Циклы двигателей внутреннего сгорания: Циклы двигателей внутреннего сгорания (ДВС). «ТЕПЛОТЕХНИКА. КУРС ЛЕКЦИЙ», Скрябин В.И

Теоретические циклы двигателей внутреннего сгорания

При анализе
термодинамических циклов делаются
следующие допущения:

    1. химический состав
      и количество рабочего тела – постоянны;

    2. процесс горения
      топлива заменен обратимым процессом
      подведения
      теплоты;

    3. выпуск продуктов
      сгорания заменен обратимым процессом
      отведения
      теплоты в
      окружающую среду;

    4. температура
      рабочего тела не зависит от температуры
      окружающей среды;

    5. рабочее тело
      находится в равновесии с источником
      теплоты и охладителем (окружающей
      средой).

Основные циклы
ДВС:

    • со смешанным
      подводом теплоты при постоянном объеме
      и давлении (цикл Сабатэ) – отражает
      процесс
      дизеля без
      компрессора,
      который
      наиболее близок к реальным условиям
      сгорания топлива;

    • с подводом теплоты
      при постоянном давлении (цикл Дизеля)
      – отражает процесс тихоходного дизеля;

    • с подводом теплоты
      при постоянном объеме (цикл отто)
      – отражает процесс двигателя быстрого
      сгорания (карбюраторного и газового).

    Теоретические
    циклы, давая максимально возможное
    превращение теплоты в работу при
    приведенных выше условиях, схематизируют
    действительные явления и позволяют
    изучать эти явления, отмечая главные
    факторы, которые влияют на экономику
    этих явлений.

    Цикл
    со смешанным (комбинированным) подводом
    теплоты
    (рисунок
    1)

    смешанный
    цикл,
    в котором подвод теплоты осуществляется
    частично при v
    = const, а частично при р = const был предложен
    советским инженером Г.В. Тринклером.
    Работающие по этому циклу двигатели
    называются без компрессорными дизелями.
    в
    настоящее время дизели строятся только
    с комбинированным
    подводом тепла.

    По этой схеме цикла
    ДВС работают с внутренним смесеобразованием
    и воспламенением
    рабочей смеси.

    Рисунок
    1– Смешанный цикл ДВС в pv и Ts координатах

    В этом виде цикла
    (рисунок 1) в процессе 1-2 происходит
    адиабатное сжатие рабочего тела, после
    чего подводится теплота сначала при v
    =const (линия 2-3), а затем при р = const (линия
    3-4). Далее происходит адиабатное расширение
    (линия 4-5) и, наконец, отвод теплоты при
    v =const (линия 5-1).

    Процессы всасывания
    (линия 0-1) и выхлопа (линия 1-0) в термодинамике
    не рассматриваются, так как это
    механические процессы.

    Характеристики
    цикла:

    ;
    (2)

    .
    (3)

    Термический кпд
    цикла (см.
    прямой цикл Карно –
    )

    ;
    (4)

    и
    ;
    (5)

    термический
    КПД:
    ,
    если поделить числитель и знаменатель
    на на сv,
    то получим:

    .
    (6)

    Выразим T2,
    T3,
    T4,
    T5
    через T1.

    Рассмотрим процессы.

    1-2 – процесс
    адиабатического сжатия:

    T2
    = T1ε
    k
    – 1
    .
    (7)

    2-3 – процесс нагрева
    при ν
    = const:

    ;

    T3
    = T2λ;

    T3
    =T1ε
    k
    – 1
    λ.
    (8)

    3-4 – процесс нагрева
    при р= const:

    ;

    T4
    = T3ρ;

    T4
    = T1ε
    k
    – 1
    λρ;
    (9)

    4-5 – процесс
    адиабатического расширения:
    ,

    v5
    = v1,
    а v4
    = v2,
    тогда
    .

    .
    (10)

    Подставив в формулу
    (6) t2,t3,t4,T5
    через
    t1
    из
    формул (7), (8), (9), (10) получим:

    .
    (11)

    из
    уравнения (11) видно, что ηt
    растет с увеличением ε и k.

