Cámara de combustión
Motor térmico de cilco Otto 

Ciclo Otto

Ciclo Otto

O ciclo Otto teórico é o ciclo ideal do motor Otto. O motor Otto também é conhecido como um motor de ignição porque a ignição do combustível é feita através de uma faísca causada por uma vela de ignição. Também é conhecido como motor a gasolina devido ao tipo de combustível utilizado.

Uma maneira de estudar o desempenho desse mecanismo é analisando seu ciclo teórico. O ciclo teórico é uma aproximação ao ciclo real com muitas simplificações. Na prática, há tantas variáveis que afetam o desempenho do mecanismo que calcular o ciclo real é praticamente impossível. De qualquer forma, o Otto teórico é uma boa aproximação ao ciclo real.

Ciclo de Otto de 4 tempos

A figura a seguir representa graficamente o ciclo Otto em um motor de 4 tempos em coordenadas P-V e coordenadas T-S.

Ciclo Otto Teórico. Diagrama de pressão-volume PV Ciclo Otto Teórico. Temperatura-entropia diagrama TS

As transformações termodinâmicas que ocorrem durante o ciclo Otto são:

 

  • 1-2. Transformação adiabática e isentrópica (sem troca de calor com o exterior). Compressão do fluido ativo e correspondente ao trabalho L1 realizado pelo pistão.
  • 2-3. Transformação em volume constante. Introdução instantânea do calor fornecido Q1.
  • 3-4. Transformação adiabática Expansão de pressão constante e correspondente trabalho L2 produzido pelo fluido ativo.
  • 4-1. Transformação em volume constante. Subtração instantânea de calor Q2.

Na verdade, no motor a 4 tempos, a remoção de calor toma lugar durante o curso de escape 1-0, e o fluido é introduzido no curso de admissão do motor 0-1, a qual é representada graficamente em Diagrama PV por uma linha horizontal, enquanto no diagrama TS não é possível representá-lo. Os efeitos de ambos os processos se anulam mutuamente, nenhum ganho ou perda de emprego, por isso não é geralmente considerado nos diagramas ideais coordenadas sucção corridas PV e de escape, e o ciclo Otto é representado como um ciclo fechado, que o fluido ativo retorna ao seu estado inicial quando a fase de expulsão do calor 4-1 chega ao fim.

Ciclo de 2 tempos de Otto

O ciclo Otto muda levemente em um motor de dois tempos em comparação com o motor de quatro tempos.

Primeira vez - compressão Amdisión

Quando o motor de pistão alternativo atinge BDC (Ponto Morto Inferior) começa a se mover para TDC (ponto morto superior). Durante a jornada, o pistão cria uma diferença de pressão que suga a mistura de ar e gás através da porta de entrada para a carcaça de pré-compressão. O combustível entra em forma gasosa.

Quando o pistão cobre a porta, a mistura pára. Durante o resto do curso descendente, o pistão é comprimido pela mistura no cárter inferior, até que a porta de transferência que comunica com a câmara de compressão seja descoberta. Ao se comunicar com a câmara de compressão, a mistura fresca pré-comprimida ajuda a expelir os gases queimados do escapamento.

Quando o pistão começa a elevar a porta de transferência, parte do curso permanece aberta e o cárter não recebe ar fresco, mas alguns dos gases retornam, perdendo a eficiência da bomba. Em altas rotações, a inércia da massa das bombas é usada. gases para minimizar este efeito. É o que é chamado de renovação de carga.

Segunda vez. Expansão e escape de gás

Uma vez que o pistão do motor térmico tenha atingido o PMS e a mistura de ar e gasolina seja comprimida, ele é inflamado por uma faísca entre os dois eletrodos da vela de ignição. Com a ignição, o combustível libera energia e atinge altas pressões e temperaturas no cilindro. O pistão se move para baixo, executando o trabalho até que a porta de escape seja descoberta. Quando estão em altas pressões, os gases queimados saem por esse orifício.

Características do ciclo de 2 ciclos de Otto

O desempenho deste motor é menor em comparação com o motor de 4 tempos, uma vez que tem uma eficiência volumétrica mais baixa e o escape de gás é menos eficiente. Os ciclos de dois ciclos são mais poluentes. No nível de potência, o ciclo de 2 tempos da Otto oferece um torque na unidade de tempo mais alta para o mesmo deslocamento. Essa diferença de torque se deve ao fato de que o motor de dois tempos faz uma explosão em cada revolução, enquanto o motor de quatro tempos faz uma explosão a cada duas voltas e tem mais partes móveis.

Este tipo de motores é usado principalmente em motores de pequeno porte (ciclomotores, roçadeiras, corta-sebes, motosserras, etc.), pois é mais barato e mais fácil de construir, e sua emissão de poluentes é muito baixa em valor absoluto.

Desempenho térmico do ciclo Otto

À medida que o calor Q1 é introduzido em volume constante, o trabalho L2-3 realizado durante essa transformação é zero, e a equação de conservação de energia do fluido sem fluxo torna-se:

Como é um ciclo ideal e, portanto, o fluido operacional é um gás perfeito, a variação da energia interna durante sua transformação em volume constante vale a pena:

Onde acontece:

Da mesma forma, como o calor Q2 também é subtraído em volume constante e, sob tais condições, que L4-1 = 0, podemos escrever:

e porque o fluido é um gás perfeito:

Assim, a eficiência térmica ideal para os resultados teóricos do ciclo Otto:

he = (calor fornecido - subtração de calor) / calor fornecido

Para as transformações adiabáticas de compressão 1-2 e expansão 3-4 obtemos, respectivamente:

e como é V1 = V4 e V2 = V3, podemos escrever:

Introduzindo esta relação na expressão do rendimento ele (bem como o que existe entre as temperaturas T1 e T2 da fase 1-2 da compressão adiabática), resulta:

Indicando com a relação entre os respectivos volumes V1 e V2 do início e fim do curso de compressão - que chamaremos de "taxa de compressão volumétrica" -, obtém-se a expressão final do desempenho térmico ideal do ciclo Otto.



A eficiência térmica do ciclo Otto é, portanto, uma função da taxa de compressão e expoente k, relação de calores específicos do fluido de trabalho. Aumentando , aumente ele; aumentando os valores dos calores específicos, diminui k e, consequentemente, também a eficiência térmica ele. Por conseguinte, o ciclo ideal, para o qual k = 1,4 tem uma eficiência térmica mais elevada do que o ciclo de ar, dado o caso, para que possui k um valor médio menor, variando o calor específico com a temperatura.

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Última revisão: 26 de abril de 2018