Kas ir Otto cikls un dīzeļdegvielas cikls, un kā tie tiek definēti?

Abi veido teorētiskos modeļus, ko izmanto, lai aprakstītu veiktos gāzes termodinamiskos ciklus. veic četrtaktu iekšdedzes dzinējos ar dzirksteļaizdedzi un pašaizdegšanos attiecīgi.

Otto cikls ir parādā savu nosaukumu tam, ka tieši vācu inženieris Nikolauss Otto 1876. gadā to izstrādāja. dzirksteļaizdedzes četrtaktu dzinējs, pamatojoties uz modeli, ko 1862. gadā ierosināja Beau de Ročas. Šis dzinējs divos mehāniskos ciklos veic četrus termodinamiskos procesus. Savukārt dīzeļdegvielas ciklu no 1890. līdz 1897. gadam izstrādāja Rūdolfts Dīzelis Vācijā transporta uzņēmumam MAN ar nodomu ražot dzinējus ar augstāku veiktspēju nekā tvaika dzinējiem no citām degvielām, kas piedāvā augstāku efektivitāti. Kopš tā laika šis radījums ir pilnveidots, un, piemēram, 1927. gadā uzņēmums BOSH laida klajā sūkni iesmidzināšana dīzelim, kas palīdzēja samazināt degvielas patēriņu, kas ir ekonomiskāks nekā benzīns.

Attēlā parādīta shēma ar reprezentatīvākajiem elementiem, kas raksturo Otto ciklu

Dīzeļa cikli teorētiski apraksta ECOM dzinēju (kompresijas aizdedzes dzinēju) darbību. Diagrammā parādītas dažas šī cikla iezīmes.

Iekšdedzes dzinēju termodinamiskie procesi

Vispārīgie četrtaktu virzuļdzinēji praksē sastāv no četriem procesiem: ieplūdes, kompresijas, izplešanās un izplūdes.

Gan dzirksteļaizdedzes dzinējos, gan dīzeļdzinējos ieplūdes procesa laikā cilindrā atveras ieplūdes vārsts, lai ļautu tajā iekļūt (dīzeļdzinēju gadījumā). Dīzeļdzinēji) un gaiss un degviela (dzirksteļaizdedzes dzinējos), kas rodas atmosfēras spiedienā (šim nolūkam ir nepieciešams spiediens cilindra iekšpusē zemāks). Šī tilpuma iekļūšana cilindrā virza virzuli virzienā uz apakšējo miršanas punktu (BDC), līdz tiek sasniegts maksimālais tilpums, kurā ieplūdes vārsts aizveras.

Kompresijas procesa laikā ieplūdes un izplūdes vārsti paliek aizvērti un virzulis kustas virzienā uz augšējo mirušo punktu (TDC), saspiežot kameras saturu, līdz tiek sasniegts tilpums minimums. Atšķirībā no dzirksteļaizdedzes dzinējiem, kur kompresijas pakāpe ir ap par 11, dīzeļdzinēju cilindros šai attiecībai ir jābūt lielākai, aptuveni 18. Šis garākais ceļš ļauj sasniegt augstākas temperatūras, lai garantētu degvielas pašaizdegšanos nākamajā procesā, tas ir, degvielas temperatūru. gaisam saspiešanas procesa beigās, jābūt augstākam par degvielas pašaizdegšanos, lai, nonākot kompresijas kamerā, tā varētu aizdegties. degšana.

Dīzeļa cikliem ir nepieciešami lielāki cilindri nekā benzīna vai gāzes dzinējiem abus parasti izmanto kravas automašīnās vai lielos transporta līdzekļos, kā arī agrorūpniecība.

Sekojošais process ir izplešanās vai jaudas gājiens, un tas sākas, kad virzulis sasniedz augšējo miršanas punktu. Dzirksteļaizdedzes dzinējos sadegšana notiek praktiski acumirklī un notiek caur aizdedzes sveces radītās dzirksteles aizdegšanās, kas izraisa gaisa un gaisa maisījuma sadegšanu degviela. ECOM dzinēju gadījumā process ir nedaudz lēnāks, sākot, kad virzulis atrodas TDC un inžektori izsmidzina degvielu kamerā. Dīzeļdegvielai vai gāzeļļai saskaroties ar gaisu augstā temperatūrā, šis maisījums aizdegas un virza virzuli BDC virzienā, paplašinot sadegšanas gāzes un izraisot dzinēja kloķvārpstas griešanos. dzinējs.

