртый ход).

Развитие идеи

Производством всех ДВС Отто занималась компания «Ланген, Отто и Розен», созданная в 1869 г. Отто совместно с немецкими предпринимателями Э. Лангеном и Л. Розеном. Современные четырёхтактные ДВС сохранили принципиальную схему Отто, но топливо в них поджигается искрой от электрической свечи. Для увеличения мощности ДВС повышали объём его цилиндра, чтобы большим объёмом топлива усилить мощь его расширения. Но увеличение цилиндра не могло быть бесконечным, и тогда придумали усиливать двигатель путём увеличения числа цилиндров, поршни которых крутили один рабочий вал двигателя. Первые

двухцилиндровые ДВС появились в конце XIX в., а четырёхцилиндровые — в начале XX в.

Сейчас встречаются шести — , восьми — и 20 — цилиндровые ДВС. Светильный газ был довольно дорогим топливом, и в Европе, и в России его производили не так много. В поисках нового вида топлива для ДВС обратили внимание на другие вещества, содержащие углеводороды — продукты нефтепереработки.

Сотрудники компании Отто Г. Даймлер и В. Майбах в 1883 г. создали первый бензиновый ДВС, который в 1885 г. установили на первом мотоцикле, а в 1886 г. — на первом автомобиле.

Четырёхтактный цикл работы современного одноцилиндрового ДВС. Такт — это один ход поршня (1), т. е. прохождение поршня от крайнего верхнего положения, верхней мёртвой точки (ВМТ), до крайнего нижнего положения, нижней мёртвой точки (НМТ). I такт. Впуск. Поршень идёт вниз, создавая в цилиндре (2) разряжение. Открывается впускной клапан (3), и под воздействием атмосферного давления из впускного трубопровода (4) в цилиндр засасывается горючая смесь — распылённый в воздухе бензин (5). II такт. Сжатие. Впускной клапан закрывается.

Поршень идёт вверх, сжимая горючую смесь (6). III такт. Рабочий ход (расширение). Между электродами свечи зажигания (7) проскакивает электрическая искра, поджигающая смесь. Газы расширяются (8), под их давлением поршень идёт вниз и передаёт усилие через кривошипно — шатунный механизм (9) на коленчатый вал (10), проворачивая его. IV такт. Выпуск. Поршень по инерции идёт вверх. Открывается выпускной клапан (11), и под давлением поршня отработанные газы (12) вытесняются в атмосферу.

Однако бензин при испарении плохо смешивался с воздухом, реакция при возгорании протекала неравномерно, и бензиновые ДВС, работая ненадёжно, не могли вытеснить газовые ДВС. Выход нашёл венгерский инженер Д. Банки — в 1893 г. он придумал устройство для распыления бензина в воздухе — карбюратор с жиклёром. Бензиновая взвесь, равномерно смешанная с воздухом, поступала в цилиндр, где при зажигании быстро превращалась в газовую смесь, обеспечивая хорошее протекание реакции и мощное расширение при взрыве. В России первый бензиновый двигатель с карбюратором сконструировал в 1880-х гг. О. С. Костович. В 1897 г. немецкий инженер Р Дизель придумал дизельный двигатель, в котором топливо воспламенялось не от огня или электрической искры, а от высокой температуры, которая возникает при сильном сжатии воздуха. В России производство дизельных двигателей, усовершенствованных российским инженером Г. В. Тринклером, началось в 1899 г. Эти дизели устанавливали на стационарных машинах (станках и пр.).

Поделиться ссылкой

Четырехтактный бензиновый двигатель — цикл Отто

Цикл Отто — двигатель Отто

В 1876 году немецкий инженер Николаус Август Отто, продвинулся в изучении тепловых двигателей, построив первый работающий четырехтактный двигатель. Стационарный двигатель, использующий в качестве топлива угольную газовоздушную смесь. Вильгельм Майбах (1846-1929), один из самых важных немецких инженеров, усовершенствовал конструкцию, которая производилась в больших количествах уже в конце 1876 года. Эти изобретения быстро изменили мир, в котором они жили.

