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Sottosezioni
- 3.5.1 Efficienza di un ciclo Otto ideale
- 3.5.2 Lavoro del motore, tasso di lavoro per unità di flusso entalpico
Il ciclo Otto è un insieme di processi utilizzati dai motori a combustione interna con accensione a scintilla (cicli a 2 o 4 tempi). Questi motori a) ingeriscono una miscela di carburante e aria, b) la comprimono, c) la fanno reagire, aggiungendo così effettivamente calore attraverso la conversione dell’energia chimica in energia termica, d) espandono i prodotti della combustione, e poi e) espellono i prodotti della combustione e li sostituiscono con una nuova carica di carburante e aria. I diversi processi sono mostrati inFigura 3.8:
- Corsa di aspirazione, vapore di benzina e aria aspirata nel motore (
). - Corsa di compressione,
, 
aumento (
). - Combustione (scintilla), breve tempo, volume essenzialmente costante (
). Modello: calore assorbito da una serie di serbatoi a temperature da 
a 
. - Corsa di potenza: espansione (
). - Scarico della valvola: la valvola si apre, il gas fuoriesce.
- (
) Modello: rigetto del calore verso una serie di serbatoi a temperature da 
a 
. - Corsa di scarico, il pistone spinge i rimanenti prodotti della combustione fuori dalla camera (
).
Modelliamo i processi come tutti agenti su una massa fissa di aria contenuta in una disposizione pistone-cilindro, come mostrato nellaFigura 3.10.
Il ciclo reale non ha le transizioni nette tra i diversi processi che ha il ciclo ideale, e potrebbe essere schematizzato nella figura 3.9.
3.5.1 Efficienza di un ciclo Otto ideale
Il punto di partenza è l’espressione generale per il rendimento termico di un ciclo:
La convenzione, come in precedenza, è che lo scambio di calore è positivo se il calore fluisce nel sistema o nel motore, quindi 
è negativo. Il calore assorbito avviene durante la combustione quando avviene la scintilla, più o meno a volume costante. Il calore assorbito può essere correlato al cambiamento di temperatura dallo stato 2 allo stato 3 come:
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Il calore respinto è dato da (per un gas perfetto con calore specifico costante)
Sostituendo le espressioni per il calore assorbito e respinto nell’espressione per l’efficienza termica si ottiene
Possiamo semplificare l’espressione precedente usando il fatto che i processi da 1 a 2 e da 3 a 4 sono isentropici:
La quantità 
è chiamata rapporto di compressione. In termini di rapporto di compressione, l’efficienza di un ciclo Otto ideale è:
L’efficienza del ciclo Otto ideale è mostrata come funzione del rapporto di compressione nella figura 3.11. Come il rapporto di compressione, 
, aumenta, 
aumenta, ma anche . Se è troppo alto, la miscela si accende senza scintilla (nel punto sbagliato del ciclo).
3.5.2 Lavoro del motore, tasso di lavoro per unità di flusso entalpico
Il rapporto non dimensionale del lavoro fatto (la potenza) al flusso entalpico attraverso il motore è dato da
Spesso si desidera aumentare questa quantità, perché significa un motore più piccolo per la stessa potenza. L’apporto di calore è dato da
dove
-
è il calore di reazione, cioè l’energia chimica liberata per unità di massa di combustibile, -
è la portata massica di combustibile.
La potenza non dimensionale è
Le quantità in questa equazione, valutate alle condizioni stechiometriche sono:
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| così | ||
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Muddy Points
Come si calcola ?(MP 3.6)
Cosa sono le “condizioni stechiometriche” (MP 3.7)
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