Az Otto-ciklus, leírja, hogyan alakítják a hőgépek a benzint mozgásba. Más termodinamikai ciklusokhoz hasonlóan ez a ciklus is kémiai energiát alakít hőenergiává, majd mozgásba. Az Otto-ciklus leírja, hogyan működnek a belsőégésű motorok (amelyek benzint használnak), mint például az autók és a fűnyírók.
Alkalmazás
Az Otto-ciklus biztosítja a legtöbb közlekedési eszköz energiáját, és nélkülözhetetlen volt a modern világ számára. Konkrétan a ma az utakon látható autók túlnyomó többsége az Otto-ciklust használja a benzin mozgásba való átalakítására. Minden olyan gép (a lista még hosszan folytatható lenne), amely benzint használ, az alábbiakban látható módon két motorkategóriába sorolható.
- Az Otto-ciklust használó motorok típusai
-
1. ábra. Kétütemű motor
-
2. ábra. Egy négyütemű motor
A motorok oldalain részletesen bemutatjuk egyedi mechanizmusaikat, és magyarázatot adunk arra, hogyan használják az Otto-ciklust, kissé módosítva.
Az ideális Otto-ciklus
A 3. ábrán az ideális Otto ciklus PV-diagramja (nyomás-térfogat diagram) látható. Ez a diagram azt modellezi, hogyan változik a munkafolyadék (benzin és levegő-tüzelőanyag) nyomás- és térfogatváltozása a szénhidrogének elégetése következtében, amely a dugattyú mozgását hajtja, hőt termel, hogy mozgást biztosítson a jármű számára. Vannak tágulási (megnövekedett térfogatú kamra) dugattyúmozgások – ezek akkor keletkeznek, amikor az égésből származó hőenergia felszabadul, ami a gáz által és a dugattyúban végzett munkát idézi elő. Ezzel szemben, amikor a dugattyú munkát végez a gázon, a motortér összenyomódik (csökken a térfogata).
Fontos megjegyezni, hogy a 3. ábra egy ideális folyamatot ábrázol minden olyan motor esetében, amely az Otto-ciklust használja. Egy benzinmotor alapvető működési lépéseit írja le. Az Otto-ciklus PV-diagramjának kétütemű és négyütemű motorra vonatkozó, reálisabb helyzetet ábrázoló enyhe módosítását a megfelelő oldalakon ismertetjük. A motor által végzett munka kiszámítható a zárt ciklus területének megoldásával.
A következőkben ismertetjük, hogy mi történik a PV-diagram egyes lépései során, amelyekben a munkafolyadék – a benzin és a levegő (oxigén) – elégetése megváltoztatja a dugattyú mozgását:
Zöld vonal: A szívási fázisnak nevezett fázisban a dugattyú lefelé húzódik, hogy a kamra térfogata megnövekedjen, hogy “beszívhassa” az üzemanyag-levegő keveréket. A termodinamika szempontjából ezt izobár folyamatnak nevezik.
1-2. folyamat: Ebben a fázisban a dugattyú felfelé húzódik, hogy a kamrába belépett üzemanyag-levegő keveréket össze tudja sűríteni. A kompresszió hatására a keverék nyomása és hőmérséklete kissé megnő – hőcsere azonban nem történik. A termodinamika szempontjából ezt adiabatikus folyamatnak nevezik. Amikor a ciklus eléri a 2. pontot, akkor találkozik az üzemanyag a gyújtógyertyával, hogy meggyulladjon.
2-3. folyamat: Itt következik be az égés a tüzelőanyagnak a gyújtógyertya általi begyújtása következtében. A gáz elégetése a 3. pontnál fejeződik be, ami egy nagy nyomású kamrát eredményez, amelyben sok hő (hőenergia) keletkezik. A termodinamika szempontjából ezt izokorikus folyamatnak nevezik.
3-4. folyamat: A kamrában az égés eredményeként keletkező hőenergiát a dugattyúval végzett munkára használjuk fel – ami a dugattyút lefelé nyomja, növelve a kamra térfogatát. Ezt a folyamatot teljesítménytüzelésnek is nevezik, mivel ekkor a hőenergiát mozgásba hozzák, hogy a gépet vagy járművet meghajtják.
Lila vonal (4-1. folyamat és kipufogási fázis): A 4-1. folyamatból az összes hulladékhő távozik a motortérből. Ahogy a hő távozik a gázból, a molekulák veszítenek mozgási energiát, ami a nyomás csökkenését okozza. Ezután következik a kipufogási fázis, amikor a kamrában maradt keveréket a dugattyú összenyomja, hogy a nyomás változása nélkül “kifújja”.
További olvasnivalók
- Kétütemű motor és négyütemű motor
- Hőmotor
- PV-diagram
- égés
- Benzin
- Dízel vs. benzinmotor
- Vagy fedezzen fel egy véletlenszerű oldalt!
- Egy részleges lista a motorkerékpárokat, kisteherautókat, furgonokat, terepjárókat, fűnyírókat, személygépkocsikat, sok hajót és még néhány hordozható generátort is tartalmaz.
- Wikimedia Commons , Elérhető:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Two-Stroke_Engine.gif
- “File:4StrokeEngine Ortho 3D Small.gif – Wikimedia Commons”, Commons.wikimedia.org, 2018. . Elérhető: https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3A4StrokeEngine_Ortho_3D_Small.gif.
- Wikimedia Commons , Elérhető: https://en.wikipedia.org/wiki/Otto_cycle#/media/File:P-V_Otto_cycle.svg
- Internal Combustion Engine Basics”, Energy.gov, 2018. . Elérhető: https://www.energy.gov/eere/vehicles/articles/internal-combustion-engine-basics. .
- I. Dinçer és C. Zamfirescu, “Fejlett energiatermelő rendszerek. London, UK: Academic Press is an imprint of Elsevier, 2014, 266. o.