    Таблица 1 – Значения
    р2
    и T2при различных
    значениях ε

    k

    ε

    8

    9

    12

    13

    14

    15

    16

    17

    1,30

    p2

    13,42

    15,70

    22,70

    25,20

    27,80

    30,30

    33,00

    35,80

    T2

    708

    734

    801

    822

    840

    856

    873

    889

    1,35

    p2

    14,90

    17,50

    25,70

    28,80

    31,80

    34,90

    38,20

    41,40

    T2

    795

    850

    901

    932

    956

    980

    1
    004

    1
    020

    Цикл с подводом
    теплоты при постоянном давлении

    в
    таких
    двигателях топливо распыляется сжатым
    воздухом.

    если
    сжимать один воздух, а топливо вводить
    в цилиндр после сжатия, то степень сжатия
    может быть значительно большей. Такая
    схема применяется в дизель-моторах, и
    была предложена инженером Дизелем в
    1897 г.

    в
    цикле с подводом тепла при
    р = const
    первоначальное
    состояние рабочего тела в pv-координатах
    характеризуется точкой 1 (рисунок 2).

    В течение первого
    хода справа налево совершается сжатие
    воздуха, которое происходит без
    теплообмена с внешней средой (линия
    1-2). На участке 2-3 к рабочему телу подводится
    тепло q1
    таким
    образом, что давление при этом остается
    постоянным (так как увеличивается
    объем), что приближенно соответствует
    реальным условиям сгорания трудно
    сгораемого топлива.

    Дальнейшее
    расширение рабочего тела (линия 3-4)
    происходит без теплообмена с внешней
    средой (по адиабате). Для приведения
    рабочего тела в первоначальное состояние
    1, от него отводится тепло q2
    при v =const
    (линия 4-1).

    Рисунок
    2 – Цикл ДВС в pv и Ts- координатах с подводом
    тепла при р = const

    Теоретический
    цикл – (1-2-3-4).
    процессами
    0-1 (процесс
    всасывания) и 1- 0
    (процесс
    выхлопа) –
    пренебрегают, считая, что в цилиндре
    находится

    постоянное
    количество газа (механические процессы).

    В рассматриваемом
    цикле степень
    повышения
    давления
    при сгорании топлива
    .

    Основные величины
    этого цикла:

    (12)

    Тогда подставив
    в уравнение (173) λ = 1 в ηt
    цикла с комбинированным подводом теплоты
    получим:

    .
    (13)

    Выводы:

    1. термический КПД
      двигателя Дизеля зависит от степени
      предварительного расширения

      ρ и с
      увеличением 
      уменьшается экономичность цикла;

    2. с увеличением
      степени сжатия ε увеличивается
      термический КПД цикла.

    Таблица 2– Значения
    термического КПД цикла Дизеля при
    различных значениях и k
    = 1,35

    ε

    10

    12

    14

    16

    18

    ρ
    = 1,5

    ηt

    0,52

    0,54

    0,57

    0,59

    0,61

    ρ
    = 2,1

    ηt

    0,49

    0,52

    0,55

    0,57

    0,58

    ρ
    = 2,5

    ηt

    0,46

    0,49

    0,52

    0,54

    0,56

    Цикл с подводом
    теплоты при постоянном объеме

    Page not found — kilheat

    Unfortunately the page you’re looking doesn’t exist (anymore) or there was an error in the link you followed or typed. This way to the home page.

