526 2

14. ELEKTROWNIE Z SILNIKAMI SPALINOWYMI TŁOKOWYMI

14.1.2. Silniki spalinowe z zapłonem iskrowym

Pierwszy czterosuwowy silnik z zapłonem iskrowym skonstruował w 1876 roku niemiecki inżynier Nikolaus Otto. Porównawczy (teoretyczny) obieg silnika spalinowego tłokowego z zapłonem iskrowym, przedstawiony na rysunku 14.1, nosi dlatego także nazwę obiegu Otto. Tłok silnika w martwym położeniu, któremu na wykresie (rys. 14.1) odpowiada punkt 1, odcina pod głowicą cylindra objętość V₀, zwaną przestrzenią kompresyjną, wypełnioną mieszanką paliwowo-powietrzną o ciśnieniu pi. Zapłon iskry elektrycznej powoduje wybuch i wydzielenie ciepła, przy czym prędkość zapłonu jest tak wielka, że można przyjąć, iż tłok podczas wybuchu w martwym położeniu był nieruchomy, tzn. ciepło jest dostarczane izochorycznie.

Rys. 14.1. Obieg silnika spalinowego z zapłonem iskrowym (Otto) w układzie p-V i T-s

Pod wpływem dostarczonego ciepła q_d i związanego z tym wzrostu ciśnienia z p\ do p₂ tłok posuwa się w prawo, oddając pracę (rozprężanie adiabatyczne 2-3) za pomocą mechanizmu korbowego na wał i koło zamachowe, aż osiągnie drugie skrajne położenie martwe, odpowiadające na wykresie punktowi 3. Wówczas otwiera się zawór wydechowy i spaliny wypływają na zewnątrz silnika, gdzie panuje ciśnienie p₄. Następuje zatem nagłe wyrównanie ciśnień, a przy ruchu powrotnym tłoka do punktu 5 reszta spalin zostaje usunięta na zewnątrz. W tym momencie otwiera się zawór dolotowy, poprzez który silnik - wykorzystując energię zakumulowaną w kole zamachowym - zasysa mieszankę (suw ssania 5-4), a po zaniknięciu zaworu spręża ją adiabatycznie od ciśnienia p_Ą do ciśnienia p_x (suw sprężania 4-1).

W ten sposób obieg został zamknięty i cały cykl powtarza się od nowa. Ilość ciepła q_d dostarczonego do obiegu oraz q„ odprowadzonego z obiegu w przemianach izochorycznych można wyrazić zależnościami

q_d = c_v(T₂- 7j); q_n = c_v(T₃-T₄)    (14.1)

526