3.5. Motorul cu ardere internă (ciclul Otto)

Continuare: 3.6 Ciclul Diesel Sus: 3. Prima lege Precedent: 3.4 Frigidere și căldură Cuprins Index

Subsecțiuni

• 3.5.1 Randamentul unui ciclu Otto ideal
• 3.5.2 Lucrul motorului, rata de lucru pe unitate de flux entalpic

Ciclul Otto este un ansamblu de procese utilizate de motoarele cu ardere internă cu aprindere prin scânteie (cicluri în 2 sau 4 timpi). Aceste motoare a)ingerează un amestec de combustibil și aer, b) îl comprimă, c) îl fac să reacționeze, adăugând astfel efectiv căldură prin transformarea energiei chimice în energie termică, d) dilată produsele de combustie și apoi e) evacuează produsele de combustie și le înlocuiește cu o nouă încărcătură de combustibil și aer. Diferitele procese sunt prezentate înFigura 3.8:

1. Cursă de admisie, vapori de benzină și aer aspirați în motor ().
2. Cursă de compresie, , creștere ().
3. Combustie (scânteie), timp scurt, volum esențial constant (). Model: căldurăabsorbită dintr-o serie de rezervoare la temperaturi cuprinse între și .
4. Cursă de putere: expansiune ().
5. Evacuare cu supapă: supapa se deschide, gazul scapă.
6. () Model: respingerea căldurii către o serie de rezervoare la temperaturi cuprinse între și .
7. Cursă de evacuare, pistonul împinge produsele de ardere rămase în afara camerei().

Modelăm procesele ca acționând toate asupra unei mase fixe de aerconținute într-un aranjament piston-cilindru, așa cum se arată înFigura 3.10.

Figura 3.8:Ciclul Otto ideal

Figura 3.9:Schiță a unui ciclu Otto real

Figura 3.10:Piston și supape într-un motor cu ardere internă în patru timpi

Ciclul real nu are tranzițiile bruște între diferitele procese pe care le are ciclul ideal, și ar putea fi schițat în figura 3.9.

3.5.1 Randamentul unui ciclu Otto ideal

Punctul de plecare este expresia generală pentru randamentul termic al unui ciclu:

Convenția, ca și anterior, este că schimbul de căldură este pozitiv dacăîn sistemul sau motorul curge căldură, deci este negativ. Căldura absorbită are loc în timpul combustiei, când apare scânteia,aproximativ la volum constant. Căldura absorbită poate fi corelată cu variația de temperatură de la starea 2 la starea 3 sub forma:

Căldura respinsă este dată de (pentru un gaz perfect cu călduri specifice constante)

Înlocuind expresiile pentru căldura absorbită și cea respinsă în expresia randamentului termic rezultă

Putem simplifica expresia de mai sus folosind faptul că procesele de la 1 la 2 și de la 3 la 4 sunt izentropice:

Cantitatea se numește raportul de compresie. În termeni de raport de compresie, randamentul unui ciclu Otto ideal este:

Figura 3.11:Eficiența termică a ciclului Otto ideal

Eficiența ciclului Otto ideal este prezentată în funcție de raportul de compresie înFigura 3.11. Pe măsură ce raportul de compresie, , crește, crește, dar și . Dacă este prea mare, amestecul se va aprindefără scânteie (în locul nepotrivit al ciclului).

3.5.2 Lucrul motorului, rata de lucru pe unitate de flux entalpic

Raportul adimensional al lucrului efectuat (puterea) la fluxul entalpic prin motor este dat de

Există deseori o dorință de a crește această cantitate, deoarece înseamnă un motor mic pentru aceeași putere. Aportul de căldură este dat de

unde

• este căldura de reacție,adică energia chimică eliberată pe unitatea de masă de combustibil,
• este debitul masic al combustibilului.

Puterea nedimensională este

Cantitățile din această ecuație, evaluate în condiții stoichiometrice, sunt:

so .

Muddy Points

Cum se calculează ?(MP 3.6)

Ce sunt „condițiile stoichiometrice?”(MP 3.7)

În continuare: 3.6 Ciclul Diesel Up: 3. Prima lege Previous: 3.4 Frigidere și căldură Indice de conținut

UnifiedTP