Ottoův cyklus, který je základem benzinových motorů, se skládá ze čtyř zdvihů: sání, komprese, výkonu a výfuku. Dosahuje tepelné účinnosti až 25-30%. Kompresní poměr, typicky mezi 8:1 a 12:1, přímo ovlivňuje účinnost a výstupní výkon.
Definice Ottova cyklu
Projekt Otto cyklus motoru Schéma časování ventilů
- Vstupní ventil se otevírá v 5-100 před Top Dead Center. Tím je zajištěno, že by se měl vstup plně otevřít, když píst dosáhne TDC a nová náplň začne do válce vstupovat co nejdříve po TDC.
- Sací ventil se uzavře na 20 - 300 po dolní úvrati BDC využít výhody hybnosti pohybujících se plynů.
- Jiskra probíhá 30-400 před TDC. To umožňuje časové zpoždění mezi jiskrou a dokončením spalování.
- Tlak na konci energetického zdvihu je nad atmosférickým tlakem, což zvyšuje práci při vypouštění výfukových plynů. Výfukový ventil se tedy otevírá při 20 - 30 hodinách0 před BDC tak, aby při BDC tlak poklesl na atmosférický tlak a bylo možné ušetřit užitečnou práci.
- Výfukový ventil se zavírá v 15-200 po TDC, takže setrvačnost výfukových plynů má tendenci uklízet válec, což zvýší objemovou účinnost.
Efektivita Ottova cyklu | tepelná účinnost Otto cyklu Vzorec
Účinnost Ottova cyklu je specifikována
Kde r = kompresní poměr.
Otto cyklus diagram
Otto cyklus FV diagram Otto cyklus TS diagram
Otto, Diesel a duální cyklus Srovnání
Případ 1: Pro podobný kompresní poměr a podobné tepelné i / p bude tento vztah
[Qin]osm = [Qin]Nafta
[QR]osm<[QR]Nafta
V tomto případě bude stejný kompresní poměr a stejný tepelný příkon
Případ 2: V tomto případě, stejný kompresní poměr a stejné odmítnutí tepla, bude tento vztah
[Qin]osm> [Otázkain]Nafta
[QR]osm= [QR]Nafta
V tomto případě stejný kompresní poměr a stejné odmítnutí tepla.
Případ 3: V tomto případě stejné maximální teploty a stejného odmítnutí tepla.
[QR]osm= [QR]motorová nafta
[Qin]motorová nafta> [Otázkain]osm
Pro stejnou maximální teplotu a stejné odmítnutí tepla
Kompresní poměr Ottova cyklu
Kompresní poměr Ottova cyklu je definován jako poměr objemu před expanzí k objemu po expanzi
Kde Vs = Celkový objem válce
Vc = Světlý objem válce
V tomto cyklu je kompresní poměr obecně 6 - 10. Je omezen na 10 kvůli klepání do motoru.
Vzorec středního efektivního tlaku pro Ottův cyklus
Obvykle se tlak uvnitř válce u IC motoru neustále mění; střední efektivní tlak je imaginární tlak, o kterém se předpokládá, že je během procesu konstantní.
Kde rp = Tlakový poměr = P3/P2 = P4/P1
Analýza Ottova cyklu | Výpočty Ottova cyklu Derivace účinnosti Ottova cyklu
Zvažte Ottoův vzduchový standard s počátečním tlakem, objemem a teplotou jako P1, V1, T1 resp.
Proces 1-2: Reverzibilní adiabatická komprese.
Kde,
r je kompresní poměr.
Proces 2 -3: Přidávání tepla při konstantním objemu se počítá jako,
Qin = m C.v [T3-T2].
Proces 3-4: Reverzibilní adiabatická expanze se počítá jako
Proces 4 -1: Odmítnutí tepla při konstantním objemu bude
QR = m C.v [T4-T1]
Práce hotová = Qin - OtázkaR.
Účinnost Ottova cyklu je reprezentována jako.
Kde r = kompresní poměr.
Práce s dvoutaktním motorem
Motory se dvěma zdvihy fungují jak na Ottův cyklus, tak na naftový cyklus.