Цикл двигателя Отто называется циклом Отто. Это один из наиболее распространенных термодинамических циклов , встречающихся в автомобильных двигателях, а описывает работу типичного поршневого двигателя с искровым зажиганием. В отличие от цикла Карно цикл Отто не выполняет изотермические процессы, потому что они должны выполняться очень медленно. В идеальном цикле Отто система, выполняющая цикл, претерпевает серию из четырех внутренне обратимых процессов: два изоэнтропических (обратимых адиабатических) процесса чередуются с двумя изохорными процессами.

Поскольку принцип Карно гласит, что ни один двигатель не может быть более эффективным, чем обратимый двигатель ( тепловой двигатель Карно ), работающий между одними и теми же высокотемпературными и низкотемпературными резервуарами, двигатель Отто должен иметь более низкий КПД, чем КПД двигателя Карно . Типичный автомобильный бензиновый двигатель работает с тепловым КПД примерно от 25% до 30% . Около 70—75% отбрасывается в виде сбросного тепла, не превращаясь в полезную работу, т. е. работу, переданную колесам.

Четырехтактный двигатель — двигатель Отто
Источник: wikipedia.org, собственная разработка Zephyris, CC BY-SA 3.0

Цикл Отто — четырехтактный двигатель

Цикл Отто представляет собой набор двигателей внутреннего сгорания с искровым тактный или четырехтактный циклы). Николаус Август Отто первым разработал так называемый четырехтактный двигатель. Под ходом понимается полный ход поршня вместе с цилиндром в любом направлении. Следовательно, каждый из них не соответствует одному термодинамическому процессу, приведенному в главе 9.0005 Цикл Отто – Процессы.

Четырехтактный двигатель состоит из:

такта впуска – Поршень движется от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ), и цикл проходит 0 → 1. В этом такте впускной клапан открыт, в то время как поршень втягивает воздушно-топливную смесь в цилиндр, создавая разрежение в цилиндре посредством своего движения вниз.
такт сжатия – Поршень движется от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ), и цикл проходит точки 1 → 2 . В этом такте впускной и выпускной клапаны закрыты. Поэтому топливно-воздушная смесь сжимается. В конце этого такта топливно-воздушная смесь воспламеняется от искры, что вызывает дальнейшее повышение давления и температуры в камере. В конце этого такта коленчатый вал совершил полный оборот на 360 градусов.
Рабочий ход – Поршень движется от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ), и цикл проходит точки 2 → 3 → 4. В этом такте впускной и выпускной клапаны закрыты. В начале рабочего такта искра воспламеняет топливно-воздушную смесь в камере сгорания, что вызывает очень быстрое сгорание топлива. В этом такте поршень движется к коленчатому валу, объем увеличивается, а давление падает, поскольку газ совершает работу над поршнем.
такт выпуска. Поршень движется от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ), и цикл проходит 4 → 1 → 0. В этом такте выпускной клапан открыт, в то время как поршень вытягивает выхлопные газы из камеры. В конце этого такта коленчатый вал совершил второй полный оборот на 360 градусов.

Сравнение фактического и идеального циклов Отто

В этом разделе показан идеальный цикл Отто , в котором имеется множество допущений , отличающихся от фактического цикла Отто . Основные различия между реальным и идеальным двигателем Отто показаны на рисунке. В действительности идеального цикла не бывает, и с каждым процессом связано много потерь. Для реального цикла форма pV-диаграммы аналогична идеальной, но площадь (работа), охватываемая pV-диаграммой, всегда меньше идеального значения. Идеальный цикл Отто основан на следующих предположениях:

