ΚΥΚΛΟΙ Μ.Ε.Κ. Μ.Ε.Κ. Ι (Θ) Διαλέξεις Μ4, ΤΕΙ Χαλκίδας Επικ. Καθη. Δρ. Μηχ. Α. Φατσής
Ιδανικός πρότυπος κύκλος OO
Υποθέσεις ια ιδανικό πρότυπο κύκλο Otto Το εραζόμενο μέσο είναι ιδανικό (ή τέλειο) αέριο Η συμπίεση και η εκτόνωση είναι αδιαβατικές (δεν εναλλάσσεται θερμότητα με το περιβάλλον) Η καύση ίνεται υπό σταθερό όκο Η αποβολή θερμότητας ίνεται υπό σταθερό όκο Ο παραπάνω κύκλος είναι θερμοδυναμικός και όχι πραματικός
Τ P P ε ε Τ Τ ε : Αδιαβατική συμπίεση Ονομάζουμε τον βαθμό συμπίεσης. Έτσι η ισεντροπική μεταβολή δίνει και Η πίεση στο σημείο βρίσκεται πάλι από την αδιαβατική εξίσωση: P P P P P ε
3 : Ισόχωρη απορρόφηση θερμότητας 3 Q3 3 ( 3 ) 3 + C Q C d C 3 4 : Αδιαβατική εκτόνωση 3 4 Τ Τ3 ε ε Τ3 Τ4 ε 4 3 Τ Τ4 ε 3 4 Η πίεση στο σημείο 4 βρίσκεται πάλι από την αδιαβατική εξίσωση: P P P P P 3 3 3 3 4 4 4 3 3 4 ε P
( ) 4 4 4 C d C Q 4 : Ισόχωρη αποβολή θερμότητας Η θερμική απόδοση του κύκλου είναι : 4 4 3 4 3 4 ) ( ε ε o n o Q Q n
Άρα η θερμική απόδοση του ιδανικού κύκλου Οtto εξαρτάται μόνο από το βαθμό συμπίεσης ε. Η μέση ενερός πίεση bmep W εκφράζει τη σταθερή πίεση που αν ασκούνταν στο έμβολο σε όλη τη διαδρομή που αντιστοιχεί στον όκο εμβολισμού του κυλίνδρου h θα απέφερε έρο ίσο με το έρο του κύκλου.
AΠΟΔΟΣΗ ΙΔΑΝΙΚΟΥ ΚΥΚΛΟΥ ΟΤΤΟ 80 70 % ΘΕΡΜΙΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ 60 50 40 30 0 0 0 5 9 3 7 ΒΑΘΜΟΣ ΣΥΜΠΙΕΣΗΣ
Ιδανικός πρότυπος κύκλος DIESEL
Υποθέσεις ια ιδανικό πρότυπο κύκλο Diesel Το εραζόμενο μέσο είναι ιδανικό (ή τέλειο) αέριο Η συμπίεση και η εκτόνωση είναι αδιαβατικές (δεν εναλλάσεται θερμότητα με το περιβάλλον) Η καύση ίνεται υπό σταθερή πίεση Η αποβολή θερμότητας ίνεται υπό σταθερό όκο Ο παραπάνω κύκλος είναι θερμοδυναμικός και όχι πραματικός
: Ισεντροπική συμπίεση αέρα. Ο βαθμός συμπίεσης είναι : Στη διερασία έχουμε : 3 : Προσθήκη θερμότητας υπό σταθερή πίεση κατά τον λόο αποκοπής (ή λόο φορτίου). Στη διερασία 3 έχουμε : ε Τ ε P P 3 α 3 3 3 R P
α 3 3 R P 4 4 3 4 3 3 4 α ε α ε α ε α 4 : Αποβολή θερμότητας υπό σταθερό όκο. Ο θερμικός βαθμός απόδοσης 3 4 3 4 3 3 Q Q Q Q Q Q W n D ( ) 4 4 4 C d C Q 3 4 : Αδιαβατική εκτόνωση έως τον αρχικό όκο.