Atkinsonův cyklus vs Otto cyklus
Atkinsonův cyklus | Ottoův cyklus |
Atkinsonův cyklus používá mírně odlišné schéma časování ventilů. Vstupní ventil zůstává otevřený až do začátku kompresního zdvihu | Vstupní ventil se otevírá v 5-100 před Top Dead Center. Tím je zajištěno, že by se měl vstup plně otevřít, když píst dosáhne TDC a nová náplň začne do válce vstupovat co nejdříve po TDC. |
Poskytuje vyšší spotřebu paliva ve srovnání s Ottovým cyklem. | Poskytuje nižší spotřebu paliva ve srovnání s Atkinsonovým cyklem. |
Poskytuje nižší špičkový výkon ve srovnání s Ottovým cyklem. | Poskytuje vyšší špičkový výkon ve srovnání s Atkinsonovým cyklem. |
Většinou se používá v hybridních vozidlech, kde elektrický motor kompenzuje nedostatek energie. | Většinou se používá u čtyřdobých a dvoutaktních zážehových motorů, kde je vyžadován vyšší výkon |
Braytonův cyklus vs Otto cyklus
Braytonův cyklus | Ottoův cyklus |
Konstantní tlak Přidávání tepla a odvádění tepla probíhá v Braytonově cyklu. | Konstantní objem Přidávání tepla a odvádění tepla probíhá v Ottově cyklu. |
Má schopnosti zvládnout velké množství nízkotlakého plynu. | Není schopen manipulovat s velkým objemem nízkotlakého plynu kvůli omezení v prostoru vratného motoru. |
Během procesu ustáleného stavu dochází k vysoké teplotě. | Vysokou teplotu pociťuje motor pouze během elektrického zdvihu. |
Vhodné pro plynovou turbínu | Vhodné pro motor IC a SI. |
Výhody a nevýhody motoru s Ottovým cyklem
Výhody:
- Tento cyklus má vyšší tepelnou účinnost ve srovnání s naftou a duálním cyklem pro stejný kompresní poměr a stejný příkon tepla a stejný kompresní poměr a stejné odmítnutí tepla.
- Tento cyklus vyžadoval méně údržby a je jednoduchý a lehký v konstrukci.
- Pro úplné spalování jsou emise znečišťujících látek u motorů Otto nízké.
Nevýhody:
- Má nižší kompresní poměr, takže je špatný při pohybu těžkých břemen při nízké rychlosti.
- Ve srovnání s dieselovým motorem nevydrží vyšší napětí a namáhání
Příklad Ottova cyklu | Problémy s Ottovým cyklem
Q.1] Zapalovací motor navržený tak, aby měl kompresní poměr 10. Pracuje při nízké teplotě a tlaku při hodnotě 2000C, respektive 200 kilopascalů. Pokud je Work O / P 1000 kilojoulů / kg, spočítejte maximální možnou účinnost a střední efektivní tlak.
Účinnost tohoto cyklu je dána vztahem
Kde r = kompresní poměr = 10
Pro kompresní proces
U procesu expanze to můžeme předpokládat
Čistou práci lze vypočítat podle vzorce
Podle teorie ideálního plynu to víme
P1v1 = RT1
v1= (RT1) / (Str1) = (0.287 * 473) / 200=0.6788 m3/ kg
Q.2] jaký bude účinek na účinnost Ottova cyklu majícího kompresní poměr 6, pokud Cv se zvyšuje o 20%. Pro účely výpočtu předpokládejme, že Cv je 0.718 kJ / kg.K.
Vezmeme protokol na obou stranách
Rozlišování obou stran
Tj. Pokud Cv se zvýší o 2%, potom η se sníží o 1.36%.
Často kladené otázky
Jaký je rozdíl mezi Ottovým a naftovým cyklem?
V Ottově cyklu dochází k přidávání tepla při konstantním objemu, zatímco v naftovém cyklu dochází k přidávání tepla při konstantním tlaku a Otto-cyklus má nižší kompresní poměr pod 12, zatímco naftový cyklus má vyšší kompresní poměr až do 22. Otto-cyklus používá zapalovací svíčku pro zapalování, zatímco naftový cyklus nevyžaduje žádnou pomoc při zapalování. Otto-cyklus má nižší účinnost ve srovnání s naftovým cyklem.
Které palivo se používá v Ottově cyklu ? | Co je to čtyřtaktní palivo?
V motoru Otto se obvykle používá benzín nebo benzín smíchaný s 3 až 5% ethanolu. Ve vzduchovém standardním Ottově cyklu se vzduch považuje za palivo.
Který je efektivnější cyklus Otto nebo Diesel?
Normální rozsah kompresního poměru pro naftový cyklus je 16-20, zatímco v kompresním poměru Otto-cyklu je 6-10 a vzhledem k vyššímu kompresnímu poměru použitému v naftovém cyklu je účinnost dieselového cyklu vyšší než Otto-cyklus.
Jak funguje Ottův cyklus?
