Otto-ciklus

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Ugrás a navigációhoz Ugrás a kereséshez

Az Otto-ciklus az a termodinamikai körfolyamat, amely modellezi a Nikolaus August Otto által feltalált Otto-motor vagy benzinmotor működése közben fellépő állapotváltozásokat. Az ideális Otto-ciklusnál mind a hőbevezetés (a keverék égése), mind a hőelvonás (kipufogás) állandó térfogaton történik (izochor folyamat), szemben a Diesel-ciklussal, melynél a hőbevezetés állandó nyomáson (izobár folyamat) zajlik le.

Az ideális Otto-ciklus[szerkesztés]

Az ideális Otto-ciklus p-v diagramja
Az ideális Otto-ciklus T-s diagramja

Az ábrán látható az ideális Otto-ciklus a p-v diagramban, p a keverék nyomása, v a fajlagos térfogata. A körfolyamat négy állapotváltozásból áll:

  • 1 - 2 izentropikus kompresszió
  • 2 - 3 állandó térfogatú (izochor) állapotváltozás (égés)
  • 3 - 4 izentropikus expanzió
  • 4 - 1 állandó térfogatú (izochor) hőelvonás

Az 1-2-3-4-1 terület az egy ciklus alatt elméletileg kinyerhető mechanikai munkával egyenlő.

Az elméletileg elérhető termikus hatásfok[szerkesztés]

A maximális termikus hatásfok csak a kompresszióviszonytól függ:

,

ahol

a termikus hatásfok,
a kompresszióviszony,
a gáz fajlagos hőkapacitásainak viszonya.

A hatásfok a kompresszióviszony növelésével nő. Összehasonlítva a Diesel-körfolyamattal, annak termikus hatásfoka azonos kompresszióviszony esetén kisebb az Otto-ciklusénál. Mindenki ismeri azonban azt a tényt, hogy a dízelmotorral hajtott gépkocsik üzemanyag-fogyasztása kisebb (és így az összhatásfoka jobb), mint az Otto-motorokkal hajtott gépkocsiké. Ez azért igaz, mert az Otto-motorok kompresszióviszonya lényegesen alacsonyabb, mint a dízelmotoroké. A benzin-levegő keverék ugyanis alacsonyabb hőmérsékleten (így alacsonyabb kompresszióviszony mellett) öngyulladást szenvedne. A másik ok, hogy a benzinmotort a légbeömlés fojtásával vezérlik, a fojtás pedig energiaveszteséget okoz. A valóságos összhatásfok természetesen a termikus, mechanikai és egyéb veszteségek miatt mindkét erőgépnél az elméletinél lényegesen kisebb.

Az egy idealizált ciklusban 1 kg tömegű közegből kinyerhető hasznos munka: ,

ahol

az égés végnyomásának és kezdőnyomásának hányadosa.

Források[szerkesztés]

  • Pattantyús Gépész- és Villamosmérnökök Kézikönyve 2. kötet. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1961.