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Otto-KreisprozessDer Otto-Kreisprozess (auch Gleichraumprozess) ist ein nach dem deutschen Ingenieur Nicolaus August Otto benannter thermodynamischer rechtslaufender Kreisprozess, der Wärme in Arbeit umwandelt ( Wärmekraftmaschine), und dient dabei als Vergleichsprozess für die in Ottomotoren ablaufenden Vorgänge. Die Bezeichnung Gleichraum beruht auf der idealisierten Annahme, dass die Wärmezufuhr bei gleichbleibendem Volumen (isochor) stattfindet. Dazu im Gegensatz steht der idealisierte Diesel-Prozess, bei dem die Wärmezufuhr bei konstantem Druck (isobar) erfolgt. Weiteres empfehlenswertes Fachwissen
Der Vergleichsprozess
besteht aus vier Zustandsänderungen eines idealen Gases innerhalb eines geschlossenen Systems (der Vergleichsprozess beinhaltet also keine chemische Umsetzung und deshalb auch keinen Ladungswechsel):
Die durch den Linienzug 1-2-3-4 umschlossene Fläche in den Diagrammen entspricht der spezifischen Prozessarbeit w.
WirkungsgradZur Veranschaulichung und leichten Berechnung der Zustandsgrößen wird üblicherweise vorausgesetzt, dass als Arbeitsmedium ein ideales Gas mit temperaturunabhängiger spezifischer Wärmekapazität benutzt werden kann. Der thermische Wirkungsgrad des idealen Otto-Prozesses hängt dann nicht von der zugeführten Wärmemenge, sondern nur vom Verdichtungsverhältnis ε = V1 / V2 ab und lässt sich folgendermaßen bestimmen: mit
Der thermische Wirkungsgrad des idealen Otto-Prozesses ist damit umso höher, je stärker das Arbeitsmedium komprimiert wird. Er ist gleich dem Wirkungsgrad des Joule-Prozesses. Für den realen Ottomotor wird allerdings das Verdichtungsverhältnis durch die Klopffestigkeit des Gasgemisches nach oben hin begrenzt. Der ideale Otto-MotorEs gibt Zwei- und Vier-Takt-Motoren. Ein Takt besteht jeweils aus einem Kolbenhub bzw. einer halben Kurbelwellenumdrehung. Beim 4-Takt-Ottomotor lassen sich die Zustandsänderungen wie folgt den Arbeitstakten zuordnen (der ideale Motor hat weder Reibungs- noch sonstige Dissipationsverluste):
Der reale Otto-MotorDie Zustandsänderungen entsprechen beim realen Motor nicht den idealisierten Zustandsänderungen des idealen Prozesses. Luft enthält Stickstoff, und ist bei höheren Drücken (ab 10 bar) kein ideales Gas. Die Verbrennung des Treibstoffes, z. B. Benzin (ein Gemisch aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen), bewirkt eine Veränderung des Arbeitsmediums und damit dessen thermodynamischer Eigenschaften. Gegenüber dem Vergleichsprozess gibt der reale Prozess im Motor insbesondere deshalb eine geringere Arbeit ab, weil
Das Verhältnis von im Motor freigesetzter zu theoretischer Arbeit des Prozesses wird im Gütegrad ausgedrückt (reale Motoren haben zusätzlich eine mechanische Verlustleistung aus Reibung, Neben- und Hilfsantrieben, die ca. 10 % der Nennleistung betragen kann und den Wirkungsgrad weiter vermindert). LiteraturSiehe auchLinks
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Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Otto-Kreisprozess aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar. |