Шта су Ото и дизел циклус и како су дефинисани?

Оба чине теоријске моделе који се користе за описивање гасних термодинамичких циклуса који се спроводе. изведена у четворотактним моторима са унутрашњим сагоревањем са варничним паљењем и самопаљењем редом.

Ото циклус свој назив дугује чињеници да је немачки инжењер Николаус Ото 1876. четворотактни мотор са варничним паљењем, заснован на моделу који је 1862. предложио Бо де Роцхас. Овај мотор извршава четири термодинамичка процеса у два механичка циклуса. Са своје стране, Дизел циклус је између 1890. и 1897. развио Рудолфт Диесел у Немачкој за транспортну компанију МАН, са намера да се мотори са већим перформансама од парних машина производе од других горива која нуде веће ефикасности. Ова креација је од тада оплемењена, а на пример, 1927. године компанија БОСХ је лансирала пумпу убризгавање за дизел који је помогао да се смањи потрошња горива, која је економичнија од бензина.

На слици је приказана шема са најрепрезентативнијим елементима који описују Ото циклус

Дизел циклуси теоретски описују рад ЕЦОМ мотора (мотори са компресијским паљењем). Дијаграм показује неке карактеристике овог циклуса.

Термодинамички процеси мотора са унутрашњим сагоревањем

Општи, четворотактни клипни мотори у пракси се састоје од четири процеса: усис, компресија, експанзија и издув.

И код мотора са паљењем свећицом и код дизел мотора, током процеса усисавања, усисни вентил се отвара у цилиндру како би омогућио улазак ваздуха (у случају дизел мотора). Дизел мотори) и ваздух и гориво (код мотора са варничним паљењем), који се јавља при атмосферском притиску (за то је потребан притисак унутар цилиндра ниже). Улазак ове запремине у цилиндар помера клип према доњој мртвој тачки (БДЦ) све док се не достигне максимална запремина где се усисни вентил затвара.

Током процеса компресије, усисни и издувни вентили остају затворени, а клип се креће према горњој мртвој тачки (ТДЦ), компримујући садржај коморе до достизања запремине минимум. За разлику од мотора са паљењем свећом, где је степен компресије око од 11, у цилиндрима дизел мотора овај однос треба да буде већи, отприлике 18. Овај дужи пут омогућава постизање виших температура како би се гарантовало самозапаљење горива у следећем процесу, тј. ваздух на крају процеса компресије, мора бити већи од оног датог при самозапаљењу горива како би се могао запалити при уласку у компресиону комору. сагоревање.

Дизел циклуси захтевају веће цилиндре од бензинских или гасних мотора, тако оба се обично користе у камионима или великим транспортним средствима као и у агроиндустрија.

Процес који следи је процес експанзије или струјног удара, а почиње када клип достигне горњу мртву тачку. У моторима са паљењем свећицом, сагоревање је практично тренутно и одвија се преко паљење варнице коју ствара свећица, што изазива сагоревање мешавине ваздуха и гориво. У случају ЕЦОМ мотора, процес је нешто спорији, почиње када је клип у ТДЦ и ињектори прскају гориво у комору. Када дизел или гас уље дође у контакт са ваздухом на високој температури, ова смеша се запали и покреће клип према БДЦ ширећи гасове сагоревања и изазивајући ротацију радилице мотора. мотор.

На слици је приказан цилиндар мотора са унутрашњим сагоревањем. Можете видети вентиле и клип.

Коначно, ту је отварање издувног вентила тако да се клип подиже и истискује гасове сагоревања и циклус почиње поново.

У дизел моторима, свећице се не користе као код бензинских мотора, јер је процес сагоревања настаје захваљујући условима притиска и температуре у комори за сагоревање у тренутку убризгавања гориво.

Да би се поједноставили прорачуни и термодинамичка анализа унутар цилиндара мотора унутрашњег сагоревања, направљене су неке претпоставке, као што су стандардна разматрања ваздуха и да су процеси реверзибилан. Кроз ове премисе развијају се Отто и Диесел циклуси, како би се формирала четири процеса, као што је приказано на следећој слици:

Четири процеса четворотактних мотора са унутрашњим сагоревањем.

1-2: изентропска компресија
2-3: Додавање топлоте. У Отто циклусима, овај процес се претпоставља при константној запремини (изохора), ау дизел циклусима се приближава једном при константном притиску (изобарични).
3-4: изентропска експанзија
4-1: Одбијање топлоте константне запремине (изохорално)

Дијаграм са леве стране приказује процесе који се одвијају у моторима са паљењем свећом. У пракси је то отворен процес који захтева улазак спољашњег ваздуха и избацивање издувних гасова у околину. На десној страни, поједностављење овог модела се посматра као затворени циклус формиран од два изентропска процеса и две изохоре.

У дизел циклусу, усисни и издувни процеси су замењени процесима додавања топлоте константног притиска и одбијања топлоте константне запремине. Штавише, претпоставља се да су процеси компресије и експанзије изентропски.

