오토 사이클: 가솔린 엔진의 이상화된 모델

1 · 예측

오토 사이클(단열 압축, 등적 가열, 단열 팽창, 등적 냉각)은 가솔린 엔진을 모형화합니다. 카르노 사이클과 달리, 이 사이클의 두 단계는 일정 온도가 아니라 일정 부피에서 일어납니다. 이 등적 단계 동안 기체는 일을 합니까?

• 다리 사이의 압력이 변하기 때문에 작업은 계속 수행됩니다.
• 등적 단계는 음의 일을 합니다.
• W = PΔV이고 ΔV = 0이므로, 등적 단계 동안에는 아무 일도 하지 않습니다.

2 · 설정

1. otto-cycle 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. 1몰의 질소(f = 5)는 0.04m³에서 0.01m³로 압축된 다음 일정한 부피로 900K로 가열됩니다.
2. per-leg 작업 및 열 판독을 활성화합니다.
3. 주기의 각 구간(1~4)에 대해 구간의 목표 부피와 해당 구간 동안 가스가 수행한 작업을 읽습니다.

3 · 데이터 수집

4단계 전체에 대한 P-V 다이어그램을 스케치하세요. 등적(수직) 구간에 해당하는 단계를 표시하고, 그 구간에서 여러분의 일 측정값이 0인지 확인하세요.

4 · 분석

1. 표에서 단계 2와 4(등적 단계)는 W = 0으로 나타나고, 단계 1과 3(단열)은 0이 아닌 일을 보이는 것을 확인하세요. 압축비 r = V₁/V₂ = 4와, γ = 1.4를 사용한 순환 효율 η = 1 − 1/r^(γ−1)을 계산하세요.
2. 이 사이클의 순 작업은 다리의 절반이 작업을 수행하지 않더라도 양수입니다. 두 개의 단열 레그만으로 어떻게 순 양의 일 출력을 생성할 수 있는지 설명하십시오.

5 · 확장

1. 실제 가솔린 엔진은 압축비가 약 10~12 정도로 제한됩니다(더 높은 비율은 조기점화/노킹을 일으킵니다). η = 1 − 1/r^(γ−1)을 이용해, 엔진 설계자가 가능한 한 더 높은 압축비를 추구하는 이유를 설명하세요.
2. 디젤 엔진은 다른 사이클(등압 가열 대신 등압 가열)을 사용하지만 adiabatic-compression 아이디어는 비슷합니다. 둘 다 단열 다리를 사용하여 압축 작업을 더 높은 온도로 변환합니다. 압축 중 열 손실을 최소화하는 것이 두 설계 모두에서 중요한 이유는 무엇입니까?

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