Ciclul Otto

Ciclul Otto, descrie modul în care motoarele termice transformă benzina în mișcare. Ca și alte cicluri termodinamice, acest ciclu transformă energia chimică în energie termică și apoi în mișcare. Ciclul Otto descrie modul în care funcționează motoarele cu combustie internă (care utilizează benzină), cum ar fi automobilele și mașinile de tuns iarba.

Aplicații

Ciclul Otto asigură energia pentru majoritatea mijloacelor de transport și a fost esențial pentru lumea modernă. Mai exact, marea majoritate a automobilelor văzute astăzi pe șosele utilizează ciclul Otto pentru a transforma benzina în mișcare. Orice mașină (lista ar putea continua la nesfârșit) care folosește benzină va fi împărțită în două categorii de motoare, așa cum se vede mai jos.

• Tipurile de motoare care utilizează ciclul Otto
• 

  Figura 1. Un motor în doi timpi

• 

  Figura 2. Un motor în patru timpi

Paginile motoarelor vor oferi detalii despre mecanismele lor unice și o explicație despre modul în care folosesc ciclul Otto, care este ușor modificat.

Ciclul Otto ideal

Figura 3. Diagrama presiune-volum a unui proces ideal al ciclului Otto. Acesta este format din două procese izocorice, două adiabatice și două izobare (pentru admisie și evacuare)

Diagrama PV (diagrama presiune-volum) a ciclului Otto ideal este prezentată în figura 3. Această diagramă modelează modul în care se modifică schimbările de presiune și de volum ale fluidului de lucru (benzină și combustibil aer) ca urmare a arderii hidrocarburilor care alimentează mișcările unui piston, creând căldură, pentru a asigura mișcarea unui vehicul. Există mișcări ale pistonului de expansiune (cameră cu volum mărit) – provocate atunci când energia termică este eliberată din combustie – ceea ce induce munca efectuată de gaz și asupra pistonului. În schimb, atunci când pistonul efectuează muncă asupra gazului, camera motorului este comprimată (scade în volum).

Este important de reținut că figura 3 descrie un proces ideal pentru orice motor care utilizează ciclul Otto. Ea descrie etapele de lucru de bază ale unui motor pe benzină. Ușoara modificare care descrie o situație mai realistă a diagramei PV a ciclului Otto pentru un motor în doi timpi și un motor în patru timpi este explicată în paginile respective. Lucrul efectuat de motor poate fi calculat prin rezolvarea ariei ciclului închis.

În cele ce urmează se descrie ceea ce se întâmplă în timpul fiecărei etape de pe diagrama PV, în care arderea fluidului de lucru – benzină și aer (oxigen), modifică mișcarea în piston:

Linia verde: Denumită faza de admisie, pistonul este tras în jos spre partea inferioară pentru a permite creșterea volumului din cameră, astfel încât să poată „aspira” un amestec combustibil-aer. În termeni de termodinamică, acest lucru este denumit proces izobarian.

Procesul 1 la 2: În timpul acestei faze, pistonul va fi tras în sus, astfel încât să poată comprima amestecul combustibil-aer care a intrat în cameră. Compresia determină o ușoară creștere a presiunii și a temperaturii amestecului – cu toate acestea, nu are loc niciun schimb de căldură. În termeni de termodinamică, acest lucru se numește proces adiabatic. Când ciclul ajunge la punctul 2, acesta este momentul în care combustibilul este întâlnit de bujie pentru a fi aprins.

Procesul 2 până la 3: Acesta este momentul în care are loc combustia datorită aprinderii combustibilului de către bujie. Arderea gazului este completă în punctul 3, ceea ce are ca rezultat o cameră puternic presurizată care are multă căldură (energie termică). În termeni de termodinamică, acest lucru se numește proces izocoric.

Procesul 3 până la 4: Energia termică din cameră ca rezultat al combustiei este folosită pentru a efectua un lucru asupra pistonului – ceea ce împinge pistonul în jos – crescând volumul camerei. Acest lucru este cunoscut și sub numele de ardere de putere, deoarece este momentul în care energia termică este transformată în mișcare pentru a acționa mașina sau vehiculul.

Linia purpurie (Procesul 4 la 1 și faza de evacuare): De la procesul 4 la 1, toată căldura reziduală este expulzată din camera motorului. Pe măsură ce căldura părăsește gazul, moleculele pierd energie cinetică provocând scăderea presiunii. Apoi are loc faza de evacuare, când amestecul rămas în cameră este comprimat de piston pentru a fi „evacuat” afară, fără a modifica presiunea.

Pentru lecturi suplimentare

• Motorul în doi timpi și Motorul în patru timpi
• Motor termic
• Diagrama PV
• Combustie
• Gazolină
• Motor diesel vs motor pe benzină

• Sau explorați o pagină aleatorie!