Otto Cycle

Otto Cycle beskriver hur värmemotorer omvandlar bensin till rörelse. Liksom andra termodynamiska cykler omvandlar denna cykel kemisk energi till värmeenergi och sedan till rörelse. Otto-cykeln beskriver hur förbränningsmotorer (som använder bensin) fungerar, som bilar och gräsklippare.

Användning

Otto-cykeln tillhandahåller energi för de flesta transporter och var nödvändig för den moderna världen. Närmare bestämt använder den stora majoriteten av de bilar som syns på vägarna idag Otto Cycle för att omvandla bensin till rörelse. Alla maskiner (listan kan göras lång) som använder bensin kommer att delas in i två kategorier av motorer enligt nedan.

• Typer av motorer som använder Otto Cycle
• 

  Figur 1. En tvåtaktsmotor

• 

  Figur 2. En fyrtaktsmotor

Motorernas sidor kommer att innehålla detaljer om deras unika mekanismer och en förklaring till hur de använder sig av Otto-cykeln, som är något modifierad.

Den ideala Otto-cykeln

Figur 3. Tryck-volymdiagrammet för en ideal Otto Cycle-process. Den består av två isokoriska, två adiabatiska och två isobariska processer (för inlopp och utlopp)

PV-diagrammet (tryck-volymdiagrammet) för den ideala Otto cykeln visas i figur 3. Detta diagram modellerar hur förändringarna i tryck och volym av arbetsvätskan (bensin och luftbränsle) förändras på grund av förbränningen av kolväten som driver rörelserna hos en kolv, vilket skapar värme, för att ge rörelse åt ett fordon. Kolvrörelser sker genom expansion (ökad volym i kammaren) när värmeenergi frigörs från förbränningen, vilket leder till att arbete utförs av gasen och på kolven. När kolven däremot utför arbete på gasen komprimeras motorkammaren (minskar i volym).

Det är viktigt att notera att figur 3 skildrar en idealisk process för alla motorer som använder Otto-cykeln. Den beskriver de grundläggande arbetsstegen i en bensinmotor. Den lilla modifiering som skildrar en mer realistisk situation av Otto-cykelns PV-diagram för en tvåtakts- och fyrtaktsmotor förklaras på deras respektive sidor. Motorns arbete kan beräknas genom att lösa arean av den slutna cykeln.

Nedan beskrivs vad som händer under varje steg i PV-diagrammet, där förbränningen av arbetsvätskan – bensin och luft (syre) – förändrar rörelsen i kolven:

Grön linje: Benämns som insugningsfasen, kolven dras ner mot botten för att låta volymen i kammaren öka så att den kan ”suga in” en blandning av bränsle och luft. Inom termodynamiken kallas detta för en isobarisk process.

Process 1 till 2: Under denna fas dras kolven uppåt så att den kan komprimera den bränsle-luftblandning som kommit in i kammaren. Kompressionen gör att blandningen ökar något i tryck och temperatur – dock sker inget värmeutbyte. Inom termodynamiken kallas detta för en adiabatisk process. När cykeln når punkt 2 är det då som bränslet möts av tändstiftet för att antändas.

Process 2 till 3: Här sker förbränning på grund av att bränslet antänds av tändstiftet. Förbränningen av gasen är klar vid punkt 3, vilket resulterar i en kammare med högt tryck som har mycket värme (värmeenergi). Inom termodynamiken kallas detta för en isokorisk process.

Process 3 till 4: Den termiska energin i kammaren till följd av förbränningen används för att utföra arbete på kolven – vilket trycker ner kolven – vilket ökar kammarens volym. Detta kallas också för kraftslag eftersom det är då som värmeenergin omvandlas till rörelse för att driva maskinen eller fordonet.

Lila linje (process 4 till 1 och avgasfas): Från process 4 till 1 drivs all spillvärme ut från motorrummet. När värmen lämnar gasen förlorar molekylerna kinetisk energi vilket leder till att trycket sjunker. Därefter inträffar avgasfasen när den återstående blandningen i kammaren komprimeras av kolven för att ”avgasas” ut, utan att trycket förändras.

För vidare läsning

• Tvåtaktsmotor och Fyrtaktsmotor
• Värmemotor
• PV-diagram
• Förbränning
• Bensin
• Diesel- vs bensinmotor

• Och utforska en slumpmässig sida!