Ein Zyklus von Otto ist ein idealisierter thermodynamischer Kreisprozess, der die Wirkung eines typischen Funken-Zündens beschreibt, das Kolbenmotor, der in Kraftfahrzeugmotoren meistens gefundene thermodynamische Kreisprozess erwidert.

Die idealisierten Diagramme eines Viertaktzyklus von Otto

Beide Diagramme:

der Schlag wird durch eine isobaric Vergrößerung durchgeführt, die von einem adiabatischen gefolgt ist

Schlag. Durch das Verbrennen des Brennstoffs wird Hitze in einem isochoren Prozess hinzugefügt, der von einem adiabatischen Vergrößerungsprozess gefolgt ist, den charakterisierend

Schlag. Der Zyklus wird durch den Schlag geschlossen, der durch das Isochoric-Abkühlen und die isobaric Kompressionsprozesse charakterisiert ist.]]

Der Zyklus von Otto wird gebaut aus:

:TOP und BODEN der Schleife: ein Paar von quasiparallelen adiabatischen Prozessen

:LEFT und RICHTIGE Seiten der Schleife: ein Paar von parallelen isochoren Prozessen

Die adiabatischen Prozesse sind für die Hitze undurchlässig: Heizen Sie Flüsse in die Schleife durch den linken unter Druck setzenden Prozess und etwas davon Flüsse treten durch das Recht depressurizing Prozess zurück, und die Hitze, die bleibt, tut die Arbeit.

Die Prozesse werden beschrieben durch:

• Prozess 1-2 ist eine isentropic Kompression der Luft, als sich der Kolben vom Boden toten Zentrum (BDC) bis totes Spitzenzentrum (TDC) bewegt.
• Prozess 2-3 ist eine unveränderlich-bändige Wärmeübertragung zur Luft von einer Außenquelle, während der Kolben am toten Spitzenzentrum ist. Dieser Prozess ist beabsichtigt, um das Zünden der Kraftstoffluft-Mischung und des nachfolgenden schnellen Brennens zu vertreten.
• Prozess 3-4 ist eine isentropic Vergrößerung (Macht-Schlag).
• Prozess 4-1 vollendet den Zyklus durch einen unveränderlich-bändigen Prozess, in dem Hitze von der Luft zurückgewiesen wird, während der Kolben ein Boden totes Zentrum ist.

Der Zyklus von Otto besteht aus adiabatischer Kompression, Hitzehinzufügung am unveränderlichen Volumen, adiabatischer Vergrößerung und Verwerfung der Hitze am unveränderlichen Volumen. Im Fall von einem Viertaktzyklus von Otto technisch gibt es zwei zusätzliche Prozesse: ein für das Auslassventil der überflüssigen Hitze und Verbrennungsprodukte (durch die isobaric Kompression), und ein für die Aufnahme von kühler am Sauerstoff reicher Luft (durch die isobaric Vergrößerung); jedoch werden diese häufig in einer vereinfachten Analyse weggelassen. Wenn auch diese zwei Prozesse zur Wirkung eines echten Motors kritisch sind, worin die Details der Wärmeübertragung und Verbrennen-Chemie für die vereinfachte Analyse des thermodynamischen Kreisprozesses wichtig sind, ist es einfacher und günstiger anzunehmen, dass die ganze überflüssige Hitze während einer einzelnen Volumen-Änderung entfernt wird.

Ein P-V Zeichentrickfilm des Zyklus von Otto ist in der Analyse des kompletten Prozesses sehr nützlich.

Geschichte

Der Viertaktmotor wurde zuerst von Alphonse Beau de Rochas 1861 patentiert. Vorher, in ungefähr 1854-57, haben zwei Italiener (Eugenio Barsanti und Felice Matteucci) einen Motor erfunden, der verbreitet wurde, um sehr ähnlich zu sein, aber das Patent wurde verloren.

Die erste Person, um ein Arbeiten vier Schlag-Motor, ein stationärer Motor mit einer Mischung der Leuchtgas-Luft für den Brennstoff (ein Gasmotor) zu bauen, war deutscher Ingenieur Nicolaus Otto. Das ist, warum der Viertaktgrundsatz heute als der Zyklus von Otto allgemein bekannt ist und Viertaktmotoren mit Zündkerzen häufig Motoren von Otto genannt werden.