Замкнутый цикл. Самое большое различие между двумя диаграммами заключается в упрощении тактов впуска и выпуска в идеальном цикле. В такте выпуска тепло Q _out выбрасывается в окружающую среду. В реальном двигателе газ покидает двигатель и заменяется новой смесью воздуха и топлива.
Мгновенный подвод тепла (изохорический подвод тепла). В реальных двигателях подвод тепла происходит не мгновенно. Следовательно, пиковое давление находится не в ВМТ, а сразу после ВМТ.
Отсутствие теплопередачи (адиабатическое)
- Сжатие – Газ (топливно-воздушная смесь) адиабатически сжимается из состояния 1 в состояние 2. В реальных двигателях всегда есть некоторые неэффективности, которые снижают тепловую эффективность.
- Расширение. Газ (топливно-воздушная смесь) адиабатически расширяется из состояния 3 в состояние 4.
Полное сгорание топливно-воздушной смеси.
Без насосных работ . Насосная работа – это разница между работой, совершаемой во время такта выпуска и такта впуска. В реальных циклах существует разница давлений между давлением на выходе и на входе.
Без потерь при продувке . Раннее открытие выпускных клапанов приводит к потере продувки. Это приводит к потере производительности во время такта расширения.
Без картерных газов . Потеря картерных газов вызвана утечкой сжатых газов через поршневые кольца и другие щели.
Без потерь на трение .

Эти упрощающие допущения и потери приводят к тому, что площадь (работа) pV-диаграммы реального двигателя значительно меньше, чем площадь (работа) pV-диаграммы идеального цикла. Другими словами, идеальный цикл двигателя будет переоценивать сеть, и, если двигатели работают с одинаковой скоростью, фактический двигатель производит большую мощность примерно на 20%.

Степень сжатия – двигатель Отто

Степень сжатия , CR определяется как отношение объема в нижней мертвой точке к объему в верхней мертвой точке. Это ключевая характеристика многих двигателей внутреннего сгорания. В следующем разделе будет показано, что степень сжатия определяет тепловой КПД используемого термодинамического цикла двигателя внутреннего сгорания. Желательно иметь высокую степень сжатия, потому что это позволяет двигателю достигать более высокой тепловой эффективности.

Например, пусть цикл Отто со степенью сжатия CR = 10 : 1. Объем камеры составляет 500 см³ = 500×10 ^-6 м ³ (0,5 л) перед тактом сжатия. Для этого двигателя a ll известны необходимые объемы:

V ₁ = V ₄ = V _max = 500×10 ^-6 м ^{3 90 129 (0,5 л)}
В ₂ = В ₃ = В _мин. = В _макс. / CR = 55,56 × 10 ^-6 м ³

Обратите внимание, что (V _макс. – V _мин. ) x количество цилиндров = общий объем двигателя.

Примеры степеней сжатия – бензин по сравнению с дизельным двигателем

Степень сжатия в бензиновом двигателе обычно не намного выше 10:1 из-за потенциальной детонации двигателя (самозажигание) и не ниже 6: 1 .
Турбированный Subaru Impreza WRX имеет степень сжатия 8.0:1 . Как правило, двигатели с турбонаддувом или наддувом уже имеют сжатый воздух на впуске воздуха. Поэтому они обычно строятся с более низкой степенью сжатия.
Стандартный двигатель Honda S2000 (F22C1) имеет степень сжатия 11,1:1 .
Некоторые атмосферные двигатели спортивных автомобилей могут иметь соотношение 12,5 : 1 (например, Ferrari 458 Italia).
В 2012 году Mazda выпустила новые бензиновые двигатели под торговой маркой SkyActiv с соотношением сторон 14:1 9.Степень сжатия 0006. Остаточный газ снижается за счет использования выхлопных систем двигателя 4-2-1, внедрения поршневой полости и оптимизации впрыска топлива для снижения риска детонации двигателя.
Дизельные двигатели имеют степень сжатия, которая обычно превышает 14:1, а также распространены степени выше 22:1.

Тепловой КПД для цикла Отто

Термический КПД цикла Отто по стандарту воздуха является функцией степени сжатия и κ = c _р /с _в .

