Ugrás a tartalomhoz

Energetika – Energiamenedzsment

Dr. Benkő Zsolt István, Dr. Pitrik József (2011)

Otto körfolyamat

Otto körfolyamat

Az Otto körfolyamat a benzinüzemű belsőégésű motorok működését írja le[45] [46] (Nikolaus August Otto, 1867). A motor működése négy ütemre bontható. Az első ütem a szívás: a dugattyú a hengerben lefelé mozog, s közben egy nyitott szelepen át levegő-üzemanyag keverék vagy a modernebb típusoknál csak levegő áramlik a hengertérbe. A második ütemnél a dugattyú felfelé mozog, sűríti a levegőt, és minden szelep zárva van. A harmadik ütem kezdetén a sűrített levegő-üzemanyag keveréket meggyújtja egy elektromos szikra (a modern motoroknál a szikra előtt fecskendezik be az égéstérbe az üzemanyagot). A gyors égéssel felhevített gáz nyomása megnő, majd elkezdi a dugattyút lefelé mozgatni. A negyedik ütemben a dugattyú felfelé mozog, a kipufogószelep nyitva van, s az égéstermékek távoznak a hengerből. A körfolyamat friss gázkeverékkel újraindul. Az idealizált folyamat két adiabatikus és két izochor folyamatból áll. A körfolyamat p-V diagramja az 5.11 ábrán látható. Az első ütemnek a 0-1 szakasz felel meg. A körfolyamat tárgyalásához erre a szakaszra nincs szükség, ezért a diagramon nem is mindig tüntetik fel. A második ütem az 1-2 szakasznak felel meg, ez adiabatikus kompresszió.

5.11. ábra - Elméleti Otto körfolyamat p-V diagramja

Elméleti Otto körfolyamat p-V diagramja


5.12. ábra - Elméleti Otto körfolyamat T-S diagramja

Elméleti Otto körfolyamat T-S diagramja


A harmadik ütem tartalmazza a 2-3 izochor szakaszt és a 3-4 adiabatikus expanziós szakaszt. A negyedik ütem a 4-1 izochor szakasz (hűlés) és az 1-0 szakasz (kipufogás). A körfolyamat során a hőfelvétel a 2-3 szakaszon történik, a hőleadás pedig a 4-1 szakaszon. A hatásfok az 5.14 egyenlettel adható meg. A 4.32 egyenlet alapján belátható:

(5.19)

Ha bevezetjük a kompresszióviszonyt ( ε =V1 /V2 ), akkor a hatásfok:

(5.20)

A hatásfok a kompresszióviszony növelésével nő. Ennek határt szab az üzemanyag-levegő keverék öngyulladása, amit el kell kerülni. Benzinmotorok esetén a kompresszióviszony 1:7 – 1:12. A valóságos benzinmotorok esetében a p-V diagram egy bonyolult görbe, melynek matematikai tárgyalása komplikált. A valódi motorok hatásfoka kisebb, mint az 5.20 egyenlettel számított érték. Benzinmotorok esetében a kompresszió végnyomása 12-17 bar, az égési csúcsnyomás 40-60 bar, az égési csúcshőmérséklet 2000-2500 °C. A motorok tényleges hatásfoka 24-35%.

5.13. ábra - Valódi Otto körfolyamat p-V diagramja

Valódi Otto körfolyamat p-V diagramja




[45] Budó Ágoston: Kísérleti fizika I., Tankönykiadó, Budapest, 1978, pp. 476-477

[46] Litz József: Fizika II., Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2005, pp. 227-228