열기관 Heat engine
열기관은 뜨거운 공간에서 찬 공간으로 에너지를 이동시키면서 작동하는 기계를 말합니다. 이 과정에서 열기관은 열 에너지의 일부를 역학적 에너지로 전환합니다.
모든 열기관은 일련의 상태를 거친 후 원래의 상태로 되돌아옵니다. 이 사이클을 한바퀴 도는 동안 열기관은 외부에 일을 합니다.
오토 사이클 Otto cycle
오토 사이클은 일반적인 스파크 점화 피스톤 엔진의 기능을 설명하는 이상적인 열역학적 사이클입니다. 오토 사이클은 가솔린을 연료로 흡입하여 스파크로 불을 붙이는 가장 일반적인 엔진을 설명합니다.
오토 순환 과정의 작동 사이클
1. 흡입
흡입 밸브가 열리고 피스톤이 내려오면서 연료가 혼합된 공기가 실린더 내부로 들어옵니다. 밸브가 열려 있어 기체가 자유롭게 들어오기 때문에 압력은 변화가 없습니다.
2. 압축
밸브가 닫히고 피스톤이 올라가면서 연료가 혼합된 공기가 압축됩니다. 빠른 속도로 일어나는 과정이므로 단열과정과 유사합니다. (하지만, 조금이나마 열교환을 하기 때문에 단열과정과 완전히 같지는 않습니다.)
피스톤이 상단에 도달하면 회전 운동의 특성상 부피 변화는 거의 없다고 봅니다. 점화 플러그에 스파크가 일어나서 연료가 점화되면 순간적으로 압력이 증가합니다
3. 폭발
높은 온도의 기체가 팽창하면서 피스톤을 밀어냅니다. 빠른 속도로 일어나는 과정이므로 단열과정과 유사합니다.
피스톤이 하단에 도달하면 회전 운동의 특성상 부피 변화는 거의 없다고 봅니다. 배기 밸브가 열리면 순간적으로 압력이 감소합니다.
4. 배기
피스톤이 올라가면서 배기 가스를 외부로 배출합니다. 밸브가 열려 있어 기체가 자유롭게 빠져나가기 때문에 압력은 변화가 없습니다.
참고 자료
Animated Engines http://www.animatedengines.com/