Prozesse

Gehen Sie 1-2 (B auf Diagrammen) in einer Prozession

Kolbenbewegungen vom Kurbelende (Boden totes Zentrum), um Ende (totes Spitzenzentrum) und ein ideales Benzin mit anfänglichem staatlichem 1 zu bedecken, werden isentropically zusammengepresst, um Punkt 2, durch das Kompressionsverhältnis festzusetzen. Mechanisch ist das die adiabatische Kompression der Mischung der Luft/Brennstoffs im Zylinder, auch bekannt als der Kompressionsschlag. Allgemein ist das Kompressionsverhältnis um den 9-10:1 (V1:V2) für einen typischen Motor.

Gehen Sie 2-3 (C auf Diagrammen) in einer Prozession

Der Kolben ist einen Augenblick lang an TDC beruhigt, und Hitze wird zur Arbeitsflüssigkeit am unveränderlichen Volumen von einer Außenhitzequelle hinzugefügt, die in den Kontakt mit dem Zylinderkopf gebracht wird. Die Druck-Anstiege und das Verhältnis werden das "Explosionsverhältnis" genannt. In diesem Moment wird die Mischung der Luft/Brennstoffs an der Oberseite vom Kompressionsschlag mit dem Volumen im Wesentlichen festgehalten, auch bekannt als Zünden-Phase zusammengepresst.

Gehen Sie 3-4 (D auf Diagrammen) in einer Prozession

Der vergrößerte Hochdruck übt einen größeren Betrag der Kraft auf dem Kolben aus und stößt es zum BDC. Die Vergrößerung von Arbeitsflüssigkeit findet statt isentropically und Arbeit werden durch das System getan. Das Volumen-Verhältnis wird "isentropic Vergrößerungsverhältnis" genannt. Mechanisch ist das die adiabatische Vergrößerung der heißen gasartigen Mischung im Zylinderkopf, auch bekannt als Vergrößerung (Macht) Schlag.

Gehen Sie 4-1 (Auf Diagrammen) === in einer Prozession

Der Kolben ist einen Augenblick lang an BDC beruhigt, und Hitze wird zum Außenbecken durch das Holen davon im Kontakt mit dem Zylinderkopf zurückgewiesen. Der Prozess wird so kontrolliert, dass schließlich die Arbeitsflüssigkeit zu seinem anfänglichen staatlichen 1 kommt und der Zyklus vollendet wird.

Auslassventil und Aufnahme-Schläge

Auspuffschlag-Ausweisung der gasartigen Mischung über ein Auslassventil durch den Zylinderkopf.

Die Induktionsschlag-Aufnahme der folgenden Luft stürmt in den Zylinder. Das Volumen des Auslassventils gasses ist dasselbe als die Luftanklage.

Zyklus-Analyse

Prozesse 1-2 und 3-4 arbeiten wirklich am System, aber keine Wärmeübertragung kommt während der adiabatischen Vergrößerung und Kompression vor. Prozesse 2-3 und 4-1 sind isochoric; deshalb kommt Wärmeübertragung vor, aber keine Arbeit wird getan. Keine Arbeit wird während eines isochoric getan (unveränderliches Volumen), weil Arbeit Bewegung verlangt; wenn sich das Kolbenvolumen nicht ändert, wird keine Welle-Arbeit durch das System erzeugt. Vier verschiedene Gleichungen können durch das Vernachlässigen kinetischer und potenzieller Energie und das Betrachten des ersten Gesetzes der Thermodynamik (Energiebewahrung) abgeleitet werden. Wenn man diese Bedingungen annimmt, wird das erste Gesetz als umgeschrieben:

:

Die Verwendung davon dem Otto fährt Rad die vier Prozess-Gleichungen können abgeleitet werden:

::::

Da das erste Gesetz als zum System hinzugefügte Hitze ausgedrückt wird und Arbeit, die vom System dann und vertrieben ist, immer positive Werte erzeugen wird. Jedoch, da Arbeit immer mit Bewegung verbunden ist, werden Prozesse 2-3 und 4-1 weggelassen, weil sie an einem unveränderlichen Volumen vorkommen. Die Nettoarbeit kann als ausgedrückt werden:

:

Die Nettoarbeit kann auch durch das Auswerten der Hitze gefunden werden, die minus das Hitzeverlassen hinzugefügt ist, oder hat vertrieben.

