오토 사이클과 디젤 사이클은 무엇이며 어떻게 정의됩니까?

둘 다 수행되는 가스 열역학 사이클을 설명하는 데 사용되는 이론적 모델을 구성합니다. 스파크 점화 및 자체 점화 기능이 있는 4행정 내연 기관에서 수행됨 각기.

오토 사이클이라는 이름은 1876년에 이것을 개발한 독일 엔지니어 니콜라우스 오토(Nikolaus Otto)라는 사실에 기인합니다. Beau de가 1862년에 제안한 모델을 기반으로 한 스파크 점화 4행정 엔진 로샤스. 이 엔진은 2개의 기계적 사이클에서 4개의 열역학적 프로세스를 실행합니다. 디젤 사이클은 1890년에서 1897년 사이에 독일의 Rudolft Diesel이 운송 회사 MAN을 위해 개발했습니다. 더 높은 성능을 제공하는 다른 연료로 증기 엔진보다 더 높은 성능을 가진 엔진을 제조하려는 의도 효율성. 이 제품은 그 이후로 계속 개선되었으며, 예를 들어 1927년 BOSH 회사는 펌프를 출시했습니다. 연료 소비를 줄이는 데 도움이되는 디젤 용 분사로보다 경제적입니다. 가솔린.

이미지는 오토 사이클을 설명하는 가장 대표적인 요소가 포함된 체계를 보여줍니다.

디젤 사이클은 이론적으로 ECOM 엔진(압축 점화 엔진)의 작동을 설명합니다. 다이어그램은 이 주기의 일부 기능을 보여줍니다.

내연기관의 열역학적 과정

실제로 일반적인 4행정 왕복엔진은 흡기, 압축, 팽창, 배기의 4가지 과정으로 구성된다.

스파크 점화 엔진과 디젤 엔진 모두 흡기 과정에서 공기가 들어갈 수 있도록 실린더에서 흡기 밸브가 열립니다(디젤 엔진의 경우). 디젤 엔진) 및 대기압에서 발생하는 공기 및 연료(불꽃 점화 엔진의 경우)(이를 위해 실린더 내부의 압력이 필요함) 낮추다). 이 부피가 실린더로 유입되면 흡기 밸브가 닫히는 최대 부피에 도달할 때까지 피스톤이 하사점(BDC)으로 이동합니다.

압축 과정에서 흡기 및 배기 밸브가 닫힌 상태를 유지하고 피스톤이 움직입니다. 상사점(TDC)을 향해 체적에 도달할 때까지 챔버의 내용물을 압축합니다. 최저한의. 압축비가 약 100%인 스파크 점화 엔진과 달리 11보다 디젤 엔진의 실린더에서 이 비율은 대략 더 높아야 합니다. 18. 이 더 긴 경로를 통해 더 높은 온도에 도달하여 다음 프로세스에서 연료의 자동 점화를 보장할 수 있습니다. 압축 과정이 끝날 때의 공기는 압축 챔버에 들어갈 때 점화될 수 있도록 연료의 자체 점화에서 주어진 것보다 높아야 합니다. 연소.

디젤 사이클은 가솔린이나 가스 엔진보다 더 큰 실린더를 필요로 하므로 둘 다 일반적으로 트럭이나 대형 운송 수단뿐만 아니라 농업 산업.

다음 프로세스는 팽창 또는 파워 스트로크이며 피스톤이 상사점에 도달하면 시작됩니다. 스파크 점화 엔진에서 연소는 실질적으로 순간적이며 다음을 통해 발생합니다. 점화 플러그에 의해 생성된 스파크의 점화로 공기와 혼합물의 연소가 발생합니다. 연료. ECOM 엔진의 경우 피스톤이 TDC에 있고 인젝터가 챔버에 연료를 분사할 때 시작하여 프로세스가 약간 느려집니다. 경유나 경유가 고온에서 공기와 접촉하면 이 혼합물이 발화하여 피스톤을 BDC 쪽으로 밀어 연소 가스를 팽창시키고 엔진 크랭크축을 회전시킵니다. 엔진.

이미지는 내연 기관의 실린더를 보여줍니다. 밸브와 피스톤이 보입니다.

마지막으로 배기 밸브가 열리므로 피스톤이 상승하여 연소 가스를 대체하고 사이클이 다시 시작됩니다.

디젤 엔진에서는 점화 플러그가 가솔린 엔진처럼 사용되지 않습니다. 분사 순간 연소실의 압력 및 온도 조건 덕분에 생산 연료.

엔진 실린더 내부의 계산 및 열역학 분석을 단순화하기 위해 내부 연소의 경우 표준 공기 고려 사항과 같은 일부 가정이 이루어지며 프로세스는 다음과 같습니다. 거꾸로 할 수 있는. 이러한 전제를 통해 Otto 및 Diesel 사이클이 개발되어 다음 이미지와 같이 네 가지 프로세스를 형성합니다.

4행정 내연기관의 4가지 프로세스.

1-2: 등엔트로피 압축
2-3: 열 추가. Otto 사이클에서 이 과정은 일정한 부피(등압)에서 가정하고 디젤 사이클에서는 일정한 압력(등압)에서 1에 접근합니다.
3-4: 등엔트로피 팽창
4-1: 일정 체적 열 거부(Isochoral)

왼쪽 다이어그램은 스파크 점화 엔진에서 발생하는 프로세스를 보여줍니다. 실제로는 외부 공기를 흡입하고 배기 가스를 환경으로 배출해야 하는 개방형 프로세스입니다. 오른쪽에서 이 모델의 단순화는 2개의 등엔트로피 프로세스와 2개의 등코어에 의해 형성된 닫힌 주기로 관찰됩니다.

