Цикл Отто

Четырехтактный газовый ДВС создан в 1876 году Н.А. Отто (1832-1891) Цикл Отто совершается в 4-х тактном тепловом двигателе внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием (карбюраторный ДВС) и кривошипно-шатунным механизмом. При этом поршень совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре. Цикл Отто – прямой газовый изохорный цикл неполного расширения представлен в p-v координатах на следующем рисунке.

Этот цикл неполного расширения (Р_b > Р_а) состоит из двух изохорных и двух адиабатных процессов:

где ac – сжатие ТРТ по адиабате;

cz – подвод теплоты q ₁ к ТРТ по изохоре;

zb – расширение ТРТ по адиабате;

ba – отвод теплоты q ₂ в холодильник от ТРТ по изохоре.

После прохождения этого цикла ТРТ возвращается в начальное состояние. В результате этого цикла совершается положительная результатирующая работа (), равная площадь aczba, которая передается на вал двигателя. В T-s координатах цикла Отто имеет вид:

Основные характеристики (параметры) цикла Отто:

- степень сжатия: , где v_a – полный объем цилиндра (в начале процесса сжатия), v_c – объем камеры сгорания (в конце процесса сжатия);

- степень повышения давления в процессе подвода теплоты (при горении топливо-воздушной смеси): , где P_z – давление ТРТ в конце подвода теплоты q ₁, P_c – давление ТРТ в начале подвода теплоты q ₁. Параметрами цикла называются величины, которые полностью определяют цикл. Их число равно числу процессов в цикле без двух. Термический кпд цикла Отто:

, где и . После подстановки q ₁ и q ₂ в выражение для имеем:

.

После подстановки в эту формулу величин: (для адиабаты ac) и учитывая, что (для изохоры c-z) и что , окончательно имеем:

, т.е. .

С ростом степени сжатия увеличивается максимальная температура в системе Т ₁ и в соответствии со 2-м законом термодинамики увеличивается термический кпд. С ростом показателя адиабаты к термический кпд увеличивается из-за влияния рода ТРТ, т.е. теплоемкости идеального газа.

Недостатком цикла Отто является невозможность применения высоких степеней сжатия. Обычно применяются степени сжатия в диапазоне: , что определяется температурой воспламенения топлива Т_топ, которую не может превышать температура в конце процесса сжатия Т_с из-за опасности взрывного самовозгорания топлива, т.е. Т_с < Т_топ и . Чем выше октановое число бензина, тем до больших степеней сжатия можно сжать топливо-воздушную смесь (без взрыва).