Тепловой КПД для цикла Отто – κ = 1,4

Это очень полезный вывод, поскольку желательно достичь высокой степени сжатия для извлечения большего количества механической энергии из заданной массы воздушно-топливной смеси. Более высокая степень сжатия позволяет достичь той же температуры сгорания с меньшим количеством топлива, обеспечивая при этом более длительный цикл расширения. Это создает большую выходную механическую мощность и снижает температуру выхлопа . Снижение температуры выхлопных газов приводит к снижению энергии, выбрасываемой в атмосферу. Это соотношение показано на рисунке для κ = 1,4, представляющего окружающий воздух.

КПД двигателей на транспорте
В середине двадцатого века типичный паровоз имел тепловой КПД около 6% . Это означает, что на каждые 100 МДж сожженного угля производилось 6 МДж механической энергии.
Типичный бензиновый автомобильный двигатель работает с КПД около от 25% до 30% . Около 70—75% отбрасывается в виде сбросного тепла, не превращаясь в полезную работу, т. е. работу, переданную колесам.
Типичный дизельный автомобильный двигатель работает при от 30% до 35% . В общем, двигатели, использующие дизельный цикл, обычно более эффективны.
В 2014 году были введены новые правила для автомобилей Формулы 1 . Эти правила автоспорта подтолкнули команды к разработке высокоэффективных силовых агрегатов. По данным Mercedes, их силовой агрегат в настоящее время достигает более чем на 45% и близкого к 50% термического КПД, т. е. 45 – 50% потенциальной энергии топлива доставляется на колеса.
Дизельный двигатель имеет самый высокий тепловой КПД среди всех существующих двигателей внутреннего сгорания. Тихоходные дизельные двигатели (используемые на судах) могут иметь тепловой КПД, превышающий 50% . Самый большой дизельный двигатель в мире достигает 51,7%.
Самовоспламенение – предел степени сжатия
В обычных бензиновых двигателях степень сжатия имеет свои пределы. Степень сжатия в бензиновом двигателе обычно будет ненамного выше 10:1 из-за потенциальной детонации двигателя ( самовоспламенение ) и не ниже 6:1 . При более высоких степенях сжатия бензиновые двигатели будут подвержены детонации, вызванной самовоспламенение несгоревшей смеси при использовании топлива с более низким октановым числом. Несгоревшая смесь может самовозгораться, детонируя только от давления и тепла, а не от воспламенения свечи зажигания в нужный момент. Детонацию двигателя можно уменьшить за счет использования высокооктанового топлива , повышающего устойчивость бензина к самовоспламенению . Чем выше октановое число, тем большее сжатие может выдержать топливо перед детонацией (воспламенением). Поскольку температура, достигаемая топливно-воздушной смесью во время сжатия, увеличивается с увеличением степени сжатия, вероятность самовоспламенения увеличивается с увеличением степени сжатия. Самовоспламенение может снизить эффективность или повредить двигатель, если нет датчиков детонации для изменения момента зажигания.

Более высокая степень сжатия может быть достигнута в дизельных двигателях (также называемых двигателями с воспламенением от сжатия ), поскольку они не сжимают топливо, а сжимают только воздух, а затем впрыскивают топливо в воздух, нагретый за счет сжатия. Степень сжатия в диапазоне от 12 до 20 типична для дизельных двигателей. Большее расширение в дизельных двигателях означает, что они выделяют меньше тепла в своих более холодных выхлопных газах. Более высокая степень сжатия (большее расширение) и более высокая пиковая температура приводят к тому, что дизельные двигатели достигают более высокого теплового КПД.

