Ciclo Otto

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Ciclo Otto a quattro tempi

Il ciclo Otto, o più correttamente ciclo Beau de Rochas, è un ciclo termodinamico impiegato nei motori alternativi a combustione interna ed in particolare nei motori a benzina, i quali sono alimentati da un impianto d'alimentazione e scaricano i gas di scarico tramite un impianto di scarico; Questo ciclo rimane ancora oggi il principio di funzionamento della quasi totalità dei motori a benzina del mondo.

Storia[modifica | modifica wikitesto]

Il nome del "Ciclo Otto" deriva dal nome dell'ingegnere tedesco Nikolaus August Otto che depositò il brevetto del primo motore a quattro tempi nel 1876; occorre aggiungere che gli stessi studi erano stati compiuti e pubblicati già nel 1862 dall'inventore francese Alphonse Beau de Rochas, il quale aveva aggiunto la fase di compressione al primo motore di Barsanti e Matteucci.

Il ciclo ideale[modifica | modifica wikitesto]

Nel piano (p-V), che mette in relazione p (pressione) e V (volume), il ciclo Otto ideale si può rappresentare con:

  1. una aspirazione a pressione ambiente dal P.M.S. (Punto morto superiore) al P.M.I. (Punto morto inferiore) (0-1);
  2. una compressione adiabatica da P.M.I. a P.M.S. (1-2);
  3. una combustione che si innesca con la scintilla della candela (2-3);
  4. una espansione adiabatica da P.M.S. a P.M.I. (3-4);
  5. uno scarico libero iniziale a volume costante (4-1);
  6. uno scarico forzato a pressione costante che riporta il ciclo alla posizione di partenza (1-0).

Termodinamica del ciclo[modifica | modifica wikitesto]

Facendo riferimento alla figura del ciclo, supponiamo di lavorare con un gas perfetto allora il lavoro fatto è solo quello:

dove è il calore molare a volume costante. Quindi il rendimento del ciclo:

Ma dalle due trasformazioni adiabatiche reversibili, si ha:

dove . Dividendo membro a membro:

così che il rendimento può essere espresso in termini di sole temperature o volumi:

Indicando con r il rapporto di Va/Vb, detto rapporto volumetrico di compressione, si ha infine:

In un motore a benzina reale, r non può essere inferiore a circa 1/10 (sui motori in genere i valori sono 14:1, se il rendimento volumetrico è inferiore a uno, che riduce la compressione effettiva del gas, dal momento che se r è più piccolo, l'aumento di temperatura dovuto alla compressione della miscela di benzina e aria è tale da provocare la combustione prima dello scoccare della scintilla (preaccensione). Tutti gli effetti di disturbo presenti in un motore a benzina reale, come le accelerazioni, gli attriti, i moti turbolenti, abbassano il rendimento molto al di sotto di quello di un ciclo Otto a gas ideale, portandolo a circa 0,2 (20%).

Ciclo Otto indicato (o reale)[modifica | modifica wikitesto]

Ciclo termico di un motore 4T
1=PMS
2=PMI
A: Aspirazione
B: Compressione
C: Espansione
D: Scarico
Diagramma indicato di un ciclo Otto reale di un motore a due tempi a flussi tangenziali (sinistra) e di un motore a quattro tempi (destra)

Il ciclo Otto reale è sempre caratterizzato da sei fasi, che però comportano delle cause di perdita di lavoro e quindi di rendimento:

  1. perdita di pressione in aspirazione e scarico (nel grafico Pressioni-Volumi caratterizzato da un'area definita come "lavoro di pompaggio" che viene ceduto);
  2. non adiabaticità della compressione e dell'espansione;
  3. intempestività e incompletezza della combustione;
  4. intempestività dello scarico.

Le sei fasi che caratterizzano il ciclo Otto indicato sono:

  1. la fase di aspirazione (non isobara);
  2. una compressione non adiabatica;
  3. la combustione, che avviene anticipatamente, in modo incompleto e non isocoro;
  4. una fase di espansione non adiabatica;
  5. una prima fase di scarico anticipato e non tempestivo;
  6. un'ultima fase di scarico lento.

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]

progetto ciclo Otto del 1876