De Otto-cyclus, beschrijft hoe warmtemotoren benzine in beweging omzetten. Net als andere thermodynamische cycli, zet deze cyclus chemische energie om in thermische energie en vervolgens in beweging. De Otto cyclus beschrijft hoe interne verbrandingsmotoren (die benzine gebruiken) werken, zoals auto’s en grasmaaiers.
Toepassing
De Otto cyclus levert de energie voor het meeste vervoer en was essentieel voor de moderne wereld. Met name de overgrote meerderheid van de auto’s die vandaag de dag op de weg te zien zijn, gebruiken de Otto Cyclus om benzine in beweging om te zetten. Elke machine (de lijst zou kunnen doorgaan en doorgaan) die benzine gebruikt zal worden onderverdeeld in twee categorieën van motoren zoals hieronder te zien is.
- Typen motoren die gebruik maken van de Otto Cyclus
-
Figuur 1. Een tweetaktmotor
-
Figuur 2. Een viertaktmotor
De pagina’s van de motoren geven details over hun unieke mechanismen, en een uitleg over hoe ze gebruik maken van de Otto Cyclus, die enigszins is aangepast.
De ideale Otto Cyclus
Het PV-diagram (druk-volumediagram) van de ideale Otto-cyclus is weergegeven in figuur 3. Dit diagram toont hoe de veranderingen in druk en volume van de werkvloeistof (benzine en luchtbrandstof) veranderen als gevolg van de verbranding van koolwaterstoffen die de bewegingen van een zuiger aandrijft, waarbij warmte wordt gecreëerd, om een voertuig in beweging te brengen. Er zijn uitzettingsbewegingen (grotere volumekamer) van de zuiger – veroorzaakt wanneer de thermische energie vrijkomt uit de verbranding – waardoor het gas en de zuiger gaan werken. Daarentegen, wanneer de zuiger werk verricht op het gas, wordt de motorkamer samengeperst (afnemend in volume).
Het is belangrijk op te merken dat figuur 3 een ideaal proces weergeeft voor elke motor die gebruik maakt van de Otto cyclus. Het beschrijft de basisstappen in de werking van een benzinemotor. De kleine wijziging die een meer realistische situatie weergeeft van het PV-diagram van de Otto Cyclus voor een tweetakt- en een viertaktmotor wordt uitgelegd op hun respectieve pagina’s. De door de motor verrichte arbeid kan worden berekend door de oppervlakte van de gesloten cyclus op te lossen.
Het volgende beschrijft wat er gebeurt tijdens elke stap op het PV-diagram, waarin de verbranding van de werkvloeistof-benzine en lucht (zuurstof), de beweging in de zuiger verandert:
Groene lijn: De zuiger wordt naar beneden getrokken om het volume in de kamer te vergroten, zodat hij een brandstof-luchtmengsel kan “innemen”. In termen van thermodynamica wordt dit een isobarisch proces genoemd.
Proces 1 tot 2: Tijdens deze fase wordt de zuiger omhoog getrokken, zodat hij het brandstof-luchtmengsel dat de kamer is binnengekomen, kan comprimeren. Door de compressie neemt de druk en de temperatuur van het mengsel iets toe, maar er vindt geen warmte-uitwisseling plaats. In termen van thermodynamica wordt dit een adiabatisch proces genoemd. Wanneer de cyclus punt 2 bereikt, komt de brandstof bij de bougie om tot ontbranding te worden gebracht.
Proces 2 tot 3: Hier vindt de verbranding plaats als gevolg van de ontsteking van de brandstof door de bougie. De verbranding van het gas is voltooid bij punt 3, wat resulteert in een kamer onder hoge druk die veel warmte (thermische energie) bevat. In termen van thermodynamica wordt dit een isochorisch proces genoemd.
Proces 3 tot 4: De thermische energie in de kamer als gevolg van de verbranding wordt gebruikt om arbeid te verrichten op de zuiger – waardoor de zuiger omlaag wordt gedrukt – waardoor het volume van de kamer toeneemt. Dit wordt ook wel de krachtstoot genoemd, omdat de thermische energie dan wordt omgezet in beweging om de machine of het voertuig aan te drijven.
Paarse lijn (proces 4 tot 1 en uitlaatfase): In proces 4 tot 1 wordt alle afvalwarmte uit de motorkamer afgevoerd. Terwijl de warmte het gas verlaat, verliezen de moleculen kinetische energie waardoor de druk afneemt. Vervolgens treedt de uitlaatfase in, wanneer het resterende mengsel in de kamer door de zuiger wordt samengeperst om “uitgeput” te worden, zonder dat de druk verandert.
Voor verder lezen
- Tweetaktmotor en Vierslagmotor
- Hitte motor
- PV-diagram
- Verbranding
- benzine
- Diesel vs benzinemotor
- Of verken een willekeurige pagina!
- Een gedeeltelijke lijst zou bestaan uit motorfietsen, pick-ups, bestelwagens, SUV’s, grasmaaiers, auto’s, veel boten en zelfs sommige draagbare generatoren.
- Wikimedia Commons , Beschikbaar:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Two-Stroke_Engine.gif
- “File:4StrokeEngine Ortho 3D Small.gif – Wikimedia Commons”, Commons.wikimedia.org, 2018. . Beschikbaar: https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3A4StrokeEngine_Ortho_3D_Small.gif.
- Wikimedia Commons , Beschikbaar: https://en.wikipedia.org/wiki/Otto_cycle#/media/File:P-V_Otto_cycle.svg
- Internal Combustion Engine Basics”, Energy.gov, 2018. . Available: https://www.energy.gov/eere/vehicles/articles/internal-combustion-engine-basics. .
- I. Dinçer en C. Zamfirescu, Advanced power generation systems. Londen, VK: Academic Press is een imprint van Elsevier, 2014, p. 266.