Среднее эффективное давление — MEP

MEP — полезная мера способности двигателя выполнять работу независимо от рабочего объема двигателя.
Параметр, используемый инженерами для описания работы поршневых двигателей с возвратно-поступательным движением, известен как среднее эффективное давление или MEP . MEP — полезная мера способности двигателя выполнять работу независимо от объема двигателя. Существует несколько типов МЭП. Эти MEP определяются методом измерения и расчета местоположения (например, BMEP или IMEP).
Обычно среднее эффективное давление является теоретическим постоянным давлением. Если бы он действовал на поршень во время рабочего такта, он бы создал такую же сеть, развитую за один полный цикл. MEP может быть определен как:
Например, нетто указывает среднее эффективное давление , известное как IMEP _n , равно среднему эффективному давлению, рассчитанному на основе давления в цилиндре (это измерение должно быть). на протяжении всего цикла двигателя. Обратите внимание, что это 720° для четырехтактного двигателя и 360° для двухтактного двигателя.
Некоторые примеры:
МРД атмосферного бензинового двигателя может составлять от 8 до 11 бар в области максимального крутящего момента.
MEP бензинового двигателя с турбонаддувом может составлять от 12 до 17 бар.
МЭП атмосферного дизеля может составлять от 7 до 9 бар.
MEP дизельного двигателя с турбонаддувом может составлять от 14 до 18 бар
Например, четырехтактный бензиновый двигатель, производящий 200 Н·м при рабочем объеме 2 л, имеет MEP, равный (4π)(200 Н·м) /(0,002 м³) = 1256000 Па = 12 бар. Как видно, MEP полезен характеристики двигателя . Для двух двигателей одинакового рабочего объема тот, у которого МЭП на выше , будет производить на большую чистую мощность и, если двигатели работают с одинаковой скоростью, на большую мощность .
Цикл Отто – Задача с решением
Предположим, цикл Отто , который является одним из наиболее распространенных термодинамических циклов , которые можно найти в автомобильных двигателях . Одним из ключевых параметров таких двигателей является изменение объемов между верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ). Соотношение этих объемов ( V ₁ / V ₂ ) известен как степень сжатия .
Степень сжатия в бензиновом двигателе обычно не превышает 10:1 из-за потенциальной детонации двигателя (самовоспламенения) и не ниже 6:1. Например, некоторые двигатели спортивных автомобилей могут иметь степень сжатия до 12,5 : 1 (например, Ferrari 458 Italia). pV-диаграмма цикла Отто. Площадь, ограниченная полной траекторией цикла, представляет собой общую работу, выполненную за один цикл.