Четворотактни мотори са унутрашњим сагоревањем се не користе само у транспортној индустрији. Они такође имају одређене примене на стамбеном и индустријском нивоу, на пример, за примену когенерације, и добијају електричну енергију (или механичку енергију) и топлоту из једног примарног извора, који би био гориво коришћени. Међутим, за потребе когенерације, Ото циклуси и гасне турбине су чешћи.

Ефикасност четворотактних мотора са унутрашњим сагоревањем

Као и сви термодинамички циклуси, гасни циклуси нуде меру њиховог учинка на основу топлотне ефикасности (η_тер), који показују однос између мреже внето подељене са уложеним топлотним кентом:

\(_{Тер = }\фрац{{{в_{нет}}}}{{{к_{ент}}}} = \фрац{{{к_{ент}} – {к_{сал}}}}{ {{к_{ин}}}} = 1 – \фрац{{{к_{сол}}}}{{{к_{ин}}}}\)

Где:
Шта_со представља топлоту одбачену на изохоричан начин.

тхе к_со Одређује се променом унутрашње енергије (у) између стања у којима се јавља процес одбацивања топлоте, односно стања 4 и 1. Ове количине су преузете из табела паре, а да би се лоцирали вредности потребно је знати два податка о стању, на пример, температуру и притисак. Додатно, потребно је применити једначину стања (П.в = Р.Т), и однос притисака, запремина или притисака/релативних запремина који се јавља између изентропских процеса.

У Отто циклусима, процес додавања топлоте се одвија при константној запремини, стога улазна топлота к_ин је одређена променом унутрашње енергије између стања 2 и 3, односно у₃ - или₂:

\(_{Тер = } = 1 – \фрац{{{у_4} – {у_1}}}{{{у_3} – {у_2}}}\)

У случају процеса додавања топлоте за дизел циклусе, претпоставља се да је ово под константним притиском, а улазна топлота к_ин, израчунава се из промене енталпије (х) између стања у којима се овај процес одвија, односно између стања 3 и 2. Уз ова разматрања, ефикасност дизел циклуса може се одредити помоћу израза:

\(_{Тер = } = 1 – \фрац{{{у_4} – {у_1}}}{{{х_3} – {х_2}}}\)

Ова шема показује неке разлике између Ото циклуса и Дизеловог циклуса. Када би оба мотора могла да раде на истом степену компресије (р), Отто циклуси би били ефикаснији, међутим у пракси, дизел мотори имају већи степен компресије.

Однос компресије (р) и граничник уноса (р_ц)

Ова бездимензионална вредност је параметар у гасним циклусима и изражава се као веза која се јавља преко максималне и минималне запремине цилиндра:

\(р = \фрац{{{В_{мак}}}}{{{В_{мин}}}}\)

У Ото и Дизел циклусу, максимална запремина се добија у стањима 1 или 4. Минимална запремина у Ото циклусу се јавља у стањима 2 и 3, али код дизела се јавља само у стању 2.

Бездимензионална константа специфичне топлоте "к" је такође дефинисана и представља однос идентификован у односу на варијабле специфичне топлоте при константном притиску (Ц_стр) и специфичне топлоте при константној запремини (Ц_в):

\(к = \фрац{{{Ц_п}}}{{{Ц_в}}}\)

Поред тога, у дизел циклусима се користи однос прекида или затварање усисника, што је израчунато дељењем максималне запремине са минималном запремином током процеса додавања топлоте, тј реци:

\({р_ц} = {\лефт( {\фрац{{{В_{мак}}}}{{{В_{мин}}}}} \десно) н\;од\;топлоте} } = \фрац{ {{В_3}}}{{{В_2}}} = \фрац{{{в_3}}}{{{в_2}}}\)

Ефикасност мотора са унутрашњим сагоревањем који користе претпоставке константне специфичне топлоте

У гасном циклусу, понекад се може претпоставити да ради под претпоставкама о специфичним топлотама које не варирају са температуром, такође се називају хладним ваздухом. стандард, (међутим у пракси ако постоје варијације), и с обзиром на то, топлотна ефикасност сваког циклуса се одређује са следећим изрази:

За Ото циклус

\(_{Тер = } = 1 – \фрац{1}{{{р^{к – 1}}}}\)

Дијаграм са леве стране приказује карактеристични опсег вредности за степен компресије за моторе са паљењем. На десној страни, варијација ефикасности Отто циклуса се посматра као функција степена компресије (р), за различите вредности к.

За дизел циклус

\(_{Тер = } = 1 – \фрац{1}{{{р^{к – 1}}}}\лефт[ {\фрац{{{р_ц}^к – 1}}{{к\лефт ( {{р_ц} – 1} \десно)}}} \десно]\)

Где_в је специфична топлота ваздуха при константној запремини (Ц._в = 0,718 кЈ/кг. К.), и Ц._стр специфична топлота при константном притиску, што је за ваздух у условима околине Ц_стр = 1,005 кЈ/кг. К.

Дијаграм приказује типичан опсег компресије (р) за дизел моторе, као и варијација термичке ефикасности циклуса за различите вредности усисних односа резања (р_ц).