Motorul Otto - componentele motorului Otto, ciclul de functionare al motorului Otto

Motorul Otto

Motorul Otto

Date bibliografice despre Nikolaus Otto si scurt istoric al motorului pe benzina

Nikolaus August Otto s-a nascut in anul 1832 in localitatea Holzhasen din Germania.

A absolvit cursurile politehnice, obtinand diploma de inginer.

In 1867, impreuna cu inginerul Eugen Langen (1833-1895), Otto a construit un motor termic cu ardere interna, cu piston in patru timpi, care folosea combustibil gazos.

In anul 1878, Nikolaus Otto, a pus la punct un motor in 4 timpi alimentat cu combustibil lichid (benzina) cu un randament de 22%.

O contributie insemnata la perfectionarea motorului cu ardere interna, cu aprindere prin scanteie electrica, au adus-o inventatorii germani Karl Benz si Gottlieb Daimler, care au realizat primele automobile actionate cu astfel de motoare.

Nikolaus August Otto a murit in anul 1891, la Koln.

Motorul Otto standard este un motor in 4 timpi in care pistonul face 4 curse

Timpul 1:Admisie pistonul porneste de la capatul superior al cilindrului si in cilindru este aspirat amestecul de aer si benzina deoarece supapa de admisie este deschisa la sfarsitul acestui timp pistonul ajunge la capatul inferior si supapa de admisie este inchisa.

Timpul 2:Compresie adiabatica, amestecul se incalzeste pana cind pistonul ajunge la capatul superior.

Timpul 3:Ardere si destindere adiabatica; o descarcare electrica a bujiei aprinde amestecul carburant a carui ardere are loc rapid, ca o explozie. De aici provine si denumirea alternativa de motor cu explozie. Presiunea si temperatura in cilindru cresc brusc si pistonul este impins. Timpul 3 este timpul motor, in care se efectueaza lucru mecanic asupra pistonului. La sfarsitul acestui timp se deschide supapa de evacuare

Timpul 4: Evacuarea  gazelor arse in atmosfera in atmosfera incepe printr-un proces de racire izocora, pana cand gazele ajung la presiunea atmosferica. Pistonul se ridica si gazele sunt evacuate supapa de evacuare fiind deschisa. La capatul ciclului supapa de evacuare se inchide supapa de admisie se deschide si incepe un nou ciclu.

Referat: Ferastrau circular cu masa mobila Referat: Criterii pentru aprecierea rezistentei la foc

Randamentul mecanic efectiv al unui motor Otto modern este de circa 20-25%

Componentele motorului Otto

Cilindrul- Reprezinta componenta in care culiseaza pistonul. Motorul descris aici are un singur cilindru, dar majoritatea motoarelor au mai multi cilindrii (4, 6 sau 8). Motoarele, daca au mai multi cilindrii, pot fi: in linie, in V sau opusi orizontal (boxer), ca in figura:

Pistonul Este o piesa din mecanismul biela-manivela, confectionat din aliaj de aluminiu, turnat, avand forma cilindrica, care culiseaza in cilindru.

Segmentii- Sunt inele elastice, montate pe piston in canale executate pe suprafata cilindrica exterioara a pistonului, care au urmatoarele roluri:

a)de a proteja ceilalti segmenti in momentul exploziei (segment de foc)

b)de etansare a jocului dintre cilindru si piston

c)de ungere si radere (raclare) a uleiului depus pe peretele interior a cilindrului.

Camera de ardere- Reprezinta locul unde are loc compresia si arderea amestecului de aer cu combustibil. Camera de ardere isi schimba volumul odata cu miscarea pistonului. Capacitatea camerei de ardere ofera de obicei o idee asupra puterii motorului.

Biela- Este de forma unei tije sau a unei bare. Face legatura dintre piston si arborele cotit. Ea este legata articulat la ambele capete de piston si respectiv bratul arborelui cotit, astfel incat, impreuna cu arborele cotit, transforma miscarea alternativa de translatie a pistonului in miscarea de rotatie a arborelui cotit.

Arborele cotit- El este cel care, impreuna cu biela, transforma miscarea de translatie care vine de la piston, intr-o miscare circulara.

Ciclul de functionare al motorului Otto

In timpul 1, admisia, volumul gazului din cilindru creste practic la presiune si temperatura constanta. Reprezentarea 0→1 a fost facuta punctat, deoarece in tot timpul acestui proces, numarul de moli de gaz din cilindru este variabil − transformarea nu este nici izobara, nici izoterma!

Timpul 2, compresia, este suficient de rapida, astfel ca poate fi aproximata prin adiabata 1→2. In acest proces, amestecul combustibil nu schimba caldura si primeste lucru mecanic. Aproximand amestecul un gaz ideal, lucrul mecanic primit este:

Temperatura amestecului creste (T2>T1), ceea ce pune probleme de stabilitate a acestuia: amestecul nu trebuie sa se autoaprinda inainte de finalizarea compresiei.

Timpul 3, arderea, corespunde succesiunii de transformari 2→3→4. In starea 2 este declansata scanteia, amestecul se aprinde si arde. Presiunea si temperatura cresc atat de repede incat pistonul practic nu se deplaseaza − procesul 2→3 este aproape izocor. Gazul nu efectueaza lucru mecanic si primeste cantitatea de caldura:

Imediat dupa aceasta, gazul se destinde suficient de rapid pentru a considera procesul ca fiind adiabatic. Gazul nu schimba caldura si efectueaza lucrul mecanic:

La inceputul timpului 4, evacuarea, deschiderea supapei de evacuare provoaca o scaderea brusca a presiunii si temperaturii gazului din cilindru, aproape fara modificarea volumului. Procesul poate fi aproximat prin izocora 4→1. Gazul nu efectueaza lucru mecanic si cedeaza cantitatea de caldura:

Evacuarea gazului din cilindru este reprezentata punctat, deoarece numarul de moli este variabil.

Poti calcula acum randamentul ciclului Otto:

In aceasta forma, randamentul depinde de cele patru temperaturi. Aceste temperaturi nu sunt independente.

Pentru transformarea adiabatica 1→2, poti scrie:

De aici, obtii imediat:

Raportul volumelor extreme ale ciclului, , este numit raport de compresie, astfel ca:

Asemanator, din ecuatia adiabatei 3→4, obtii:

Cu acestea, randamentul ciclului Otto este:

Asadar, randamentul ciclului Otto depinde doar de raportul de compresie ε! Deoarece exponentul adiabatic este supraunitar, cu cat este mai mare raportul de compresie, cu atat mai mare este randamentul!

In practica, raportul de compresie tipic al unui motor Otto este in gama 812, fiind limitat de calitatile combustibilului folosit.