3.5 A belsőégésű motor (Otto-ciklus)

Következő: Előző: 3.4 Hűtőgépek és a hő Tartalomjegyzék

Alfejezetek

• 3.5.1 Az ideális Otto-ciklus hatásfoka
• 3.5.2 A motor munkája, az egységnyi entalpiaáramra jutó munka mértéke

Az Otto-ciklus a szikragyújtású belsőégésű motorok (2 ütemű vagy 4 ütemű ciklusok) által alkalmazott folyamatok összessége. Ezek a motorok a)üzemanyag és levegő keverékét beszívják, b) összenyomják, c) reakcióba hozzák, így a kémiai energia hőenergiává alakítása révén ténylegesen hőt adnak hozzá, d) az égéstermékeket kitágítják, majd e) az égéstermékeket kidobják és új üzemanyag- és levegőtöltettel helyettesítik. A különböző folyamatokat a3.8. ábra mutatja:

1. Beszívási ütem, benzingőz és levegő beszívása a motorba ().
2. Sűrítési ütem, , növekedés ().
3. Égés (szikra), rövid idő, lényegében állandó térfogat (). Modell: hőfelvétel egy sor tározóból hőmérsékleten és között.
4. Teljesítménylöket: tágulás ().
5. Szelepkifúvás: szelep nyit, gáz távozik.
6. () Modell: hő visszavezetése egy sor tározóba hőmérsékleten és között.
7. Kipufogási ütem, a dugattyú a megmaradt égéstermékeket kilöki a kamrából().

A folyamatokat úgy modellezzük, mint amelyek mind egy dugattyú-henger elrendezésben lévő, rögzített légtömegre hatnak, amint azt a 3.10. ábra mutatja.

3. ábra.8:Az ideális Otto ciklus

3.9. ábra:Egy tényleges Otto ciklus vázlata

3. ábra.10:Dugattyú és szelepek egy négyütemű belsőégésű motorban

A tényleges ciklusban nincsenek olyan éles átmenetek a különböző folyamatok között, mint az ideális ciklusban, és a 3.9.

ábra vázlatos lehet. 3.5.1 Az ideális Otto ciklus hatásfoka

A kiindulási pont a ciklus termikus hatásfokának általános kifejezése:

Az előzőekhez hasonlóan az a konvenció, hogy a hőcsere pozitív, ha a rendszerbe vagy a motorba hő áramlik, tehát negatív. Az elnyelthő az égés során keletkezik, amikor a szikra keletkezik,nagyjából állandó térfogat mellett. Az elnyelt hő a következőképpen viszonyítható a 2. állapotból a 3. állapotba történő hőmérsékletváltozáshoz:

A visszavetett hő a következő (konstans fajhővel rendelkező tökéletes gázra)

. Az elnyelt és visszavert hőre vonatkozó kifejezéseket behelyettesítve a termikus hatásfok kifejezésébe,

A fenti kifejezést egyszerűsíthetjük azzal a ténnyel, hogy az 1-től 2-ig és a 3-tól 4-ig tartó folyamatok izentrópok:

A mennyiséget sűrítési aránynak nevezzük. A sűrítési arányt tekintve az ideális Otto-ciklus hatásfoka:

3.11. ábra:Ideális Otto-ciklus termikus hatásfoka

A 3.11. ábrán az ideális Otto-ciklus hatásfoka a sűrítési arány függvényében látható. A sűrítési arány, , növekedésével nő, de is. Ha túl magas, a keverék szikra nélkül (a ciklus rossz helyén) gyullad be.

3.5.2 A motor munkája, az egységnyi entalpiaáramra jutó munka mértéke

A végzett munka (a teljesítmény) és a motoron áthaladó entalpiaáram dimenziótlan aránya

Gyakran törekszenek e mennyiség növelésére, mert ez azonos teljesítményhez kisebb motort jelent. A hőbevitel a következő:

ahol

• a reakcióhő, azaz a tüzelőanyag egységnyi tömegére felszabaduló kémiai energia,
• a tüzelőanyag tömegárama.

A nemdimenziós teljesítmény

Az ebben az egyenletben szereplő mennyiségek sztöchiometrikus körülmények között értékelve a következők:

			so .

Muddy Points

Hogyan számítódik a ?(MP 3.6)

Mi az “stöchiometriai feltételek?” (MP 3.7)

Következő: Előző: 3.4 Hűtőgépek és a hőtartalom Index

UnifiedTP UnifiedTP