    • Главная
    • Высокотемпературные теплотехнологические установки
      • Теоретическая часть
      • Практическая часть
      • Лабораторные работы
      • Курсовой проект
    • Термодинамические циклы АЭС
      • Теоретическая часть
        • Идельные газы
        • Двигатели
        • Турбины газовые
        • Реальные газы
        • ПСУ и ПГУ
        • Холодильники
        • Влажный воздух
      • Практическая часть
      • Лабораторные работы
    • Тепломассообмен в ядерных энергетических установках
    • Проектирование и эксплуатация промышленных печей
    • Теплотехника
      • ГПА
      • ГТУ и ПГУ
    • Дипломникам
    • Гостевая книга
    • Обратная связь

    • 02/09/2017 — Взрыв на АЭС во Франции
    • 12/14/2016 — Отказавшимся от распределения теперь нужно будет возвращать меньше денег государству
    • 09/30/2016 — После поставки для БелАЭС нового корпуса реактора, сроки строительства сдвинутся минимум на 2 года
    • 04/27/2016 — Правительство утвердило план укрепления экономической безопасности
    • 01/27/2016 — В Новогрудке построили 5 ветряков
    • 12/17/2015 — Скоро в БНТУ будет еще больше китайских студентов или Китай строит студенческое общежитие для БНТУ бесплатно
    • 10/21/2015 — БНТУ попал в рейтинг лучших вузов Восточной Европы и Центральной Азии
    • 01/24/2015 — Реальная история применения солнечных батарей в Беларуси
    • 01/08/2015 — Студентов с этого года начнут тестировать на предрасположенность к наркотикам и алкоголю
    • 10/22/2014 — Как обычно включают в Минске отопление
    • 09/16/2014 — Фотоэлектрическая станция в Беларуси
    • 04/01/2014 — Белорусскую АЭС строят с опережением
    • 01/09/2014 — БНТУ занял второе место в рейтинге вузов страны
    • 11/06/2013 — Белорусская АЭС: начались бетонные работы
    • 10/03/2013 — Авария на Новополоцкой ТЭЦ
    • 09/25/2013 — В Германии изобрели новую эффективную солнечную батарею
    • 04/16/2013 — Энергетика «с элементами банды и мафии»
    • 01/12/2013 — История первой минской электростанции
    • 12/15/2012 — Проект для Белорусской АЭС
    • 11/09/2012 — Оплата задолженностей по учебе
    • 09/22/2012 — Максимальная стипендия выросла до 680 тыс.
    • 09/20/2012 — «Учебный» корпус для отдыха
    • 07/09/2012 — Нашу энергетику ждут реформы!
    • 06/08/2012 — В Минске увеличится количество мест, где курение запрещено
    • 05/31/2012 — Стоимость обучения опять повысят?
    • 05/11/2012 — В Японии больше нет атомной энергетики
    • 04/04/2012 — Компенсация студентам за поездки домой
    • 04/02/2012 — C ростом базовой величины выросла плата за общежития
    • 03/28/2012 — Япония заглушила предпоследний ядерный реактор
    • 03/28/2012 — Отказ от распределения-больше не нарушение!
    • 03/20/2012 — Бесплатный проезд для студентов отменят
    • 03/14/2012 — Первая…и последняя сессия
    • 03/02/2012 — В котельной на территории филиала «Добрушская бумажная фабрика» произошел взрыв
    • 02/29/2012 — Будьте осторожны с компанией Startravel!
    • 02/21/2012 — Вторая АЭС в Беларуси?
    • 02/16/2012 — Заглянуть на Минские ТЭЦ
    • 02/13/2012 — Мировой рейтинг сайтов вузов 2012
    • 02/13/2012 — За что можно получить скидку на платное обучение?
    • 02/03/2012 — Повышению стоимости обучения в БНТУ быть!
    • 02/01/2012 — Выставка шпаргалок в Екатеринбурге
    • 02/01/2012 — Самые «грязные» города Беларуси
    • 01/31/2012 — О кандидатах, докторах и PhD в Беларуси и Европе
    • 01/31/2012 — Беларусь не приняли в Болонский процесс
    • 01/22/2012 — Авария теплосетей в Бобруйске
    • 01/20/2012 — Нескучная энергетика
    • 01/20/2012 — Плату за учебу опять планируют повысить!
    • 01/20/2012 — Новый раздел

    Аткинсон, Миллер или Отто: объяснение циклов внутреннего сгорания

    Несмотря на широкое использование в качестве движущей силы, четырехтактный двигатель ни в коем случае не является современным изобретением. Фактически, основные функциональные компоненты в этой форме внутреннего сгорания граничат с архаичностью, если их рассматривать в контексте.