- Vstupní ventil se otevírá v 5-100 před Top Dead Center. Tím je zajištěno, že by se měl vstup plně otevřít, když píst dosáhne TDC a nová náplň začne do válce vstupovat co nejdříve po TDC.
- Sací ventil se uzavře na 20 - 300 po dolní úvrati BDC využít výhody hybnosti pohybujících se plynů.
- Jiskra probíhá 30-400 před TDC. To umožňuje časové zpoždění mezi jiskrou a dokončením spalování.
- Tlak na konci energetického zdvihu je nad atmosférickým tlakem, což zvyšuje práci při vypouštění výfukových plynů. Výfukový ventil se tedy otevírá při 20 - 30 hodinách0 před BDC tak, aby při BDC tlak poklesl na atmosférický tlak a bylo možné ušetřit užitečnou práci.
- Výfukový ventil se zavírá v 15-200 po TDC, takže setrvačnost výfukových plynů má tendenci čistit válec, což zvýší objemovou účinnost.
Proces 1-2: Reverzibilní adiabatická komprese
Kde r = kompresní poměr
Proces 2 -3: Přidávání tepla při konstantním objemu
Qin = m C.v [T3-T2]
Proces 3-4: Reverzibilní adiabatická expanze
Proces 4 -1: Odmítnutí tepla při konstantním objemu bude
QR = m C.v [T4-T1]
Práce hotová = Qin - OtázkaR.
Účinnost Ottova cyklu je reprezentována jako.
Kde r = kompresní poměr.
Rozdíl mezi Ottovým cyklem a Duálním cyklem
Otto cyklus vs. duální cyklus
Otto cyklus vs Carnotův cyklus
Carnotův cyklusOtto cyklusSkládá se ze dvou reverzibilních izotermický proces a dva reverzibilní adiabatické procesy. | Ideální vzduchový standard Otto-cyklus se skládá ze dvou izochorických procesů a dvou reverzibilních adiabatických procesů. |
Jedná se o hypotetický cyklus a není prakticky možné jej konstruovat. | Je to skutečný cyklus a je základem práce moderního zážehového motoru. |
Slouží jako měřítko pro měření výkonu ostatních cyklů motoru. | Neslouží jako měřítko pro měření výkonu ostatních cyklů motoru. |
Má 100% účinnost. | Má celkovou tepelnou účinnost v rozmezí 50 - 70%. |
Lze jej obrátit a získat Carnotovo chlazení / tepelné čerpadlo s maximálním koeficientem výkonu. | Je to nevratný cyklus. |
Otto cyklus vs. Atkinsonův cyklus
Atkinsonův cyklus | Ottoův cyklus |
Atkinsonův cyklus používá mírně odlišné schéma časování ventilů. Vstupní ventil zůstává otevřený až do začátku kompresního zdvihu | Vstupní ventil se otevírá v 5-100 před Top Dead Center. Tím je zajištěno, že by se měl vstup plně otevřít, když píst dosáhne TDC a nová náplň začne do válce vstupovat co nejdříve po TDC. |
Poskytuje vyšší spotřebu paliva ve srovnání s Ottovým cyklem. | Poskytuje nižší spotřebu paliva ve srovnání s Atkinsonovým cyklem. |
Poskytuje nižší špičkový výkon ve srovnání s Ottovým cyklem. | Poskytuje vyšší špičkový výkon ve srovnání s Atkinsonovým cyklem. |
Většinou se používá v hybridních vozidlech, kde elektrický motor kompenzuje nedostatek energie. | Většinou se používá u čtyřdobých a dvoutaktních zážehových motorů, kde je vyžadován vyšší výkon |
Vzorec Otto cyklu
Účinnost Ottova cyklu je dána rovnicí
Kde r = kompresní poměr = 10
Otto cyklus s příkladem polytropního procesu
Zážehový motor má kompresní poměr 8 při provozu s nízkou teplotou 3000C a nízký tlak 250 kPa. Pokud je Work o / p 1000 kilojoulů / kg, vypočítejte nejvyšší účinnost. Komprese a expanze probíhá polytropicky s polytropickým indexem (n = 1.33).
Řešení: Účinnost Ottova cyklu je dána rovnicí
Zde γ = n
Proč je Ottův cyklus znám jako konstantní objemový cyklus?
U tohoto cyklu dochází k přidávání a odvádění tepla při pevném objemu a množství provedené práce je úměrné rychlosti přidávání a odvádění tepla, z tohoto důvodu se Otto-cyklus nazývá konstantní objemový cyklus.
Jaká jsou omezení Ottova cyklu?