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Thermalleistungsfähigkeit ist der Quotient der Nettoarbeit zur Hitzehinzufügung ins System. Nach der Neuordnung kann die Thermalleistungsfähigkeit (Netz-Arbeit/Hitze hinzugefügt) erhalten werden:

Gleichung 1:

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Wechselweise kann Thermalleistungsfähigkeit durch ausschließlich die Hitze hinzugefügt und zurückgewiesene Hitze abgeleitet werden.

:::

Im Zyklus von Otto gibt es keine Wärmeübertragung während des Prozesses 1-2 und 3-4, weil sie umkehrbare adiabatische Prozesse sind. Hitze wird nur während der unveränderlichen Volumen-Prozesse 2-3 geliefert, und Hitze wird nur während der unveränderlichen Volumen-Prozesse 4-1 zurückgewiesen.

Gleichung 1 kann jetzt mit der spezifischen Hitzegleichung für das unveränderliche Volumen verbunden sein. Die spezifische Hitze ist für thermodynamische Berechnungen besonders nützlich, die mit dem idealen Gasmodell verbunden sind.

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Umordnen von Erträgen:

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Das Einfügen der spezifischen Hitzegleichung in die Thermalleistungsfähigkeitsgleichung (Gleichung 1) Erträge.

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Nach der Neuordnung:

:

Dann aus den Diagrammen so bemerkend, können beide von diesen weggelassen werden. Die Gleichung nimmt dann ab zu:

Gleichung 2:

:

Da der Zyklus von Otto ein isentropischer Prozess ist, können die isentropic Gleichungen von idealem Benzin und den unveränderlichen Beziehungen des Drucks/Volumens verwendet werden, um Gleichungen 3 & 4 nachzugeben.

Gleichung 3:

:

Gleichung 4:

:imagine

:::: Die Abstammung der vorherigen Gleichungen wird durch das Lösen dieser vier Gleichungen beziehungsweise gefunden (wo die Gaskonstante ist):

::::

::::::::::::

Weiter Gleichung 4 vereinfachend, wo das Kompressionsverhältnis ist:

Gleichung 5:

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Bemerken Sie außerdem das

:

wo das spezifische Hitzeverhältnis ist

Davon, Gleichung 4 umzukehren und sie in die Gleichung 2 einzufügen, kann die Endthermalleistungsfähigkeit als ausgedrückt werden:

Gleichung 6:

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Davon, Gleichung 6 zu analysieren, ist es offensichtlich, dass der Zyklus von Otto direkt auf das Kompressionsverhältnis abhängt. Seit für Luft ist 1.4, eine Zunahme darin wird eine Zunahme darin erzeugen. Jedoch, für die Verbrennungsprodukte der Mischung des Brennstoffs/Luft wird an etwa 1.3 genommen.

Die vorhergehende Diskussion deutet an, dass es effizienter ist, ein hohes Kompressionsverhältnis zu haben. Das Standardverhältnis ist ungefähr 10:1 für typische Automobile. Gewöhnlich nimmt das viel wegen der Möglichkeit des Autozündens oder "Schlags" nicht zu, der eine obere Grenze auf dem Kompressionsverhältnis legt. Während des Kompressionsprozesses 1-2 die Temperaturanstiege deshalb verursacht eine Zunahme im Kompressionsverhältnis eine Zunahme in der Temperatur. Autozünden kommt vor, wenn die Temperatur der Mischung des Brennstoffs/Luft zu hoch wird, bevor es durch die Flamme-Vorderseite entzündet wird. Der Kompressionsschlag ist beabsichtigt, um die Produkte zusammenzupressen, bevor die Flamme die Mischung entzündet. Deshalb, wenn das Kompressionsverhältnis vergrößert wurde, konnte die Mischung vor dem Zünden zusammengepresst werden, das "zum Motorklopfen" führt. Das kann Motorbestandteile beschädigen und wird die ursprüngliche Pferdestärke des Motors vermindern.