    Проследите его длинную историю достаточно далеко, и вы найдете первый двигатель «Отто», появившийся на сцене в эпоху, когда лошадиные силы буквально означали то, что влечет за собой название. Шел 1876 год, и немецкий инженер по имени Николаус Отто придумывал революционный механизм, который украсил бы все, от сборочных линий и персональных транспортных средств до дизельных боевых танков и грузовиков, доставляющих наши продукты.

    Это устройство на десятилетия опередило свое время, полагалось на подачу воздуха и внутреннее сгорание для создания энергии за счет сжатия, и не требовало использования хлыста, чтобы набрать скорость. Изобретение, которое почти в одночасье принесло известность немецкому ученому, подготовило почву для рождения «автомобиля» и эволюции каждого четырехтактного двигателя внутреннего сгорания на сегодняшний день.

    Но прежде чем слишком углубляться во все грязные детали, которые делают более современные двигатели Миллера и Аткинсона превосходящими оригинальную конструкцию Отто, мы должны сначала воздать должное блестящей силовой установке, которая привела нас к этому моменту.

    По сегодняшним меркам грубо сколоченное хитроумное приспособление, оригинальный четырехтактный двигатель Otto имел рейтинг топливной экономичности, с которым могли соперничать только его ужасные показатели мощности, и мощность выхлопа, которая выбрасывала больше свинца, чем щелчок Грязного Гарри. Тем не менее, если бы не этот устаревший дизайн, современный автомобиль, вероятно, был бы совсем другим…

    Первоначальная четырехтактная конструкция Otto была такой же громоздкой и неэффективной, как и раньше… но она работала. При закрытии впускного клапана до начала такта сжатия вся длина цилиндра использовалась для захвата и сжатия воздушно-топливной смеси и выработки мощности. Фото: вождение 4 ответа / YouTube

    Отто!

    Для тех из вас, кто только что присоединился к нам и немного не знаком со всей стороной схем четырехтактных двигателей внутреннего сгорания, вот несколько основ и немного интересной истории, которые помогут вам освоиться.

    Во-первых, он не зря называется четырехтактным двигателем . Формула Николауса Отто включала четыре ключевых этапа процесса производства энергии, и все они до сих пор используются в бензиновых силовых установках с поршневым двигателем. Фантастическая четверка, которая фокусируется на тактах впуска, сжатия, сгорания и выпуска.

    Вот уже более века эти основные компоненты обеспечивают такую ​​форму срока службы двигателя, и даже сегодня большая часть оригинальной четырехтактной конструкции Otto все еще используется в более современных двигателях, работающих по циклу Аткинсона и Миллера. Коленчатый вал, шатуны, поршни, клапаны, камеры сгорания, впускной коллектор, распределительный вал, топливные форсунки, выпускной коллектор… все они остались на месте. Они просто легче, прочнее и эффективнее, чем когда-либо.

    В идеальном цикле Отто топливно-воздушная смесь вводится во время такта впуска и сжимается до гораздо более низкой степени сжатия (около 8:1), а затем воспламеняется от искры. Горение приводит к резкому скачку давления, в то время как объем остается практически постоянным. Продолжение цикла, включая процессы расширения и выхлопа, по существу идентично циклу идеального дизеля. — Первый закон термодинамики для закрытых систем, Университет Огайо

    Но в то время как четырехтактный двигатель Старика Отто был революционным во многих отношениях, его запатентованная конструкция была довольно устаревшей и безумно неэффективной по сравнению с более современными конструкциями того времени. Такты сжатия и расширения, фазы впуска клапанов, фазы зажигания и низкокачественные внутренние компоненты — все это приводило к таким же (если не большим) паразитным потерям, как и к мощности.

    Кроме того, старик Отто позже был лишен своего патента, когда было обнаружено, что другой изобретатель придумал конструкцию до того, как он изобрел четырехтактный двигатель.