Attēlā redzams iekšdedzes dzinēja cilindrs. Jūs varat redzēt vārstus un virzuli.

Visbeidzot, tiek atvērts izplūdes vārsts, lai virzulis paceltos un izspiestu sadegšanas gāzes, un cikls sākas no jauna.

Dīzeļdzinējos aizdedzes sveces neizmanto kā benzīna dzinējos, jo degšanas process ir ražots, pateicoties spiediena un temperatūras apstākļiem sadegšanas kamerā iesmidzināšanas brīdī degviela.

Lai vienkāršotu aprēķinus un termodinamisko analīzi dzinēju cilindru iekšienē iekšdedzes, tiek izdarīti daži pieņēmumi, piemēram, standarta gaisa apsvērumi un ka procesi ir atgriezenisks. Izmantojot šīs telpas, tiek izstrādāti Otto un Diesel cikli, lai izveidotu četrus procesus, kā parādīts nākamajā attēlā:

Četri četrtaktu iekšdedzes dzinēju procesi.

1-2: izentropiskā saspiešana
2-3: Siltuma pievienošana. Otto ciklos šis process tiek pieņemts nemainīgā tilpumā (izohors), un dīzeļdegvielas ciklos tas tuvojas vienam pie nemainīga spiediena (izobāriskais).
3-4: izentropiskā izplešanās
4-1: pastāvīga apjoma siltuma noraidīšana (izohorāls)

Diagramma kreisajā pusē parāda procesus, kas notiek dzirksteļaizdedzes dzinējos. Praksē tas ir atklāts process, kas prasa ārējā gaisa ieplūdi un izplūdes gāzu izvadīšanu vidē. Labajā pusē šī modeļa vienkāršošana tiek novērota kā slēgts cikls, ko veido divi izentropiski procesi un divi izohori.

Dīzeļdegvielas ciklā ieplūdes un izplūdes procesi tiek aizstāti ar pastāvīga spiediena siltuma pievienošanu un nemainīgu tilpuma siltuma atgrūšanu. Turklāt tiek pieņemts, ka saspiešanas un izplešanās procesi ir izentropiski.

Četrtaktu iekšdedzes dzinēji tiek izmantoti ne tikai transporta nozarē. Viņiem ir arī noteikti pielietojumi dzīvojamā un rūpnieciskā līmenī, piemēram, lai izmantotu koģenerāciju un iegūt elektrību (vai mehānisko enerģiju) un siltumu no viena primārā avota, kas būtu kurināmais lietots. Taču koģenerācijas nolūkos biežāk sastopami Otto cikli un gāzes turbīnas.

Četrtaktu iekšdedzes dzinēju efektivitāte

Tāpat kā visi termodinamiskie cikli, arī gāzes cikli piedāvā to veiktspējas mērījumu, pamatojoties uz termisko efektivitāti (η_ter), kas parāda attiecību starp tīkla tīklu, kas dalīts ar siltuma ievades vērtību:

\(_{Ter = }\frac{{{w_{net}}}}{{{q_{ent}}}} = \frac{{{q_{ent}} – {q_{sal}}}}{ {{q_{in}}}} = 1 – \frac{{{q_{sāls}}}}{{{q_{in}}}}\)

Kur:
kas_sāls apzīmē izohoriskā veidā noraidīto siltumu.

q_sāls To nosaka iekšējās enerģijas (u) izmaiņas starp stāvokļiem, kuros notiek siltuma atgrūšanas process, tas ir, stāvokļi 4 un 1. Šie lielumi tiek ņemti no tvaika tabulām, un, lai atrastu vērtības, ir jāzina divas informācija par stāvokli, piemēram, temperatūra un spiediens. Turklāt ir jāpiemēro stāvokļa vienādojums (Pv = R.T) un spiediena, tilpuma vai spiediena/relatīvā tilpuma attiecība, kas notiek starp izentropiskajiem procesiem.