- Má nižší kompresní poměr, takže je špatný při pohybu těžkých břemen při nízké rychlosti.
- Ve srovnání s naftovým motorem nevydrží vyšší namáhání a namáhání.
- Celková palivová účinnost je nižší než dieselový cyklus.
Jsou dvoutaktní motory považovány za motory s Ottovým cyklem?
Dvoudobé motory fungují jak na Ottův cyklus, tak na naftový cyklus. Fungování dvoutaktního motoru je uvedeno níže:
- Píst se posune dolů a získá se užitečná síla. Pohyb pístu dolů stlačuje čerstvou nálož uloženou v klikové skříni.
- Ke konci expanzního zdvihu nejprve píst odhalí výfukový otvor. Poté tlak ve válci poklesne na atmosférický tlak, protože během této doby bude z válce odcházet spalovací materiál.
- Další pohyb pístu odhaluje přenosový port umožňující vstup mírně stlačené náplně do klikové skříně do válce motoru.
- Projekce v pístu zabraňuje průchodu čerstvé náplně přímo do výfukového kanálu a úklidu spalovacích materiálů.
- Když se píst pohybuje nahoru ze spodní úvrati do horní úvrati a přenosový port se nejprve uzavře, pak se výfukové potrubí uzavře a dojde ke kompresi. Zároveň se v klikové skříni vytváří vakuum a do klikové skříně vstupuje nový náboj pro další cyklus.
Proč je Atkinsonův cyklus účinnější, i když produkuje nižší kompresi a tlak než Ottův cyklus?
V Atkinsonově cyklu je u procesu isentropické expanze v Ottově cyklu dále umožněno pokračovat a rozšířit se na tlak nižšího cyklu, aby se zvýšil pracovní výkon, a víme, že se zvyšuje účinnost pro zvýšení vyrobené práce. To je důvod, proč je Atkinsonův cyklus účinnější, i když produkuje nižší kompresi a tlak než Ottův cyklus.
Jaký je kompresní poměr Ottova cyklu
Kompresní poměr tohoto cyklu je zpracován jako
Kde,
Vs = Celkový objem válce.
Vc = Světlý objem válce.
Obecně je v Ottově cyklu kompresní poměr 6 - 10. Je omezen na 10 kvůli klepání do motoru.
Ottův cyklus vs. účinnost naftového cyklu
Normální rozsah kompresního poměru pro naftový cyklus je 16-20, zatímco v Ottovém cyklu je kompresní poměr 6 - 10 a pro větší kompresní poměr používaný v naftovém cyklu je účinnost naftového cyklu vyšší než u Ottova cyklu.
Případ 1: Pro stejný kompresní poměr a přesně stejný tepelný příkon bude vztah
[Qin]osm = [Qin]Nafta
[QR]osm<[QR]Nafta
V tomto případě bude stejný kompresní poměr a stejný tepelný příkon
Případ 2: V tomto případě, stejný kompresní poměr a stejné odmítnutí tepla, bude tento vztah
[Qin]osm> [Otázkain]Nafta
[QR]osm= [QR]Nafta
V tomto případě stejný kompresní poměr a stejné odmítnutí tepla.
Případ 3: V tomto případě stejné maximální teploty a stejného odmítnutí tepla.
[QR]osm= [QR]motorová nafta
[Qin]motorová nafta> [Otázkain]osm
Pro stejnou maximální teplotu a stejné odmítnutí tepla
Za jakých podmínek bude účinnost Braytonova cyklu a Ottova cyklu stejná.
Účinnost Ottova cyklu je dána rovnicí
Řešení: Účinnost Ottova cyklu je dána rovnicí
r = kompresní poměr = V1/V2
Účinnost Braytonova cyklu je dána rovnicí
r = kompresní poměr = V1/V2
U stejného kompresního poměru Braytonova a Ottova cyklu bude jejich účinnost stejná.
Chcete-li vědět o Polytropic Process (klikněte zde)a Prandtl číslo (Klikněte zde)
Jsem Hakimuddin Bawangaonwala, strojní inženýr s odbornými znalostmi v oblasti mechanického návrhu a vývoje. Dokončil jsem M. Tech v konstrukčním inženýrství a mám 2.5 roku zkušeností s výzkumem. Dosud byly publikovány dva výzkumné články o tvrdém soustružení a analýze konečných prvků u zařízení pro tepelné zpracování. Mou oblastí zájmu je konstrukce strojů, pevnost materiálu, přenos tepla, tepelné inženýrství atd. Zběhlý v CATIA a ANSYS softwaru pro CAD a CAE. Kromě výzkumu.