    Схематическое изображение оригинального четырехтактного двигателя Аткинсона, впервые запатентованного в 1882 году. Фото: Toyota Canada/YouTube ученый и инженер планеты искал способы улучшить четырехтактный двигатель Отто. Хотя он, возможно, никогда не станет таким известным (или богатым), как создатель четырехтактного двигателя, британский инженер Джеймс Аткинсон смог помочь в развитии современного двигателя внутреннего сгорания. Проблема заключалась в том, что Отто уже запатентовал конструкцию своего двигателя, поэтому потребовалось некоторое время, прежде чем Аткинсон смог придумать переделку, которая не нарушала бы оригинал.

    Запатентованная Аткинсоном в 1882 году четырехтактная конструкция, основанная на переменной длине хода, повышала эффективность и мощность по сравнению с традиционным двигателем Отто. В конструкции используется более короткий и эффективный такт сжатия, в то же время позволяя сгоранию воздействовать на поршень дольше за счет физически более длинного рабочего хода. Это стало возможным благодаря использованию многозвенных шатунов, обеспечивающих гораздо более эффективный термодинамический цикл в поршневой и маховиковой частях блока цилиндров. Это также позволяло всем четырем циклам двигателя происходить в пределах 360 градусов вращения коленчатого вала, в отличие от 720 градусов вращения коленчатого вала, необходимых в цикле Отто.

    Анимация цикла Аткинсона, автор Майкл Фрей

    Поначалу неудачный, двигатель Аткинсона получил заслуженную любовь более чем через столетие после своего выпуска, во многом благодаря появлению гибридов и модификации цикла Аткинсона для работы с ним. менее сложный двигатель в стиле Отто. Проблема с дизайном Аткинсона заключалась в том, что его более высокие рейтинги эффективности были связаны с меньшим количеством бодрости духа на более низких скоростях. С введением вспомогательного двигателя или аккумуляторной батареи цикл Аткинсона может достигать своей оптимальной рабочей скорости гораздо быстрее, в свою очередь, беря на себя то, где электрическая система гибрида имеет тенденцию к снижению.

    Но так как в то время никто особо не заботился о показателях эффективности или ценах на топливо, а заботился только о максимально возможной мощности, цикл Аткинсона был отложен как бессмысленное решение.

    Сегодня в двигателях с маркировкой «цикл Аткинсона» в основном используется модифицированный цикл Аткинсона, в котором такт сжатия укорачивается за счет того, что впускной клапан остается открытым во время начала сгорания для сброса давления, в отличие от механически более короткого хода. Однако это не настоящий цикл Аткинсона, так как все четыре стадии происходят только при 720 градусах вращения коленчатого вала. Фото предоставлено: Toyota Canada/YouTube

    Время Миллера!

    Следующее большое изменение произошло в 1957 году, когда американец по имени Ральф Миллер запатентовал собственный двигатель. Он назывался «двигатель цикла Миллера» и был в равной степени простым и умным.

    Используя улучшения такта сжатия двигателя Аткинсона и используя гораздо более простую конструкцию шатуна, Миллер смог еще больше повысить эффективность четырехтактного двигателя. Хитрость заключалась в том, чтобы позволить впускному клапану оставаться открытым еще дольше, что обычно соответствует первым 20–30 процентам такта сжатия, и компенсировать потери сжатия с помощью принудительной индукции.

    Позволяя поднимающемуся поршню такта сжатия выталкивать воздух обратно во впускной коллектор, сам цилиндр никогда не достигает максимальной производительности, но также снижает насосные потери. Несмотря на то, что эта конструкция оказывает негативное влияние на показатели производительности на более низких скоростях, показатели эффективности воспламенения значительно увеличиваются, когда этот поршень начинает опускаться. Результат? Более короткий ход впуска с меньшей мощностью и полный нисходящий «рабочий ход» для более оптимального процесса сжатия.

