Otto 사이클에 대하여 설명해보세요.

[오토사이클(Otto cycle)]

가솔린기관의 열효율 ·출력을 생각할 때 기본이 되는 사이클. 등용 사이클이라고도 한다. 독일인 N.A.오토가 이 사이클을 응용해서 4사이클식 가솔린기관을 완성했다고 하여 일반적으로 이 명칭이 사용된다.

실제 가솔린기관에서는 점화밸브에 의해 공기연료인 혼합가스가 순간적으로 2 → 3 사이에서 폭발하며, 이 사이에서 열량 Q1이 외부에서 공급되고, 4 → 1 사이에서 Q2의 열량이 외부로 방출된다. 이 사이클의 열효율은 압축비(v1/v2)의 함수가 되어, 압축비가 클수록 열효율은 좋아진다. 그러나 실제의 기관에서는 압축비가 너무 높아지면 노킹이 생기므로, 너무 높은 압축비의 기관은 만들 수 없다.

[P-V 선도]

0->1 : 피스톤이 하강하면서 혼합기를 흡입하여

1->2 : 압축하여 외부에서 열량 Q1이 공급되고 압력이 높아진다.

2->3 : 일정 체적 하에서 점화플러그에 의해 점화되어 순간적으로 온도와 압력이 상승하며,

3->4 : 피스톤이 하강하면서 폭발압력이 팽창하고

4->1 : 배기밸브를 열어 배기 행정을 함과 동시에 외부로 열량 Q2가 방출된다. 압축비가 클수록 열효율은 좋아지나 실제의 기관에서는 압축비가 너무 높아지면 노킹이 생기므로, 너무 높은 압축비의 기관은 만들 수 없다.

[오토사이클 구성]

[공식]

- 가열량 : q_1 = C_v(T_3 - T_2)
- 방열량 : q_2 = C_v(T_4 - T_1)
- 열효율 : \eta_0= \cfrac{AW}{q_1} = 1 - \cfrac{T_4 - T_1}{T_3 - T_2}= 1 - \left( \cfrac{v_2}{v_1} \right)^{k-1}= 1 - \left( \cfrac{1}{\varepsilon} \right)^{k-1}\left( \varepsilon = \text{압축비} = \cfrac{v_1}{v_2} \right)