В этом примере допустим цикл Отто с коэффициентом сжатия из CR = 9 : 1 . Всасываемый воздух находится под давлением 100 кПа = 1 бар, 20 °C, а объем камеры перед тактом сжатия составляет 500 см³. Температура в конце адиабатического расширения равна T ₄ = 800 K.
Удельная теплоемкость при постоянном давлении воздуха и комнатной температуре при атмосферном давлении: c _p = 1,01 кДж/кгK .
Удельная теплоемкость при постоянном объеме воздуха при атмосферном давлении и комнатной температуре: c _v = 0,718 кДж/кгК.
κ = c _p /c _v = 1,4
Рассчитать:
массу всасываемого воздуха
температуру T ₃
давление р 9
тепловой КПД этого цикла 06
Решение:
1) масса всасываемого воздуха
В начале расчетов надо определить количество газа в цилиндре перед тактом сжатия. Используя закон идеального газа, мы можем найти массу:
pV = mR _{удельное} T
где:
p — абсолютное давление газа 900 41
m – масса вещества
T – масса абсолютная температура
V объем
R _{удельная} удельная газовая постоянная, равная универсальной газовой постоянной, деленной на молярную массу газа или смеси (M). Для сухого воздуха R _{удельное} = 287,1 Дж.кг ^-1 .К ^-1 .
поэтому
m = p ₁ V ₁ /R _{специальный} T ₁ = (100000 × 500×10 ^-6 )/(287,1 × 293) = 5,95 × 10 ^-4 кг
В этой задаче известны все объемы:
V ₁ = V ₄ = В _макс. = 500×10 ^-6м ³ (0,5 л)
V ₂ = V ₃ = V _мин. = V _макс. / CR = 55,56 × 10 ^-6 м ³
Обратите внимание, что (V _макс. – V _мин. ) x количество цилиндров = общий объем двигателя.
2) температура T ₃
Поскольку процесс адиабатический, то для адиабатических процессов можно использовать следующее соотношение p, V, T:
таким образом
Т ₃ = Т ₄ . CR ^{κ – 1} = 800 . 9 ^0,4 = 1926 K
3) давление p ₃
Опять же, мы можем использовать закон идеального газа, чтобы найти давление в начале рабочего хода как:
p ₃ = mR _{специфичный} T ₃ / V ₃ = 5,95×10 ^-4 x 287,1 x 1926 / 55,5 6 × 10 ^-6 = 5920000 Па = 59,2 бар
4) количество подведенного тепла
в первый закон термодинамики для изохорного процесса, который утверждает Q _add = ∆U, следовательно:
Q _add = mc _v (T ₃ – T ₂ )
Температура при конец такта сжатия можно определить по соотношению p, V, T для адиабатических процессов между точками 1 → 2.
Т ₂ = Т ₁ . CR ^{κ – 1} = 293 . 9 ^0,4 = 706 K
затем
Q _{добавить} = mc _v (T 9007 5 3 – Т ₂ ) = 5,95×10 ^-4 х 718 х 1220 = 521,2 Дж
5) тепловой КПД
Термический КПД для цикла Отто:
Как было получено в предыдущем разделе, тепловой КПД цикла Отто является функцией степени сжатия и κ :
6) среднее эффективное давление
MEP был определен как:
В этом уравнении рабочий объем равен V – В _мин . Сеть для одного цикла можно рассчитать, используя добавленное тепло и тепловой КПД:
Вт _нетто = Q 9034 4 _{добавить} . _Отто = 521,2 x 0,5847 = 304,7 Дж
MEP 9034 4 = 304,7 / ( 500×10 ^-6 – 55,56×10 ^-6 ) = 685,6 кПа = 6,856 бар