3 4 3 4 ) ( ) ( c c n p D ε 3 ε α α 3 4 3 3 4 ε α Από τις παραπάνω εξισώσεις αδιαβατικών μεταβολών συνεπάεται ότι : ( ) α α ε ε ε α α n D n D
AΠΟΔΟΣΗ ΙΔΑΝΙΚΟΥ ΚΥΚΛΟΥ DIESEL % ΘΕΡΜΙΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ 80 70 60 50 40 30 0 0 Κύκλος Otto α6 α0 αε α4 0 5 9 3 7 5 ΒΑΘΜΟΣ ΣΥΜΠΙΕΣΗΣ
Μεικτός κύκλος ΜΕΚ
Ο μεικτός κύκλος ΜΕΚ συνδιάζει τον κύκλο του Otto και τον κύκλο του Diesel ως προς τη διερασία της καύσης, μια που σε πραματικό βενζινοκινητήρα ή πετρελαιοκινητήρα η καύση δεν ίνεται ούτε απόλυτα υπό σταθερή πίεση ούτε απόλυτα υπό σταθερό όκο.
Εξιδανικευμένος πραματικός κύκλος OO
Στον εξιδανικευμένο πραματικό κύκλο του Otto, εξιδανικεύεται η διερασία της εισαωής μίματος και της εξαωής καυσαερίων με ισοβαρείς ραμμές, δηλ. ανοείται η υποπίεση στην εισαωή και η υπερπίεση στην εξαωή.
Εξιδανικευμένος κύκλος σε μερικό φορτίο(p e >Pi)
Εξιδανικευμένος υπερπληρούμενος κύκλος
Εξιδανικευμένοι κύκλοι αέρα-καυσίμου
Εξιδανικευμένοι κύκλοι αέρα-καυσίμου Στους κύκλους αυτούς λαμβάνεται υπόψη ότι το εραζόμενο ρευστό δεν είναι ιδανικό αέριο, αλλά μίμα αερίων που ενώνονται με εξισώσεις χημικών αντιδράσεων. (α) Καύση υπό σταθερό όκο (β) Καύση υπό σταθερή πίεση () Καύση υπό περιορισμένη πίεση (δ) Λειτουρία σε μερικό φορτίο (P i < P e ) (ε) Λειτουρία με υπερπλήρωση (P i >P e )
Σύκριση εξιδανικευμένων κύκλων
Είδη απωλειών σε ΜΕΚ Διαρροή Ατελής καύση Φλόα προοδευτικής ανάπτυξης Απώλειες χρόνου, που είναι απώλειες εξ αιτίας της κίνησης του εμβόλου κατά τη διάρκεια της καύσης (Σχήμα Β) Απώλειες θερμότητας (Σχήμα C) Απώλειες εξαωής
Απώλειες κύκλων ΜΕΚ
Σύκριση πραματικού ιδανικού κύκλου
Πραματικός κύκλος βενζινοκινητήρα σε μερικό φορτίο
Λέοντας «πραματικός» κύκλος ΜΕΚ, δεν εννοούμε τον θερμοδυναμικό ή εξιδανικευμένο κύκλο, αλλά τον κύκλο της πραματικής μηχανής καθώς μετράται στο δυναμοδεικτικό διάραμμα πίεσης-όκου. Στον οριζόντιο άξονα βρίσκεται ο όκος εμβολισμού, ενώ στον κατακόρυφο η ενδεικνύμενο πίεση εντός του κυλίνδρου.
Εναλλαή αερίων σε 4-Χ ΜΕΚ
ΑΞ: Άνοιμα βαλβίδας εξαωής (πριν το ΚΝΣ) ΚΞ: Κλείσιμο βαλβίδας εξαωής ΑΣ: Άνοιμα βαλβίδας εισαωής ΚΣ: Κλείσιμο βαλβίδας εισαωής ΑΣ-ΚΞ: Περίοδος επικάλυψης βαλβίδων (μεταξύ κλεισίματος βαλβίδας εξαωής και ανοίματος βαλβίδας εισαωής)
Πραματικός κύκλος 4-Χ ΜΕΚ
Πραματικός κύκλος Σπειροειδές Διάραμμα Αναπαριστά τους χρόνους λειτουρίας σε συνάρτηση με τη ωνία στροφάλου. Η έναρξη και η λήξη των διερασιών δεν ίνονται στο ΑΝΣ και στο ΚΝΣ, αλλά σε ενδιάμεσες θέσεις της διαδρομής του εμβόλου.