Otto ciklos siltuma pievienošanas process tiek veikts nemainīgā tilpumā, tāpēc ievades siltums q_iekšā nosaka iekšējās enerģijas izmaiņas starp stāvokļiem 2 un 3, tas ir, u₃ - vai₂:

\(_{Ter = } = 1 – \frac{{{u_4} – {u_1}}}{{{u_3} – {u_2}}}\)

Siltuma pievienošanas procesā dīzeļdegvielas cikliem pieņem, ka tas notiek pie nemainīga spiediena, un ievades siltums q_iekšā, aprēķina no entalpijas izmaiņām (h) starp stāvokļiem, kuros notiek šis process, tas ir, starp stāvokļiem 3 un 2. Ņemot vērā šos apsvērumus, dīzeļdegvielas cikla efektivitāti var noteikt, izmantojot izteiksmi:

\(_{Ter = } = 1 – \frac{{{u_4} – {u_1}}}{{{h_3} – {h_2}}}\)

Šī shēma parāda dažas atšķirības starp Otto ciklu un dīzeļdegvielas ciklu. Ja abi dzinēji varētu darboties ar vienādu kompresijas pakāpi (r), Otto cikli būtu efektīvāki, taču praksē dīzeļdzinējiem ir lielāka kompresijas pakāpe.

Kompresijas pakāpe (r) un ieplūdes robežvērtība (r_c)

Šī bezizmēra vērtība ir parametrs gāzes ciklos, un to izsaka kā saiti, kas notiek balona maksimālajā un minimālajā tilpumā:

\(r = \frac{{{V_{max}}}}{{{V_{min}}}}\)

Gan Otto, gan dīzeļdegvielas ciklos maksimālais tilpums tiek iegūts 1. vai 4. stāvokļos. Minimālais tilpums Otto ciklā ir 2. un 3. stāvoklī, bet dīzeļdegvielai tas notiek tikai 2. stāvoklī.

Ir definēta arī īpatnējo siltumu bezizmēra konstante "k", un tā atspoguļo saistību, kas noteikta attiecībā uz īpatnējā siltuma mainīgajiem lielumiem nemainīgā spiedienā (C_lpp) un īpatnējais siltums nemainīgā tilpumā (C_v):

\(k = \frac{{{C_p}}}{{{C_v}}}\)

Turklāt dīzeļdegvielas ciklos tiek izmantota izslēgšanas attiecība vai ieplūdes aizvēršana, kas ir aprēķina, dalot maksimālo tilpumu ar minimālo tilpumu siltuma pievienošanas procesā, tas ir saki:

\({r_c} = {\left( {\frac{{{V_{max}}}}{{{V_{min}}}}} \right) n\;of\;siltums} } = \frac{ {{V_3}}}{{{V_2}}} = \frac{{{v_3}}}{{{v_2}}}\)

Iekšdedzes dzinēju efektivitāte, izmantojot konstanta īpatnējā siltuma pieņēmumus

Gāzes ciklā dažreiz var pieņemt, ka tas darbojas, pamatojoties uz pieņēmumiem par īpašu siltumu, kas nemainās atkarībā no temperatūras, ko sauc arī par aukstu gaisu. standarts (tomēr praksē, ja ir atšķirības), un saskaņā ar šo apsvērumu katra cikla termisko efektivitāti nosaka ar šādu izteicieni:

Otto ciklam

\(_{Ter = } = 1 – \frac{1}{{{r^{k – 1}}}}\)

Diagramma kreisajā pusē parāda dzirksteļaizdedzes dzinēju kompresijas pakāpes raksturīgo vērtību diapazonu. Labajā pusē tiek novērotas Otto cikla efektivitātes izmaiņas kā kompresijas pakāpes (r) funkcija dažādām k vērtībām.

Dīzeļa ciklam

\(_{Ter = } = 1 – \frac{1}{{{r^{k – 1}}}}\left[ {\frac{{{r_c}^k – 1}}{{k\left ({{r_c} – 1} \right)}}} \right]\)

Kur_v ir gaisa īpatnējais siltums nemainīgā tilpumā (C._v = 0,718kJ/kg. K.), un C._lpp īpatnējais siltums nemainīgā spiedienā, kas gaisam apkārtējās vides apstākļos ir C_lpp = 1,005kJ/kg. K.

Diagrammā parādīts tipiskais kompresijas pakāpes diapazons (r) dīzeļdzinējiem, kā arī cikla termiskās efektivitātes izmaiņas dažādām ieplūdes samazinājuma attiecību vērtībām (r_c).