Ссылки:
Ядерная и реакторная физика:
Дж. Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд., Аддисон-Уэсли, Рединг, Массачусетс (1983).
Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную технику, 3-е изд., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
WM Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
Гласстоун, Сезонске. Разработка ядерных реакторов: разработка реакторных систем, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317
WSC. Уильямс. Ядерная физика и физика элементарных частиц. Кларендон Пресс; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
Кеннет С. Крейн. Введение в ядерную физику, 3-е издание, Wiley, 1987, ISBN: 978-0471805533
Г. Р. Кипин. Физика ядерной кинетики. Паб Эддисон-Уэсли. Ко; 1-е издание, 1965
Роберт Рид Берн, Введение в эксплуатацию ядерных реакторов, 1988 г.
Министерство энергетики, ядерной физики и теории реакторов США. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 and 2. January 1993.
Advanced Reactor Physics:
K. O. Ott, WA Bezella, Introductory Nuclear Reactor Statics, American Nuclear Society, Revis редакционное издание (1989 г.), 1989 г., ISBN: 0-894-48033-2.
К. О. Отт, Р. Дж. Нойхольд, Введение в динамику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1985, ISBN: 0-894-48029-4.
Д. Л. Хетрик, Динамика ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48453-2.
Э. Э. Льюис, В. Ф. Миллер, Вычислительные методы переноса нейтронов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48452-4.
См. выше:
Цикл Отто
Глава 3d — Первый закон — Замкнутые системы
Глава 3d — Первый закон — Замкнутые системы — Двигатели с циклом Отто (обновлено 22. 04.12)
Глава 3: Первый закон термодинамики для Закрытые системы
d) Стандартный воздушный цикл Отто (искровое зажигание) Двигатель
Воздух Стандартный цикл Отто — идеальный цикл для искрового зажигания (SI) двигатели внутреннего сгорания, впервые предложенные Николауса Отто более 130 лет назад и который в настоящее время используется наиболее автомобили. Следующая ссылка на Kruse Технологическое партнерство представляет описание четырехтактного двигателя Цикл Отто операция включая короткий История Николауса Отто. И снова у нас отличные анимации произведено Мэтт Keveney представляет как четырехтактный , так и . и двухтактный двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием операция
Анализ цикла Отто очень похож на цикл Дизеля, который мы проанализировали в предыдущих раздел . Мы будем использовать идеал «стандартное» предположение в нашем анализе. Таким образом, рабочая жидкость – это фиксированная масса воздуха, совершающая полный цикл, т. везде рассматривается как идеальный газ. Все процессы идеальны, горение заменяется подводом тепла к воздуху, а выхлоп заменен процессом отвода тепла, который восстанавливает воздух в начальное состояние.
Самая существенная разница между идеальным Цикл Отто и идеальный цикл Дизеля — это метод зажигания топливно-воздушная смесь. Напомним, что в идеальном дизельном цикле чрезвычайно высокая степень сжатия (около 18:1) позволяет воздуху достигать температура воспламенения топлива. Затем топливо впрыскивается таким образом, что процесс воспламенения происходит при постоянном давлении. В идеальном Отто цикл топливно-воздушная смесь вводится во время такта впуска и сжаты до гораздо более низкой степени сжатия (около 8:1) и затем воспламеняется от искры. Горение приводит к резкому скачку давление, в то время как объем остается практически постоянным. продолжение цикла, включая расширение и выхлоп процессы практически идентичны процессам идеального дизельного топлива. цикл. Мы считаем удобным развивать подход к анализу идеальный цикл Отто через следующую решенную задачу:
Решенная проблема 3. 7 — Ан идеальный воздушный стандартный двигатель цикла Отто имеет степень сжатия 8. При начало процесса сжатия, рабочее тело при 100 кПа, 27°С (300 К) и 800 кДж/кг тепла подводится во время процесс подвода тепла с постоянным объемом. Аккуратно нарисуйте давление-объем [ P-v ] диаграмму для этого цикла и используя значения удельной теплоемкости воздуха при типичная средняя температура цикла 900K определить:
а) температура и давление воздуха в конце каждого процесса
б) сеть выход/цикл [кДж/кг] и
c) тепловой КПД [η _th ] этого цикла двигателя.
Подход к решению:
Первый шаг — начертить P-v диаграмму полный цикл, включая всю необходимую информацию. Мы заметили что ни объем, ни масса не были предоставлены, поэтому диаграмма и решение будет в терминах конкретных величин.
Будем считать, что топливно-воздушная смесь представлена чистый воздух. Соответствующие уравнения состояния, внутренней энергии и адиабатический процесс для воздуха:
Напомним из предыдущего раздела, что номинал Значения удельной теплоемкости, использованные для воздуха при 300 К, равны С _v = 0,717 кДж/кг·К, а к = 1,4. Однако все они функции температуры, а при чрезвычайно высокой температуре диапазон, испытанный в двигателях внутреннего сгорания, можно получить существенные ошибки. В этой задаче мы используем типичный средний цикл температура 900К взято из таблицы Конкретный Теплоемкость воздуха .
Теперь мы проходим все четыре процесса, чтобы определить температуру и давление в конце каждого процесса, т.к. а также работу, выполненную и переданную теплоту в каждом процессе.
Обратите внимание, что давление P ₄ (а также P ₂ выше) также можно оценить из уравнения адиабатического процесса. Мы делаем это ниже для проверки достоверности, однако мы находим это более удобно использовать уравнение состояния идеального газа везде, где это возможно. Любой метод является удовлетворительным.
Мы продолжаем последний процесс определения тепло отклонено:

Обратите внимание, что мы применили уравнение энергии к все четыре процесса, позволяющие нам использовать два альтернативных способа оценки «чистая производительность за цикл» и тепловой КПД, следующим образом:
Обратите внимание, что при использовании постоянных значений удельной теплоемкости в течение цикла мы можем определить тепловой КПД непосредственно из отношение удельных теплоемкостей k по следующей формуле:

где r — степень сжатия
Быстрый тест: Использование тепла и уравнения работы энергии, полученные выше, выведите это соотношение
Проблема 3.8 — Это является расширением решаемой задачи 3.