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Thermodynamische Maschinen

Otto-Prozess

Nicolaus Otto erdachte und entwickelte mit einer Vier-Takter-Verbrennungsmaschine die erste praktische Alternative zu der Dampfmaschine. Diesem Motorprinzip mit dem die meisten Personenkraftfahrzeuge heute angetrieben werden, liegt der folgende wichtige Kreisprozess zugrunde.

Arbeitsmedium ist ein Benzin-Luft-Gemisch, das nach jedem Zyklus erneuert werden muss. Somit handelt es sich strenggenommen um einen offenen Prozess. Da sowohl das Ansaugen des Gemisches als auch das Ausstoßen der Verbrennungsgase thermodynamisch unwichtig ist, kann der Prozess auch als geschlossen betrachtet werden.

Einzelschritte des Otto-Prozess

Abb.1

Im ersten Schritt wird das Gemisch schnell komprimiert. In dieser kurzen Zeit kann kein Wärmeaustausch mit der Umgebung stattfinden, der Schritt ist adiabatisch. Die Temperatur erhöht sich dabei beträchtlich und durch sogenannte Antiklopfmittel wird ein zu frühes Zünden des Gemisches verhindert.

Im nächsten Schritt wird das Gemisch gezündet und es entsteht eine große Wärmemenge. Die Temperatur und auch der Druck steigen an. Die Druckänderung bewirkt eine Blockierung des Kolbens, so dass das Volumen konstant bleibt. In diesem Schritt wird keine Arbeit vom Motor abgegeben.

Der expansive Übergang im dritten Schritt ist wieder adiabatisch und es wird Arbeit vom Motor abgegeben.

Im letzten Schritt werden Kolben und Gas abgekühlt und man gelangt in einem isochoren Schritt zum Anfangspunkt zurück. Anschließend erfolgt das Ausstoßen des verbrauchten Gases und das Ansaugen des Luft-Benzin-Gemisches.

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