Πραματικός κύκλος Σπειροειδές Διάραμμα Οι πλέον χαρακτηριστικές διαφορές των πραματικών διερασιών από τις θεωρητικές είναι οι εξής: Α) Το άνοιμα της βαλβίδας εισαωής πραματοποιείται στο σημείο Α, δηλαδή όταν ο άξονας του στροφάλου βρίσκεται σε θέση 0 έως 0 πριν το ΑΝΣ. Η βαλβίδα εξαωής παραμένει ανοικτή ια 0 έως 5 μετά το ΑΝΣ. Ηδιάταξη αυτή επιτρέπει τον καλύτερο καθαρισμό του κυλίνδρου από τα καυσαέρια. Β) Η βαλβίδα εισαωής κλείνει σε 30 έως 45 μετά την διέλευση του εμβόλου από το ΚΝΣ και όχι στο ΚΝΣ. Αυτό συμβάλλει στην εισροή μεαλύτερης ποσότητας αέρα στον κύλινδρο. Η πίεση στον κύλινδρο είναι μικρότερη της ατμοσφαιρικής όταν το έμβολο βρίσκεται στο ΚΝΣ. Έτσι επιτυχάνεται η περαιτέρω εισροή αέρα.
Πραματικός κύκλος Σπειροειδές Διάραμμα Γ) Η σπινθηροδότηση και η έναυση πραματοποιούνται σε θέση 0 έως 40 πριν το έμβολο φτάσει στο ΑΝΣ σημείο Γ. Με τον τρόπο αυτόν, το καύσιμο έχει το χρόνο να καεί σχεδόν τελείως όταν το έμβολο φτάσει στο ΑΝΣ ή λίο αρότερα, στο σημείο Δ. Τότε επιτυχάνεται η παραωή του μέιστου έρου από την εκτόνωση των καυσαερίων. Δ) Η βαλβίδα εξαωής ανοίει στο σημείο Ε, δηλαδή 35 έως 55 πριν το ΚΝΣ, έτσι ώστε τα καυσαέρια να αρχίσουν να εξέρχονται προς την ατμόσφαιρα έκαιρα.
Πραματικός κύκλος Σπειροειδές Διάραμμα Γενικά, λοιπόν, στους τετράχρονους βενζινοκινητήρες παρατηρούνται: Προπορεία στο άνοιμα της βαλβίδας εισαωής. Αροπορεία στο κλείσιμο της βαλβίδας εισαωής. Προπορεία στη σπινθηροδότηση που συνήθως ονομάζεται προανάφλεξη ή αβάνς (advance). Προπορεία στο άνοιμα της βαλβίδας εξαωής. Αροπορεία στο κλείσιμο της βαλβίδας εξαωής.
Πραματικός κύκλος Διάραμμα P- Πραματικές διερασίες: Α-Β: Εισαωή Β-Γ: Συμπίεση Γ-Δ: Καύση Δ-Ε: Εκτόνωση Ε-Κ-Α: Εξαωή
Πραματικός κύκλος -Χ ΜΕΚ
Εναλλαή αερίων σε -Χ ΜΕΚ
h ξ ( σ ξ ) h ουσιαστικός όκος h σ ( σ σ ) h συμβατικός όκος σ σ σχετικό άνοιμα εισαω ής (0,09 0,4 βραδύστροφοι 0, 0,8 ταχύστροφοι) σ ξ σχετικ ό άνοιμα εξαω ής (0, 0,30 βραδύστροφοι 0,8 0,40 ταχύστροφοι)