디젤 사이클

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1. 개요
2. 디젤 사이클의 과정
3. 이상적인 디젤 사이클
- 3.1. 특징
- 3.2. 에너지 변환
4. 열효율
- 4.1. 열효율 공식
- 4.2. 오토 사이클과의 비교
5. 응용 분야
- 5.1. 디젤 엔진
- 5.2. 기타 내연기관
참조

1. 개요

디젤 사이클은 압축, 연소, 팽창, 배기의 네 단계를 반복하는 열역학적 사이클이다. 이상 기체를 가정하고, 연소 화학, 배기 가스 및 재충전 절차를 무시하는 이상적인 디젤 사이클은 등엔트로피 압축, 등압 가열, 등엔트로피 팽창, 등적 냉각의 4가지 과정으로 구성된다. 디젤 엔진은 열을 일로 변환하는 열기관으로, 압축비를 높이고 분사 차단비를 줄일수록 열효율이 향상된다. 디젤 사이클은 오토 사이클보다 낮은 열효율을 보이지만, 높은 압축비를 통해 실제 디젤 엔진은 더 높은 효율을 달성할 수 있다. 디젤 엔진은 대형 트럭, 철도, 토목 환경 등 다양한 분야에서 활용되며, 모형 비행기 엔진에도 적용된다.

2. 디젤 사이클의 과정

디젤 사이클은 압축, 연소, 팽창, 배기의 네 단계로 반복된다.^[5]

이상적인 디젤 사이클의 p–V 선도에서

p

는 압력, V는 부피(단위 질량 기준인 경우

v

는 비체적)이다. ''이상화된'' 디젤 사이클은 이상 기체를 가정하고, 연소 화학, 배기 가스 및 재충전 절차를 무시하며 4가지 과정을 따른다.

디젤 엔진은 열을 일로 변환하는 열기관이다. 순 생산된 일은 p–V 선도에서 사이클로 둘러싸인 영역으로 나타낼 수 있으며, 사이클당 생산되어 다른 유용한 형태의 에너지(차량 추진 (운동 에너지), 전기 에너지)로 전환 가능하다.

디젤 사이클은 압축 착화 기관의 실제 사이클을 비열이 일정한 이상 기체(공기)의 가역적인 폐쇄 사이클(공기 표준 사이클)로 대체한 것이다.^[3]^[4]

사이클의 대체
	실제 기관의 상태 변화	대체 후의 상태 변화	비고
1 → 2	공기의 압축	단열 (등엔트로피) 압축
2 → 3	연료 분사・착화・연소	등압 가열 팽창	분사 동안 피스톤 이동
3 → 4	분사 종료・연소 가스의 팽창	단열(등엔트로피) 팽창
4 → 1	배기・흡기(또는 쓸어내기)	정적 냉각	이 동안의 피스톤 이동 무시

디젤 사이클의 p-V 선도 및 T-S 선도는 다음과 같다.

디젤 사이클의 p-V 선도
디젤 사이클의 T-S 선도

흡기 상태를 V₁, p₁, T₁, S₁으로 했을 때, 사이클 상의 각 점의 상태량은 다음 표와 같다.

사이클 각 점의 상태량
	체적	압력	절대 온도	엔트로피
1	$V_1$	$p_1$	$T_1$	$S_1$
1→2		$p = p_1 \left(\frac{V_1}{V}\right)^{\kappa}$	$T = T_1 \left(\frac{V_1}{V}\right)^{\kappa-1}$	$S = S_1$
2	$V_2 = V_1/\epsilon$	$p_2 = p_1 \epsilon^{\kappa}$	$T_2 = T_1 \epsilon^{\kappa-1}$	$S_2 = S_1$
2→3		$p = p_2$	$T = T_2 \frac{V}{V_2}$	$S = S_2 + m c_p \ln\frac{T}{T_2}$
3	$V_3 = V_1 \sigma/\epsilon$	$p_3 = p_1 \epsilon^{\kappa}$	$T_3 = T_1 \sigma \epsilon^{\kappa-1}$	$S_3 = S_1 + m c_p \ln \sigma$
3→4		$p = p_3 \left(\frac{V_3}{V}\right)^{\kappa}$	$T = T_3 \left(\frac{V_3}{V}\right)^{\kappa-1}$	$S = S_3$
4	$V_4 = V_1$	$p_4 = p_1 \sigma^\kappa$	$T_4 = T_1 \sigma^\kappa$	$S_4 = S_1 + m c_p \ln \sigma$
4→1	$V = V_4$	\|	$T = T_4 \frac{p}{p_4}$	$S = S_4 + m c_v \ln\frac{T}{T_4}$
$\epsilon=\frac{V_1}{V_2}$ ：압축비, $\sigma = \frac{V_3}{V_2}$ ：분사 차단비, $\kappa=\frac{c_p}{c_v}=1.40$ ：비열비,

각 과정은 다음과 같다.