    Mazda является одним из немногих автопроизводителей, которые производят двигатели, основанные исключительно на четырехтактном двигателе, работающем по циклу Миллера. Фото предоставлено: Mazda

    Поскольку двигатель Миллера держит впускной клапан открытым, когда начинается такт сжатия, возврат поршня вверх (также известный как «процесс расширения») выталкивает любые остатки процесса сгорания обратно во впускной коллектор. Это отчасти объясняет, почему такие вещи, как клапаны рециркуляции отработавших газов и маслоуловители, с годами стали настолько обычным явлением.

    Кроме того, в конструкцию Миллера был добавлен нагнетатель, чтобы компенсировать потери производительности, возникающие из-за выпуска впускного клапана. Но, как Nissan обнаружил во время разработки концепции HR12DDR, добавление нагнетателя также сделало двигатель более эффективным.

    Со временем некоторые автопроизводители начали находить способы заставить двигатели, работающие по циклу Миллера, работать без вентилятора. Такие компании, как Mazda, производили как варианты с наддувом, так и безнаддувные двигатели с циклом Миллера размером с пинту. Но ни один из этих автопроизводителей не добьется успеха, с которым столкнулся крупнейший из всех японских автопроизводителей, решивший поиграть с конструкциями циклов Миллера и Аткинсона.

    Иллюстрированное изображение четырехтактного цикла Миллера по сравнению с традиционной системой цикла Отто. Фото предоставлено: Nissan Motor Corporation

    Объединив наши четырехтактные мощности, мы будем… скучными

    Подобно арахисовому маслу, желе и тостам, это была комбинация циклов Миллера и Аткинсона в четырехтактном автомобиле старика Отто. идея двигателя, которая позволила добиться наиболее заметного прироста производительности и эффективности.

    Это было в конце 1990-х годов, и Toyota только что представила свой двигатель 1NZ-FXE. Дизайн, который опирался на обе формы четырехтактного гения для максимальной производительности и расхода бензина, но заменил дополнительный нагнетатель гибридным газоэлектрическим двигателем. Автомобиль назывался Toyota Prius, и он в одиночку сделал модифицированный цикл Аткинсона-Миллера именем нарицательным. Конструкция оказалась настолько надежной, что в конце концов ее стали ставить на каждый двигатель со значком гибридного автомобиля Toyota.

    В сочетании с такими вещами, как непосредственный впрыск, регулируемое время клапана (VVT) и компьютеризированный мониторинг рециркуляции отработавших газов (EGR), модифицированный цикл Аткинсона, в частности, быстро стал широко используемой конструкцией двигателя «на лету», поскольку он только реализуется по мере необходимости. Это приводит к большей мощности на низких оборотах, лучшим показателям эффективности по всем направлениям и меньшему износу внутренних частей двигателя с течением времени.

    Toyota Prius первого поколения была первой в своем роде, в которой использовались четырехтактные схемы Аткинсона и Миллера, а гибридная батарея служила дополнительным источником питания для ускорения на низких скоростях. Кредит Фотографии: Тойота Великобритания

    Теперь, что касается цикла четырехтактного двигателя в стиле Миллера, эта конструкция недавно пережила возрождение благодаря Mazda… снова. В то время как японский автопроизводитель впервые получил известность за использование роторного двигателя Ванкеля, установка двигателя в стиле Миллера на наддувную (и отвратительно выглядящую) Millenia была еще одним из его революционных нововведений. И теперь Mazda вернула этот дизайн из мертвых (снова…) в своей последней и величайшей программе двигателей Skyactiv.

    Называемый двигателем «Skyactiv-X», этот двигатель сочетает в себе малюсенький нагнетатель Рутса и четырехтактный силовой цикл в стиле Миллера, а также искровое воспламенение от сжатия для создания бодрости духа. Дизайн, очень похожий на безнаддувную альтернативу Atkinson, опирается на усовершенствованный четырехтактный дизайн, изначально разработанный свергнутым отцом современного двигателя, г-ном Николаусом Отто.

