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奥托循环:内燃机火花点火发动机的理想循环

我们正在讨论朗金循环及其各种术语在我们最近的文章中,我们讨论了蒸汽发电厂理想循环的基本概念,即。朗肯循环我们也看到了蒸汽动力循环或朗金循环的基本操作和各种组成部分的安排。

今天我们将集中在这里来理解奥托循环的基本概念。

奥托循环:内燃机火花点火往复式发动机的理想循环

奥托循环是一种空气标准循环,被认为是内燃机火花点火往复式发动机运行的理想循环。在理解奥托循环之前,我们必须了解往复式火花点火内燃机或简单的汽油发动机所执行的操作。

因此,首先让我们来了解一下内燃机的概况。本文用下图展示了内燃机火花点火往复式发动机的基本部件。

我们可以在这里看到气缸和活塞的布置,带有两个阀,即进气阀和排气阀。活塞将在气缸内两个固定位置(即IDC和ODC)之间往复运动

最内侧的位置称为内止点(IDC),在这种状态下,活塞在气缸中的容积最小。如果发动机是一台垂直发动机,则IDC即内止点也将被称为上止点(TDC)。
第二个固定位置称为ODC,即外止点,在此状态下,活塞将在气缸中产生最大容积。如果发动机是一台垂直发动机,则外止点也将被称为下止点(BDC)。

活塞还将与曲柄连杆机构连接,因此活塞的往复运动将转化为旋转运动,反之亦然。活塞将在气缸内移动,当活塞从一个止点移动到另一个止点(如IDC到ODC)时,活塞的移动将被称为冲程。

现在我们将开始逐步了解奥托循环,同时我们将在这里绘制奥托循环的PV图。

因此,让我们从IDC开始我们的周期,即从内死点开始。当活塞处于IDC时,进气门将处于打开状态,排气门将关闭。在这种情况下,活塞上方气缸内的压力大约等于大气压力。当活塞开始向ODC或BDC移动时,活塞上方的气体将开始膨胀,因为活塞将向下向ODC移动。

因此压力将降低到大气压力以下,从而产生吸入压力,因此新的空气和燃料的混合物将通过进气歧管进入气缸。

现在让我们清楚地考虑这种情况,活塞向下运动,吸入压力产生,因此空气和燃料的新鲜混合物进入气缸,因此,由于空气和燃料的新鲜混合物的进入,压力将在这里均等化。简单地说,我们可以说空气和燃油的混合物进入气缸将在大约恒定的压力下完成。该过程按过程0到1显示在PV图中。

当活塞到达ODC时,进气阀将关闭,因此我们可以说在这种情况下,两个阀都将关闭。当活塞到达ODC或BDC时,进气门和排气门都将处于关闭位置。

现在当活塞开始向IDC移动时,由于活塞向IDC移动,气缸内的空气和燃料的混合物会被压缩。当活塞到达IDC时,活塞在气缸中体积最小,因此空气和燃料的混合物被压缩。因此,工作流体的压力和温度,即空气和燃料的混合物,将是高的,我们必须注意,在这里,气缸将是绝缘的,因此,在压缩空气和燃料混合物的过程中,将不会有任何热能的交易。这个过程在PV图中显示为1到2的过程这个过程是等熵过程。

如图所示,将有一个点火器,这个点火器将开始燃烧空气和燃料的混合物。因此,燃烧产物的压力和温度会由于放热反应而升高。在这里我们必须注意到,电荷(空气和燃料的混合物)的燃烧过程是如此迅速,以至于我们可以假设这个过程是定容过程。这个过程在PV图中显示为过程2到3,这个过程是定容过程。

现在由于燃烧产物的高压和高温,活塞将开始向ODC移动。我们可以说活塞将从IDC移动到ODC,我们必须注意,对于这个过程,熵也将是恒定的,因为在这个过程中不会有任何热能传递。

由于燃烧产物的压力和温度较高,活塞将从IDC移动到ODC,曲轴将开始旋转,并开展有益的工作。

现在活塞将处于ODC,在这种情况下,排气阀将打开,因此燃烧产物将通过排气阀离开气缸。这个过程将是如此迅速,以至于我们可以假设这个过程将是定容过程。该过程通过过程4到1显示在PV图中,该过程将为定容过程。

那么让我们看一下PV图,在过程2-3中热能会被添加到系统中,在过程4 - 1中热能会被拒绝。
在压缩冲程或过程1至2期间,将在系统上产生功,在膨胀过程3至4期间,将产生功作为有用功。

现在活塞将重新开始走向国际数据公司(IDC)为了消除其余气缸的燃烧产物,活塞将向IDC和压缩燃烧产物但同时燃烧产物离开缸通过排气阀,因此我们可以说,压力将常数。简单地说,我们可以说排气冲程将在恒压过程中完成,这个过程由过程1到显示5..

循环1-2-3-4将被称为奥托循环。汽油机或内燃机火花点火往复式发动机都是采用奥托循环原理工作的。活塞在这里执行四个完整的冲程和曲轴将旋转两转为每个热力学循环。

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我们将在下一篇文章中看到热能工程的另一个主题。新利18提款安全吗

参考:

P.K.Nag的工程热力学
Som教授的工程热力学
图片由:谷歌

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