1→2: 유체의 등엔트로피 압축(파란색)^[1]
2→3: 일정 압력 가열(빨간색)^[1]
3→4: 등엔트로피 팽창(노란색)^[1]
4→1: 일정 부피 냉각(녹색)^[1]

2. 1. 압축 (1→2)

압축 단계(1→2)에서는 공기가 등엔트로피 압축되면서 일을 받는다.^[5] 이 과정은 단열 과정으로도 볼 수 있다.^[3]^[4] 압축 과정에서 공기의 온도는 급격하게 상승한다.

압축비(

\epsilon

)는 $\frac{V_1}{V_2}$로, 압축 전 실린더 부피(V₁)를 압축 후 부피(V₂)로 나눈 값이다.

압축 단계 (1→2)에서의 상태량 변화
	체적	압력	절대 온도	엔트로피
1	$V_1$	$p_1$	$T_1$	$S_1$
1→2		$p = p_1 \left(\frac{V_1}{V}\right)^{\kappa}$	$T = T_1 \left(\frac{V_1}{V}\right)^{\kappa-1}$	$S = S_1$
2	$V_2 = V_1/\epsilon$	$p_2 = p_1 \epsilon^{\kappa}$	$T_2 = T_1 \epsilon^{\kappa-1}$	$S_2 = S_1$
$\epsilon=\frac{V_1}{V_2}$ ：압축비, $\kappa=\frac{c_p}{c_v}=1.40$ ：비열비

2. 2. 연소 (2→3)

압축된 공기에 연료가 분사되어 등압 과정에서 연소가 일어난다. 연료의 연소로 발생한 열은 공기를 팽창시킨다.^[5] 이 과정은 실제 기관에서 연료 분사, 착화, 연소에 해당하며, 디젤 사이클에서는 등압 가열 팽창으로 대체된다. 분사하는 동안 피스톤은 이동한다.^[3]^[4]

표 1 사이클의 대체
	실제 기관의 상태 변화	대체 후의 상태 변화	비고
2 → 3	연료 분사・착화・연소	등압 가열 팽창	분사 동안 피스톤 이동

표 2 사이클 각 점의 상태량
	체적	압력	절대 온도	엔트로피
2→3		$p = p_2$	$T = T_2 \frac{V}{V_2}$	$S = S_2 + m c_p \ln\frac{T}{T_2}$
3	$V_3 = V_1 \sigma/\epsilon$	$p_3 = p_1 \epsilon^{\kappa}$	$T_3 = T_1 \sigma \epsilon^{\kappa-1}$	$S_3 = S_1 + m c_p \ln \sigma$
$\epsilon=\frac{V_1}{V_2}$ ：압축비, $\sigma = \frac{V_3}{V_2}$ ：분사 차단비, $\kappa=\frac{c_p}{c_v}=1.40$ ：비열비,

2. 3. 팽창 (3→4)

연소된 가스는 등엔트로피 과정으로 팽창하며, 피스톤을 밀어내어 일을 한다.^[5] 이 과정은 디젤 사이클의 3→4 단계에 해당한다.^[3]^[4]

사이클 각 점의 상태량
	체적	압력	절대 온도	엔트로피
3→4		$p = p_3 \left(\frac{V_3}{V}\right)^{\kappa}$	$T = T_3 \left(\frac{V_3}{V}\right)^{\kappa-1}$	$S = S_3$
$\epsilon=\frac{V_1}{V_2}$ 는 압축비, $\sigma = \frac{V_3}{V_2}$ 는 분사 차단비, $\kappa=\frac{c_p}{c_v}=1.40$ 는 비열비이다. $m$ 은 질량, $c_p$ 는 정압 비열, $c_v$ 는 정적 비열을 의미한다.

