Entre o ciclo real de Otto e o correspondente Otto teórico existem diferenças substanciais. Algumas dessas diferenças podem ser observadas quando se compara o diagrama do ciclo real com o diagrama cíclico teórico. As outras diferenças que vamos analisar referem-se às diferenças entre os valores de temperatura e pressão dos dois ciclos do motor Otto.
Diferenças na forma do diagrama
A diferença na forma do diagrama entre um ciclo Otto real e um ciclo Otto teórico consiste em um perfil diferente nas curvas de expansão e compressão, na substituição das linhas retilíneas de introdução e subtração do calor por linhas curvas e no arredondamento de os ângulos agudos. As causas de tais diferenças são baseadas nas seguintes razões:
- Perdas de calor
- Combustão não instantânea
- Tempo de abertura da válvula de escape
Perdas térmicas
No ciclo teórico, a perda de calor é considerada nula. Por outro lado, no ciclo real de Otto, as perdas de calor são bastante sensíveis.
Uma das características do motor térmico é que o cilindro é resfriado para garantir um bom funcionamento do pistão. A desvantagem de manter o cilindro frio é que uma certa parte de calor do fluido é transmitida para as paredes.
As linhas de compressão e expansão não são, portanto, adibáticas, mas politrópicas, com um expoente n diferente de k. Como o fluido experimenta uma perda de energia térmica, é evidentemente: para expansão, n> k e para compressão.
Combustão não instantânea
No ciclo teórico, assume-se que a combustão ocorre em volume constante; é, portanto, instantâneo. No ciclo real de Otto, pelo contrário, a combustão dura um certo tempo. Se a ignição ocorre exatamente no PMS, a combustão ocorrerá enquanto o pistão se afasta do dito ponto, e o valor da pressão seria menor que o esperado, com a correspondente perda de trabalho útil.
Portanto, é necessário antecipar a ignição. de gasolina para que a combustão possa ocorrer, na maioria das vezes, quando o pistão está na vizinhança do PMS Isto produz um arredondamento da linha teórica 2-3 da introdução de energia térmica (calor). Esse rendimento da curva implica uma perda de trabalho útil representado pela área B. No entanto, essa perda de trabalho resulta em uma quantidade muito menor do que a que seria obtida sem avançar a ignição.
Tempo de abertura para a válvula de escape
Na teoria ciclo Otto também assume que a subtracção de calor ocorreu instantaneamente no PMI Na real Otto subtração ciclo de calor tem lugar num momento em que uma porção dos gases para fora do cilindro antes de as atinge pistão PMI de modo que sua pressão caia próximo ao valor da pressão externa no início do ciclo de ejeção.
Esse fato causa uma perda de trabalho útil representada pela área C, uma perda que é, no entanto, menor do que a que seria obtida sem o avanço da abertura da válvula de escape.
Diferenças nos valores de pressão e temperatura
As causas das diferenças nos valores de pressão e temperatura máxima entre o ciclo real de Otto e o ciclo teórico de Otto são as seguintes:
- Aumento de calores específicos de fluido com temperatura
- Dissociação na combustão
Aumento de calor específico de fluido com temperatura
Como já sabemos, tanto o calor específico a pressão constante cp como o volume constante correspondente cv, de um gás real, crescem com a temperatura, mas de tal forma que sua diferença permanece constante, isto é, cp - cv = AR; consequentemente, o aumento da temperatura diminui o valor da relação k = cp / cv. Daqui infere-se que os valores da pressão e temperatura máximas são sempre menores do que aqueles que seriam alcançados no caso em que os calores específicos permanecessem constantes quando a temperatura mudava.
Esse fato também é levado em consideração ao traçar o ciclo teórico do ar; mas, no caso real, os produtos de combustão têm aquecimentos específicos superiores ao ar e, portanto, os valores de pressão e temperatura máxima são, no ciclo real, inferiores aos correspondentes ao ciclo teórico. Por esse motivo, o desempenho superficial e térmico diminui.
Dissociação na combustão
Os produtos da combustão são essencialmente CO2 e H2O, além de outros compostos, como CO, H2 e O2. A dissociação destes produtos é uma reação que ocorre com a absorção da energia térmica, a temperatura máxima alcançada é menor e uma certa quantidade de trabalho é perdida. Mas, como a temperatura diminui durante a expansão, ocorre uma recessão na reação de dissociação. Como resultado, uma re-associação parcial com o desenvolvimento de calor ocorre nesta fase. O valor do expoente da expansão politópica de expansão diminui - o que deveria ser maior que k devido a perdas de calor através das paredes do cilindro - e se aproxima do da compressão politrópica; portanto, uma recuperação parcial do trabalho perdido anteriormente é alcançada.
O ciclo real do motor Otto apresenta, finalmente, outra importante diferença quando comparado com o ciclo teórico de Otto; durante o curso de sucção, a pressão no cilindro é menor do que no curso de escape. Exceto em casos específicos, no curso da sucção, a pressão é menor que a pressão atmosférica, enquanto que durante a fuga é maior. Uma superfície negativa (D, na figura), correspondente ao trabalho perdido, é criada no diagrama indicado.
O esforço feito pelo motor Otto para realizar a aspiração e a fuga é chamado de trabalho de bombeamento e isso, geralmente, incluído no trabalho perdido devido ao atrito.
