Was ist der thermische Wirkungsgrad für die Otto-Zyklus-Definition?

Der Luftstandard-Otto-Zyklus-Wärmewirkungsgrad ist eine Funktion des Verdichtungsverhältnisses und von & kgr ;. Ein typischer benzinbetriebener Kraftfahrzeugmotor arbeitet mit einem thermischen Wirkungsgrad von etwa 25% bis 30%. Wärmetechnik

Wärmewirkungsgrad für den Otto-Zyklus

Im allgemeinen wird die thermischen Wirkungsgrad , η th , ein Wärmekraftmaschine ist als das Verhältnis der definierten Arbeits es tut, W , an den Wärmeeingang bei der hohen Temperatur, Q H .

Formel für den Wärmewirkungsgrad - 1

Der thermische Wirkungsgrad , η th , stellt den Anteil an Wärme , H , die konvertiert wird , zu arbeiten . Da nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik Energie gespart wird und Energie nicht vollständig in Arbeit umgewandelt werden kann , muss der Wärmeeintrag Q H gleich der geleisteten Arbeit W sein, zuzüglich der Wärme, die als Abwärme Q C in die Wärme abgeführt werden muss Umgebung. Daher können wir die Formel für den thermischen Wirkungsgrad wie folgt umschreiben:

Formel für den Wärmewirkungsgrad - 2

Die aufgenommene Wärme tritt während der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches auf, wenn der Funken ungefähr bei konstantem Volumen auftritt. Da während eines isochoren Prozesses keine Arbeit von oder an dem System ausgeführt wird, schreibt der erste Hauptsatz der Thermodynamik ∆U = ∆Q vor. Daher wird die zugeführte und zurückgewiesene Wärme wie folgt angegeben:

add = mc v (T 3 – T 2 )

out = mc v (T 4 – T 1 )

Ersetzt man diese Ausdrücke für die hinzugefügte und zurückgewiesene Wärme im Ausdruck für den thermischen Wirkungsgrad, so erhält man:

Otto-Zyklus - Wirkungsgrad - Gleichung

Wir können den obigen Ausdruck dadurch vereinfachen, dass die Prozesse 1 → 2 und 3 → 4 adiabatisch sind und für einen adiabatischen Prozess die folgende p, V, T-Formel gilt:

adiabatische Prozessformel

Es kann abgeleitet werden, dass:

adiabatischer Prozess - Formel2

In dieser Gleichung ist das Verhältnis V 1 / V 2 als das Kompressionsverhältnis CR bekannt . Wenn wir den Ausdruck für den thermischen Wirkungsgrad unter Verwendung des Kompressionsverhältnisses umschreiben, schließen wir, dass der thermische Wirkungsgrad des Otto-Zyklus nach Luftstandard eine Funktion des Kompressionsverhältnisses und von  κ = c p / c v ist .

thermischer Wirkungsgrad - Otto-Zyklus - Kompressionsverhältnis

thermischer Wirkungsgrad - Otto Cycle - Motor
Wärmewirkungsgrad für Otto-Zyklus – κ = 1,4

Dies ist eine sehr nützliche Schlussfolgerung, da es wünschenswert ist, ein hohes Kompressionsverhältnis zu erreichen , um mehr mechanische Energie aus einer gegebenen Masse eines Luft-Kraftstoff-Gemisches zu extrahieren. Ein höheres Verdichtungsverhältnis ermöglicht das Erreichen der gleichen Verbrennungstemperatur mit weniger Kraftstoff bei gleichzeitig längerem Expansionszyklus. Dies erzeugt mehr mechanische Leistung und senkt die Abgastemperatur . Das Absenken der Abgastemperatur bewirkt das Absenken der an die Atmosphäre abgegebenen Energie. Diese Beziehung ist in der Abbildung für κ = 1,4 dargestellt, die die Umgebungsluft darstellt.

Kompressionsverhältnis – Otto Motor

Das Verdichtungsverhältnis , CR , ist als das Verhältnis des Volumens im unteren Totpunkt und das Volumen am oberen Totpunkt definiert ist . Es ist ein Schlüsselmerkmal für viele Verbrennungsmotoren. Im folgenden Abschnitt wird gezeigt, dass das Verdichtungsverhältnis den thermischen Wirkungsgrad des verwendeten thermodynamischen Zyklus des Verbrennungsmotors bestimmt. Im Allgemeinen ist ein hohes Verdichtungsverhältnis erwünscht, da dadurch ein Motor einen höheren thermischen Wirkungsgrad erreichen kann.

Nehmen wir zum Beispiel einen Otto-Zyklus mit einem Kompressionsverhältnis von CR = 10: 1 an. Das Volumen der Kammer beträgt vor dem Kompressionshub 500 cm³ = 500 × 10 -6 m 3 (0,5 l). Für diesen Motor eines erforderlichen ll Band sind bekannt:

  • 1 = V 4 = V max = 500 × 10 –6 m 3 (0,5 l)
  • 2 = V 3 = V min = V max / CR = 55,56 × 10 –6 m 3

Beachten Sie, dass (V max – V min ) x Anzahl der Zylinder = Gesamtmotorhubraum.

Beispiele für Kompressionsverhältnisse – Benzin vs. Diesel

  • Das Verdichtungsverhältnis in einem benzinbetriebenen Motor ist aufgrund eines möglichen Motorklopfens (Selbstentzündung) normalerweise nicht viel höher als 10: 1 und nicht niedriger als 6: 1 .
  • Ein turbogeladener Subaru Impreza WRX hat ein Verdichtungsverhältnis von 8,0: 1 . Im Allgemeinen haben turbogeladene oder aufgeladene Motoren bereits Druckluft am Lufteinlass, daher werden sie normalerweise mit einem niedrigeren Verdichtungsverhältnis gebaut.
  • Ein serienmäßiger Honda S2000 Motor (F22C1) hat ein Verdichtungsverhältnis von 11,1: 1 .
  • Einige atmosphärische Sportwagenmotoren können ein Verdichtungsverhältnis von bis zu 12,5: 1 haben (z. B. Ferrari 458 Italia).
  • 2012 brachte Mazda neue Benzinmotoren unter dem Markennamen SkyActiv mit einem Verdichtungsverhältnis von 14: 1 auf den Markt . Um das Risiko eines Motorklopfens zu verringern, wird das Restgas durch Verwendung von 4-2-1-Motorabgassystemen , Implementierung eines Kolbenhohlraums und Optimierung der Kraftstoffeinspritzung reduziert .
  • Die Dieselmotoren haben ein Verdichtungsverhältnis, das normalerweise 14: 1 überschreitet, und Verhältnisse über 22: 1 sind ebenfalls üblich.

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: [email protected] oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.