    Двигатель внутреннего сгорания — цикл Отто — Исследовательский центр Гленна

    Братья Райт использовали бензиновый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания для приведения в движение своего самолета. В двигателе внутреннего сгорания топливо и воздух воспламеняются внутри цилиндра. Горячий выхлопной газ толкает поршень в цилиндре, который соединен с коленчатым валом для выработки мощности. Сгорание топлива не является непрерывным процессом, а происходит очень быстро через равные промежутки времени. Между зажиганиями части двигателя движутся в повторяющейся последовательности, называемой циклом. Двигатель называется четырехтактным, потому что за один цикл совершается четыре движения (хода) поршня. Конструкция братьев была основана на ранних конструкциях автомобильных двигателей, в которых использовался цикл Отто, разработанный немцем доктором Н. А. Отто в 1876 году.

    Конструкция братьев очень проста по сегодняшним меркам, поэтому это хороший двигатель для изучения студентами основ работы двигателя. В работе двигателя есть две основные части: механическая работа частей двигателя и термодинамика, посредством которой двигатель производит работу и мощность. На этой странице мы обсудим основные термодинамические принципы, а на отдельной странице мы представляем термодинамический анализ , который позволяет проектировать и прогнозировать характеристики двигателя.

    Термодинамика — это раздел физики, изучающий энергию и работу системы. Он родился в 19 веке, когда ученые впервые открыли, как строить и эксплуатировать паровые двигатели. Термодинамика имеет дело только с крупномасштабной реакцией системы, которую мы можем наблюдать и измерять в экспериментах. Основные идеи термодинамики преподаются на уроках физики в старших классах, поэтому братья Райт знали и использовали эти концепции, особенно при проектировании своих двигателей.

    Мы разбили цикл Отто на шесть пронумерованных этапов, основанных на механической работе двигателя. На каждом этапе мы показываем разрез цилиндра, чтобы показать движение поршня и количество объема газа, создаваемого головкой поршня и цилиндром справа от головки поршня. На рисунке показан график зависимости давления от объема газа на протяжении одного цикла. Цикл начинается в левом нижнем углу, при этом этап 1 является началом такта впуска двигателя. Давление близко к атмосферному давлению, а объем газа минимален, а поршень в цилиндре находится далеко справа. Между этапом 1 и этапом 2 поршень перемещается влево, давление остается постоянным, а объем газа увеличивается по мере того, как топливно-воздушная смесь всасывается в цилиндр через впускной клапан (красный). На 2-й ступени такт сжатия двигателя начинается с закрытия впускного клапана. Между стадией 2 и стадией 3 поршень движется обратно вправо, объем газа уменьшается, а давление увеличивается, поскольку поршень совершает над газом работу. 3 стадия – начало сгорания топливно-воздушной смеси. Сгорание происходит очень быстро, и объем остается постоянным. При сгорании выделяется тепло, которое увеличивает как температуру, так и давление в соответствии с уравнением состояния. С четвертой ступени начинается рабочий такт двигателя. Между этапом 4 и этапом 5 поршень движется обратно влево, объем увеличивается, а давление падает, поскольку газ совершает работу над поршнем. На этапе 5 выпускной клапан (синий) открывается, и остаточное тепло газа обменивается с окружающей средой. Объем остается постоянным, а давление возвращается к атмосферным условиям. На шестой ступени начинается такт выпуска двигателя, во время которого поршень движется назад вправо, объем уменьшается, а давление остается постоянным. В конце такта выпуска условия возвращаются к Стадии 1, и процесс повторяется.

    Во время цикла работа над газом совершается поршнем между 2 и 3 ступенями. Работа совершается газом над поршнем между 4 и 5 ступенями. Разница между работой, совершаемой газом, и работой, совершаемой над газ показан желтым цветом и представляет собой работу, производимую циклом. Работа, умноженная на скорость цикла (количество циклов в секунду), равна мощности вырабатываемой двигателем. Площадь, ограниченная циклом на диаграмме p-V, пропорциональна работе, произведенной циклом. На этой странице мы показали идеальный цикл Отто, в котором тепло не поступает (или не уходит) в газ во время такта сжатия и рабочего такта, отсутствуют потери на трение и происходит мгновенное горение при постоянном объеме. В действительности идеального цикла не бывает, и каждый процесс связан со многими потерями.