Цикл Отто.

В 1876 году немецкий конструктор Август Николаус Отто (1832 – 1891) создал поршневой четырехтактный бензиновый двигатель внутреннего сгорания (замкнутая термодинамическая система), работающий по циклу, состоящему из двух адиабатных и двух изохорных процессов (рис.2.3).

Исходные данные для расчета цикла Отто:

параметры состояния в исходной точке «1» (начало цикла)

степень сжатия ;

степень подогрева рабочего тела в цикле ;

показатель адиабаты и газовая постоянная .

Рис.2.3. Изображение цикла Отто в и координатах.

1.Расчет параметров состояния в контрольных точках цикла Отто производится в следующей последовательности:

(адиабатный процесс сжатия)

Точка «2»:

(изохорный процесс подвода теплоты)

Точка «3»:

(адиабатный процесс расширения)

Точка «4»:

2.Расчёт энергий, участвующих в термодинамических процессах цикла Отто:

(деформационная работа сжатия, эквивалентная площади фигуры на рис.2.3);

(деформационная работа расширения, эквивалентная площади фигуры на рис.2.3);

(количество теплоты, подведенное к рабочему телу в изохорном процессе «2 – 3», эквивалентное площади фигуры на рис.2.3);

(количество теплоты, отведенное от рабочего тела во внешнюю среду в изохорном процессе «4 - 1», эквивалентное площади фигуры на рис.2.3);

(полезная работа цикла Отто, эквивалентная площади фигуры на рис.2.3);

(термический КПД цикла Отто).

2.2.1. Особенности цикла Отто:

а) рабочее тело представляет собой топливовоздушную смесь (бензин + воздух);

б) бензины для авиационных и автомобильных двигателей представляют собой смеси углеводородов, которые выкипают при нагреве нефти до 40…200^оС. В Российской Федерации производят бензины марок А-74, АИ-93, АИ-95, АИ-98, а также бензины с улучшенными экологическими свойствами. Цифры в марке бензина характеризуют его антидетонационные свойства, которые оценивают октановым числом (ОЧ). Оно численно равно процентному содержанию смеси изооктана с ОЧ=100 и Н – гептана с ОЧ=0, которая имеет такую же детонационную стойкость, как и испытуемый бензин. Октановое число оценивают по моторному методу в единицах ОЧМ и по исследовательскому методу в единицах ОЧИ. ОЧИ >ОЧМ на 8…12 единиц. Эту разницу называют чувствительностью бензинов к октановому числу.

в) при сжатии этой смеси температура рабочего тела возрастает и может превысить температуру самовоспламенения топлива. В этом случае в процессе сжатия возникает пламя и резко увеличивается давление на поршень. Явление называют детонацией двигателя.

Для того чтобы увеличить температуру самовоспламенения топлива, в него добавляют октан (бесцветная жидкость, температура кипения 125.7^оС, имеет детонационную способность (октановое число 17…19)). Октановое число наиболее распространенных отечественных марок автомобильных бензинов 76…89, авиабензинов 91…95.

Наименьшей детонационной стойкостью обладают парафины, наибольшей – ароматические углеводороды. Октановое число бензина повышают добавкой в него низкокипящих высокооктановых углеродов или кислородосодержащих веществ – метилового спирта, метилтретбутилового эфира и других антидетонационных присадок (тетраэтилсвинца и тетраметилсвинца, а также металлокарбонатов, алкилгалогенидов). Применение присадок на основе свинца ограничено в эксплуатации из-за их токсичности. При увеличении степени сжатия и диаметра цилиндра необходимо использовать топливо с большим октановым числом.

г) степень сжатия из-за детонации в цикле Отто также ограничивают до величин ;

д) температура в конце процесса подвода теплоты в цикле Отто составляет примерно 2500…2850 К, что приводит к значительному увеличению давления в точке «3» (около 80…90х10⁵ Па).

е) давление в точке «4» оказывается значительно больше, чем в точке «1», то есть имеет место значительная потенциальная энергия выхлопных газов.