Wykad 12 Silnik spalinowy czterosuwowy cykl Otta Idealny

Wykład 12 Silnik spalinowy czterosuwowy; cykl Otta Idealny i realny cykl Otta Sprawność, praca i moc silnika pracującego w cyklu Otta Cykl Diesla Porównanie cyklu Otta i Diesla Cykl Sabathego 1

Silnik spalinowy czterosuwowy; cykl Otta ©E. M. Greitzer, Z. S. Spakovszky, I. A. Waitz http: //web. mit. edu/16. unified/www/SPRING/propulsion/notes. html Cztery suwy tłokowego silnika spalinowego z zapłonem iskrowym 1’ – suw dolotu, mieszanka paliwowo – powietrzna wypełnia cylinder przez otwarty zawór dolotowy 2 – suw sprężania, oba zawory zamknięte, ciśnienie p i temperatura T rosną 3 – zapłon (iskra) w bardzo krótkim czasie przy prawie stałej objętości następuje przekazanie do substancji roboczej dużej ilości ciepła 4 – suw rozprężania (pracy); gorące gazy rozprężając się wykonują pracę 1” – suw wylotu; schłodzone gazy i inne produkty spalania są usuwane przez otwarty zawór wylotowy 2

Idealny i realny cykl Otta Idealny cykl Otta ©E. M. Greitzer, Z. S. Spakovszky, I. A. Waitz http: //web. mit. edu/16. unified/www/SPRING/ propulsion/notes. html 5 – 1: suw dolotu, po otwarciu zaworu dolotowego następuje napełnienie cylindra świeżą mieszanką paliwowo – powietrzną 1 – 2: Suw sprężania – przemiana adiabatyczna; ciśnienie p i temperatura T rosną (do T 2) 2 – 3: zapłon (iskra). Przy prawie stałej objętości następuje przekazanie ciepła do gazu; przemiana izochoryczna (w trakcie spalania paliwa tłok nie zdąży się przesunąć, temperatura rośnie od T 2 do T 3). 3 – 4: suw pracy; rozprężanie adiabatyczne gorących gazów (temperatura spada od T 3 do T 4) 4 – 1: otwarcie zaworu wylotowego. Po dwóch dodatkowych suwach do i z punktu 5 gorące gazy o temperaturze T 4 są zastępowane swieżą mieszanką paliwowo-powietrzną o temperaturze T 1. Efektywnie przemiana izochoryczna, temperatura gazu obniża się od T 4 do T 1. 3

Copyright by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, S. A. , Warszawa 1987, A. Teodorczyk, Termodynamika Techniczna 4

Sprawność i praca silnika pracującego w cyklu Otta W – praca netto w cyklu Q 1 – ciepło dostarczone w jednym cyklu, przemiana 2 – 3 Q 2 – ciepło oddane do otoczenia w jednym cyklu 2 – 3: przemiana izochoryczna; spalanie paliwa, przekazanie ciepła do gazu 5

4 – 1: przemiana izochoryczna; otwarcie zaworu, wymiana gazu na świeży, oddanie ciepła do otoczenia T 1 i T 2, przemiana adiabatyczna T 3 i T 4, druga przemiana adiabatyczna 6

Copyright by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, S. A. , Warszawa 1987, A. Teodorczyk, Termodynamika Techniczna 7

Sprawność silnika w cyklu Otta γ = 1, 4 8

Temperatura mieszanki po sprężeniu T 1 ok. 300 K γ = 1, 4 9 Temperatura samozapłonu benzyny 95 ok 610 K (dane BP Polska Sp. z o. o. )

Moc silnika w cyklu Otta Przyjmując: ciepło reakcji spalania paliwa, duża zmiana objętości dlatego Δh otrzymamy moc silnika w megawatach (MJ/s): gdzie ΔV/Δt, objętość powietrza przepływającego przez silnik w m 3/s, zależy od obrotów silnika, liczby cylindrów i pojemności 10

Zadanie Oblicz moc silnika spalinowego, iskrowego czterocylindrowego, czterosuwowego, o pojemności 1000 cm 3, dla 3000 obrotów na minutę. Przyjmij, że stopień sprężania wynosi 4. Jakie będzie zużycie paliwa na godzinę pracy silnika? moc silnika w megawatach (MJ/s): 1 -r^(1 -γ) = 1 – 4^(-0. 4) = 0. 43 3000 obr/min = 50 obr/s; 4 suwy (1 cykl) na 2 obroty; w ciągu 1 s. 25 cykli czyli 25/4 l, 4 cylindry, razem 25 l/s, czyli 0. 025 m 3. Zatem moc w k. W wyniesie: 80 k. W*0. 43 = 34. 5 k. W 1 KM = 0. 74 k. W Moc = 46. 5 KM Zużycie paliwa = 80 (k. J/s)/40(MJ/kg) = 0. 002 kg/s 0. 002 (kg/s)/0. 75 (kg/l) = 0. 0027 l/s = 0. 16 l/min = 9. 6 l/h 11 Na ogół silnik pracuje ze znacznie mniejszą mocą niż osiągalna

Cykl Diesla ©E. M. Greitzer, Z. S. Spakovszky, I. A. Waitz http: //web. mit. edu/16. unified/www/SPRING/ propulsion/notes. html Sprężanie powietrza (bez paliwa), przemiana adiabatyczna 1 – 2 Wtrysk paliwa pod wysokim ciśnieniem w punkcie 2, zapłon bez iskry Generacja i transfer ciepła do sprężonego powietrza przybliżamy jako przemianę izobaryczną 2 – 3 Suw pracy 3 – 4, przemiana adiabatyczna Po otwarciu zaworu i dwóch dodatkowych suwach gorące powietrze i produkty spalania są zastępowane przez świeże powietrze, efektywnie przemiana izochoryczna 4 – 1 12

Copyright by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, S. A. , Warszawa 1987, A. Teodorczyk, Termodynamika Techniczna 13

Parametr odcięcia: V 3/V 2 ©E. M. Greitzer, Z. S. Spakovszky, I. A. Waitz http: //web. mit. edu/16. unified/www/SPRING/ propulsion/notes. html → 14

Parametr odcięcia α = 1, 3 Cp/Cv γ = 1, 4 Stopień sprężania w praktyce, od 12 – 25 , silniki wysokoprężne 15 ciśnienie sprężania można wyliczyć, na ogół od 30 – 50 barów

Porównanie cyklu Otta i Diesla cykl Otta cykl Diesla Dla cyklu Diesla parametr odcięcia α = 1, 3 Cp/Cv γ = 1, 4 16

Porównanie cyklu Otta i Diesla Cykl Otta charakteryzuje się wyższą sprawnością przy tym samym stopniu sprężania r = (V 2 / V 1); diagram p – V („obcięty czubek”) Cykl Diesla; możliwe wyższe stopnie sprężania (brak samozapłonu); w konsekwencji wyższa sprawność dla praktycznie osiągalnych sprężeń; minus – konieczność wtrysku paliwa pod wysokim ciśnieniem (sprężarka) 17

Cykl mieszany Sabathego Copyright by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, S. A. , Warszawa 1987, A. Teodorczyk, Termodynamika Techniczna 18

Cykl mieszany Sabathego Copyright by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, S. A. , Warszawa 1987, A. Teodorczyk, Termodynamika Techniczna 19