Индикаторные диаграммы цикла Отто представлены: действительная на рис. 21.3; идеальная p, v - диаграмма на рис. 21.4; T,S - диаграмма на рис. 21.5.
В качестве топлива в таких двигателях, работающих по циклу Отто применяются
легкие топлива жидкие (бензин, керосин) и газообразные. Рабочим телом является топливно-воздушная смесь, на начальных участках цикла и газообразные продукты сгорания на остальных участках цикла.
Поршень 2 совершает в ДВС возвратно-поступательное движение в цилиндре 1. В процессе а-1 поршень движется слева на право (т.е. от ВМТ к НМТ) I такт и через всасывающий клапан 5 в цилиндр 1 поступает горючая смесь. В правом крайнем положении процесс заполнения цилиндра горючей смесью прекращается, всасывающий клапан 5 закрывается и поршень начинает двигаться справа налево (т.е. от НМТ к ВМТ) II такт. В процессе 1-2 горючая смесь в цилиндре сжимается, и давление возрастает от до . В левом крайнем положении горючая смесь воспламеняется от электрической свечи 4. Горючая смесь сгорает практически мгновенно, поршень не успевает переместиться и поэтому допустимо принять, что весь процесс происходит при (т.е. процесс подвода теплоты). В процессе 2-3 изменяется не только давление и температура, но и хим. состав рабочего тела. Давление в цилиндре возрастает от до . Далее поршень перемещается вправо (т.е. от ВМТ к НМТ) III такт, совершая при этом работу расширения, причем давление падает от до . В крайнем левом положении (НМТ) с помощью специального устройства открывается выхлопной клапан 3 и давление в цилиндре снижается до давления , несколько превышающего атмосферное (процесс 4-5), при этом часть продуктов сгорания выходит из цилиндра. Затем поршень движется влево (т.е. от НМТ к ВМТ) IV такт, выталкивая из цилиндра через открытый выхлопной клапан 3 оставшуюся часть продуктов сгорания. В крайнем левом положении (ВМТ) поршня выхлопной клапан 3 закрывается и открывается клапан всасывания 5, дающий доступ в цилиндр новой порции горючей смеси (за процессом выхлопа начинается процесс всасывания, в результате чего и осуществляется непрерывная работа двигателя).
На рис. 21.4 видно, что давление в цилиндре в процессе всасывания а-1 несколько ниже, а в процессе выталкивания процесс 5-а несколько выше атмосферного. Последнее вызывается аэродинамическим сопротивлением клапанов 5 и 3 и подводящих патрубков.
Идеальный цикл Отто в - (рис. 21.5) и - диаграммах (рис. 21.6) состоят из следующих процессов: 1-2 - адиабатное сжатие рабочего тела в цилиндре; 2-3 - подвод теплоты при ; 3-4 - адиабатное расширение рабочего тела; 4-1 - отвод теплоты при .
Термодинамический КПД цикла Отто определяется как теплового двигателя
, (21.15)
Количество теплоты, подводимое к рабочему телу в процессе 2-3 (q1):
, (21.16)
Количество теплоты, отводимое в изохорном процессе 4-1 (q2):
, (21.17)
Количество и можно определить через параметры цикла. С этой целью выразим температуры , и через температуру и параметры цикла и .
- степень адиабатического сжатия; - степень повышения давления.
Для адиабатного процесса 1-2: , откуда: , (21.18)
Для изохорного процесса 2-3, имеем:
, откуда: , (21.19)
Для адиабатного процесса 3-4, имеем: ,
т.к. , то , (21.20)
Подставляя соотношения (21.18)-(21.20) в выражения (21.16) и (21.17), получаем
, (21.21)
, (21.22)
Подставляя выражения (21.21) и (21.22) в выражение (21.15), находим
, (21.23)
Из выражения (21.23) видно, что термически КПД цикла Отто зависит от степени сжатия рабочего тела (конструкции двигателя) и показателя адиабаты рабочего тела, совершающего цикл. В первых двигателях внутреннего сгорания при составляла всего 2-2,5, а в современных двигателях она доходит до 7-12.
ЛЕКЦИЯ 22