Ciclo Otto

Il ciclo Otto, descrive come i motori termici trasformano la benzina in movimento. Come altri cicli termodinamici, questo ciclo trasforma l’energia chimica in energia termica e poi in movimento. Il ciclo Otto descrive come funzionano i motori a combustione interna (che usano la benzina), come le automobili e i tosaerba.

Applicazione

Il ciclo Otto fornisce l’energia per la maggior parte dei trasporti ed era essenziale per il mondo moderno. In particolare, la stragrande maggioranza delle automobili che si vedono sulla strada oggi usano il ciclo Otto per convertire la benzina in movimento. Qualsiasi macchina (la lista continuerebbe) che usa la benzina si divide in due categorie di motori come si vede qui sotto.

• Tipi di motori che usano il ciclo Otto
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  Figura 1. Un motore a due tempi

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  Figura 2. Un motore a quattro tempi

Le pagine dei motori forniranno dettagli sui loro meccanismi unici, e una spiegazione su come usano il ciclo Otto, che è leggermente modificato.

Il ciclo Otto ideale

Figura 3. Il diagramma pressione-volume di un processo Otto Cycle ideale. Consiste di due processi isocorici, due adiabatici e due isobarici (per l’aspirazione e lo scarico)

Il diagramma PV (diagramma pressione-volume) del ciclo Otto ideale è mostrato nella figura 3. Questo diagramma modella come cambiano i cambiamenti di pressione e di volume del fluido di lavoro (benzina e aria combustibile) a causa della combustione di idrocarburi che alimenta i movimenti di un pistone, creando calore, per fornire il movimento ad un veicolo. Ci sono movimenti del pistone di espansione (camera di volume aumentato), causati quando l’energia termica viene rilasciata dalla combustione che induce il lavoro fatto dal gas e sul pistone. Al contrario, quando il pistone fa lavoro sul gas, la camera del motore viene compressa (diminuzione del volume).

È importante notare che la figura 3 rappresenta un processo ideale per qualsiasi motore che utilizza il ciclo Otto. Descrive le fasi di lavoro di base in un motore a benzina. La leggera modifica che rappresenta una situazione più realistica del diagramma PV del ciclo Otto per un motore a due tempi e a quattro tempi è spiegata nelle rispettive pagine. Il lavoro fatto dal motore può essere calcolato risolvendo l’area del ciclo chiuso.

Il seguente descrive ciò che accade durante ogni fase sul diagramma PV, in cui la combustione del fluido di lavoro – benzina e aria (ossigeno) – cambia il movimento del pistone:

Linea verde: Chiamata fase di aspirazione, il pistone è tirato verso il basso per permettere al volume della camera di aumentare in modo da poter “aspirare” una miscela aria-carburante. In termini di termodinamica, questo è indicato come un processo isobarico.

Processo da 1 a 2: Durante questa fase il pistone viene tirato su, in modo da poter comprimere la miscela aria-carburante entrata nella camera. La compressione fa aumentare leggermente la pressione e la temperatura della miscela, ma non c’è scambio di calore. In termini di termodinamica, questo viene definito un processo adiabatico. Quando il ciclo raggiunge il punto 2, è allora che il carburante viene incontro alla candela per essere acceso.

Processo da 2 a 3: è qui che avviene la combustione dovuta all’accensione del combustibile da parte della candela. La combustione del gas è completa al punto 3, il che si traduce in una camera altamente pressurizzata che ha molto calore (energia termica). In termini di termodinamica, questo è indicato come un processo isocorico.

Processo da 3 a 4: L’energia termica nella camera come risultato della combustione è usata per fare lavoro sul pistone – che spinge il pistone verso il basso – aumentando il volume della camera. Questo è anche conosciuto come la “power stoke”, perché è quando l’energia termica viene trasformata in movimento per alimentare la macchina o il veicolo.

Linea viola (da processo 4 a 1 e fase di scarico): Dal processo 4 a 1, tutto il calore residuo viene espulso dalla camera del motore. Come il calore lascia il gas, le molecole perdono energia cinetica causando la diminuzione della pressione. Poi la fase di scarico avviene quando la miscela rimanente nella camera viene compressa dal pistone per essere “scaricata” fuori, senza cambiare la pressione.

Per ulteriori letture

• Motore a due tempi e motore a quattro tempi
• Motore a calore
• Diagramma PV
• Combustione
• Benzina
• Motore diesel vs benzina

• O esplora una pagina casuale!