Der Energiebegriff - Die Zukunft Unserer Energieversorgung - page 27

Dass der Carnot'sche Kreisprozess einen maximalen Wirkungsgrad besitzt, liegt offen-
sichtlich daran, dass W f (Carnot)der maximalen Fläche entspricht, die sich zwischen den
Temperaturen T f , T i und den Entropien S min , S max bilden lässt. Der große Nachteil des
Carnot'schen Kreisprozesses ist, dass er sich technisch nicht realisieren lässt.

Der Otto-Motor
Auch der Otto-Motor stellteinenKreisprozessdar.Wirwissen,dasserauseinerFolgevon4
Takten aufgebaut ist (daher auch der Name „4-Takt-Motor“), von denen allerdings 2 Tak-
te - das Ansaugen des frischen Gemischs und der Ausstoß des verbrannten Gemischs -
nichts mit der Umwandlung von thermischer in kinetische Energie zu tun haben. Die
restlichen 2 Takte ergeben den Umwandlungsprozess, sie lassen sich, wie auch beim Car-
not'schenKreisprozess,in4ZustandsänderungenzerlegenundsindinAbb. 2.5 a dargestellt.
Diese Darstellung benutzt wiederum die S - T -Ebene, aber zwei der Zustandsänderungen
unterscheiden sich wesentlich von denen, die im Carnot'schen Kreisprozess ablaufen. Der
Otto-Zyklus läut folgendermaßen ab:
Die Änderung 1

2 geschieht bei konstantem Volumen V i . Das verdichtete Gemisch
wird gezündet und dabei vergrößert sich die Temperatur von T auf T =

→

T i . Man nennt

dies eine isochore Zustandsänderung .
Die Änderung 2 3 geschieht, wie beim Carnot'schen Kreisprozess, bei konstanter

Systementropie, ist also eine adiabatische Zustandsänderung. Dabei vergrößert sich das
Volumen von V i auf V f und die Temperatur verringert sich von T auf T .
Die Änderung 3

→

4 geschieht wiederum bei konstantem Volumen V f . Das verbrannte
Gemisch wird von der Temperatur T auf die Temperatur T =

→

T f abgekühlt und an-
schließend ausgestoßen (nicht in der Abb. 2.5 gezeigt, ebenso wie das Ansaugen des neuen
Gemischs).
Die Änderung 4 1 geschieht wiederum bei konstanter Systementropie (adiabatische

Zustandsänderung). Dabei wird das neue Gemisch vom Volumen V f auf das Volumen V i
komprimiert und die Temperatur vergrößert sich von T auf T .
Dadurch, dassbeim Otto-Motor die isothermenZustandsänderungendes Carnot'schen
Kreisprozesses durch isochore Zustandsänderungen ersetzt werden, verringert sich auch
der Wirkungsgrad des Otto-Motors. Man findet

→

T
T i =

T f
T <

T f
T i =

η = − − − η Carnot , (2.37)

da T / T i = T f / T > T f / T i gilt. Es ist allerdings üblicher, den Wirkungsgrad nicht mithilfe
der Temperaturverhältnisse, sondern mithilfe des Kompressionsverhältnisses V f / V i aus-
zudrücken. Dann ergibt sich

− κ

V f
V i )

η = −( , (2.38)

wobei κ der Adiabatenkoezient ist, der für das Gemisch einen Wert von κ ≈ , besitzt.