UT1.10 Ciclo Termodinámico Otto (Ciclo Teórico)

 

Suponiendo que el motor trabaja en condiciones ideales, el ciclo teórico de trabajo de un motor de gasolina de cuatro tiempos se desarrolla de la siguiente manera:​

Punto O: Volumen V2 (Cámara de combustión)

- Pistón en PMS.

- Cierre de la válvula de escape.

- Apertura de la válvula de admisión.

- P = Patm = 1bar. 

 Tramo O-A: 

Admisión de la mezcla. Ningún trabajo requerido.

El pistón baja con la válvula de admisión abierta, aumentando la cantidad de mezcla (aire + combustible) en la cámara. Esto se modela como una expansión a presión constante (ya que al estar la válvula abierta la presión es igual a la exterior). En el diagrama PV aparece como la línea recta V2→V1.

Punto A: Volumen V1 (Cilindrada unitaria + Cámara combustión)

Cierre de la válvula de admisión con el pistón en PMI.

P = Patm = 1bar.

Tramo A-B:

Compresión adiabática de la mezcla. Trabajo negativo.

El pistón sube comprimiendo la mezcla. Dada la velocidad del proceso se supone que la mezcla no tiene posibilidad de intercambiar calor con el ambiente, por lo que el proceso es adiabático. Se modela como la curva adiabática reversible A→B, aunque en realidad no lo es por la presencia de factores irreversibles como la fricción.

Punto B:

Encendido de la bujía con el pistón en PMS.

P = 12-15bar.

Tramo B-C:

Aumento instantáneo de presión. Combustión isocora (Volumen constante Cámara combustión).

Con el pistón en su punto más alto, salta la chispa de la bujía. El calor generado en la combustión calienta bruscamente el aire, que incrementa su temperatura a volumen prácticamente constante (ya que al pistón no le ha dado tiempo a bajar). Esto se representa por una isócora B→C. 

Punto C:

Presión máxima. P = 40bar.

Tramo C-D:

Expansión de los gases. Trabajo positivo.

La alta temperatura del gas empuja al pistón hacia abajo, realizando trabajo sobre él. De nuevo, por ser un proceso muy rápido se aproxima por una curva adiabática reversible C→D.

Punto D:

Pistón en PMI. P = 5bar.

Apertura de la válvula de escape.

Tramo D-A:

Caída de presión instantánea e isocora.

Se abre la válvula de escape y la presión se iguala a la del exterior. Además el gas sale al exterior, empujado por el pistón a una temperatura mayor que la inicial, siendo sustituido por la misma cantidad de mezcla fría en la siguiente admisión. Este enfriamiento ocurre en dos fases. Cuando el pistón está en su punto más bajo, el volumen permanece aproximadamente constante y tenemos la isócora D→A.

Punto A:

P = Patm.

Tramo A-O:

Escape de los gases quemados. Ningún trabajo requerido.

Cuando el pistón empuja el aire hacia el exterior, con la válvula abierta, empleamos la isobara A→O, cerrando el ciclo.