디젤 사이클에서 흡기 및 배기 공정은 정압 열 추가 및 정량 열 방출로 대체됩니다. 또한 압축 및 팽창 과정은 등엔트로피로 가정됩니다.

4행정 내연기관은 운송 산업에서만 사용되는 것이 아닙니다. 그들은 또한 예를 들어 열병합 발전을 적용하기 위해 주거 및 산업 수준에서 특정 응용 프로그램을 가지고 있습니다. 전기(또는 기계 에너지)와 열을 연료가 될 단일 기본 소스에서 얻습니다. 사용된. 그러나 열병합 발전을 위해서는 오토 사이클과 가스 터빈이 더 일반적입니다.

4행정 내연기관의 효율

모든 열역학 사이클과 마찬가지로 가스 사이클은 열 효율(η_터), 열 입력 qent로 나눈 순 작업 wneto 사이의 관계를 보여줍니다.

\(_{Ter = }\frac{{{w_{net}}}}{{{q_{ent}}}} = \frac{{{q_{ent}} – {q_{sal}}}}{ {{q_{in}}}} = 1 – \frac{{{q_{salt}}}}{{{q_{in}}}}\)

어디:
무엇_소금 isochoric 방식으로 거부된 열을 나타냅니다.

q_소금 열 거부 과정이 일어나는 상태, 즉 상태 4와 1 사이의 내부 에너지(u)의 변화에 ​​의해 결정됩니다. 이러한 수량은 증기표에서 가져오고 값을 찾으려면 상태에 대한 두 가지 정보(예: 온도 및 압력)를 알아야 합니다. 또한 상태 방정식(P.v = R.T)과 등엔트로피 과정 사이에서 발생하는 압력, 부피 또는 압력/상대 부피의 관계를 적용해야 합니다.

Otto 사이클에서 열 추가 공정은 일정한 부피로 수행되므로 입력 열 q_~에 상태 2와 3 사이의 내부 에너지 변화, 즉 u에 의해 결정됩니다.₃ - 또는₂:

\(_{Ter = } = 1 – \frac{{{u_4} – {u_1}}}{{{u_3} – {u_2}}}\)

디젤 사이클에 대한 열 추가 프로세스의 경우 이는 일정한 압력으로 가정하고 입력 열 q_~에, 이 프로세스가 발생하는 상태, 즉 상태 3과 2 사이의 엔탈피 변화(h)로부터 계산됩니다. 이러한 고려 사항을 통해 디젤 사이클의 효율성은 다음 식을 사용하여 결정할 수 있습니다.

\(_{테르 = } = 1 – \frac{{{u_4} – {u_1}}}{{{h_3} – {h_2}}}\)

이 개략도는 오토 사이클과 디젤 사이클 사이의 몇 가지 차이점을 보여줍니다. 두 엔진이 동일한 압축비(r)에서 작동할 수 있으면 Otto 사이클이 더 효율적이지만 실제로는 디젤 엔진의 압축비가 더 높습니다.

압축비(r)와 흡기 차단(r)_씨)

이 무차원 값은 가스 주기의 매개변수이며 실린더의 최대 및 최소 부피에 걸쳐 발생하는 링크로 표현됩니다.

\(r = \frac{{{V_{최대}}}}{{{V_{최소}}}}\)

Otto 및 Diesel 사이클 모두에서 최대 부피는 상태 1 또는 4에서 얻습니다. 오토 사이클의 최소 부피는 상태 2와 3에서 발생하지만 디젤에서는 상태 2에서만 발생합니다.

비열의 무차원 상수 "k"도 정의되며, 이는 일정한 압력에서 비열의 변수와 관련하여 식별된 관계를 나타냅니다(C_피) 및 일정한 부피에서의 비열(C_V):

\(k = \frac{{{C_p}}}{{{C_v}}}\)

또한 디젤 사이클에서는 컷오프 비율 또는 흡기 폐쇄가 사용됩니다. 가열 추가 과정에서 최대 부피를 최소 부피로 나누어 계산합니다. 말하다:

\({r_c} = {\left( {\frac{{{V_{max}}}}{{{V_{min}}}} \right) n\;of\;heat} } = \frac{ {{V_3}}}{{{V_2}}} = \frac{{{v_3}}}{{{v_2}}}\)

일정한 비열 가정을 사용한 내연기관의 효율

가스 순환에서는 온도에 따라 변하지 않는 비열(차가운 공기라고도 함)의 가정 하에서 작동한다고 가정할 수 있습니다. (다만, 실제로 편차가 있는 경우) 이를 고려하여 각 사이클의 열효율은 다음과 같이 결정됩니다. 표현식:

오토 사이클의 경우

\(_{테르 = } = 1 – \frac{1}{{{r^{k – 1}}}}\)

왼쪽 다이어그램은 스파크 점화 엔진의 압축비 값의 특성 범위를 보여줍니다. 오른쪽에는 다른 k 값에 대해 압축비(r)의 함수로 Otto 사이클의 효율 변화가 관찰됩니다.

디젤 사이클의 경우

\(_{Ter = } = 1 – \frac{1}{{{r^{k – 1}}}}\left[ {\frac{{{r_c}^k – 1}}{{k\left ( {{r_c} – 1} \right)}}} \right]\)

어디_V 일정한 부피의 공기의 비열 (씨._V = 0.718kJ/kg. 케이.) 및 C._피 일정한 압력에서의 비열, 주변 조건의 공기에 대해 C_피 = 1.005kJ/kg. 케이.

다이어그램은 디젤 엔진의 일반적인 압축비(r) 범위와 흡기 컷 비율의 다른 값에 대한 사이클의 열효율 변화 (아르 자형_씨).