2. 4. 배기 (4→1)

팽창된 가스는 등적 과정에서 냉각되며, 열을 외부로 방출하고 초기 상태로 돌아간다.(4→1)^[5] 이 과정은 실제 기관에서 배기·흡기(또는 쓸어내기)에 해당하며, 이 동안의 피스톤 이동은 무시하고 정적 냉각으로 대체한다.^[3]^[4]

4→1 과정의 상태량 변화는 다음과 같다.

4→1 과정의 상태량 변화
	체적	압력	절대 온도	엔트로피
4→1	$V = V_4$		$T = T_4 \frac{p}{p_4}$	$S = S_4 + m c_v \ln\frac{T}{T_4}$
$V_4 = V_1$ , $p_4 = p_1 \sigma^\kappa$ , $T_4 = T_1 \sigma^\kappa$ , $S_4 = S_1 + m c_p \ln \sigma$ , $\sigma$ : 분사 차단비, $m$ : 질량, $c_v$ : 정적 비열

3. 이상적인 디젤 사이클

이상적인 디젤 사이클은 실제 디젤 엔진의 작동 과정을 단순화하여 나타낸 것이다. 이상적인 디젤 사이클에서는 이상 기체를 가정하고, 연소, 배기 가스 및 재충전 절차를 무시한다.^[1]

디젤 사이클은 압축 착화 기관의 실제 사이클을 비열이 일정한 이상 기체(공기)의 가역적인 폐쇄 사이클(공기 표준 사이클)로 대체한 것으로 생각할 수 있다.^[3]^[4]

실제 기관과 공기 표준 사이클 비교
	실제 기관의 상태 변화	대체 후의 상태 변화	비고
1 → 2	공기의 압축	단열 (등엔트로피) 압축
2 → 3	연료 분사・착화・연소	등압 가열 팽창	분사 동안 피스톤은 이동
3 → 4	분사 종료・연소 가스의 팽창	단열(등엔트로피) 팽창
4 → 1	배기・흡기(또는 쓸어내기)	정적 냉각	이 동안의 피스톤 이동을 무시

흡기 상태를 V₁, p₁, T₁, S₁으로 했을 때, 사이클 상의 각 점의 상태량은 아래 표와 같다.

사이클 각 점의 상태량
	체적	압력	절대 온도	엔트로피
1	$V_1$	$p_1$	$T_1$	$S_1$
1→2		$p = p_1 \left(\frac{V_1}{V}\right)^{\kappa}$	$T = T_1 \left(\frac{V_1}{V}\right)^{\kappa-1}$	$S = S_1$
2	$V_2 = V_1/\epsilon$	$p_2 = p_1 \epsilon^{\kappa}$	$T_2 = T_1 \epsilon^{\kappa-1}$	$S_2 = S_1$
2→3		$p = p_2$	$T = T_2 \frac{V}{V_2}$	$S = S_2 + m c_p \ln\frac{T}{T_2}$
3	$V_3 = V_1 \sigma/\epsilon$	$p_3 = p_1 \epsilon^{\kappa}$	$T_3 = T_1 \sigma \epsilon^{\kappa-1}$	$S_3 = S_1 + m c_p \ln \sigma$
3→4		$p = p_3 \left(\frac{V_3}{V}\right)^{\kappa}$	$T = T_3 \left(\frac{V_3}{V}\right)^{\kappa-1}$	$S = S_3$
4	$V_4 = V_1$	$p_4 = p_1 \sigma^\kappa$	$T_4 = T_1 \sigma^\kappa$	$S_4 = S_1 + m c_p \ln \sigma$
4→1	$V = V_4$	\|	$T = T_4 \frac{p}{p_4}$	$S = S_4 + m c_v \ln\frac{T}{T_4}$
$\epsilon=\frac{V_1}{V_2}$ ：압축비, $\sigma = \frac{V_3}{V_2}$ ：분사 차단비, $\kappa=\frac{c_p}{c_v}=1.40$ ：비열비,

3. 1. 특징

디젤 사이클은 압축, 연소, 팽창, 배기의 네 단계로 구성되며, 각 단계는 다음과 같다.^[5]

# 압축 단계: 등엔트로피 압축이 일어나며 일을 받는다.(1→2)

# 연소 단계: 연료가 연소되며 열을 받아 등압 팽창이 일어난다.(2→3)

# 팽창 단계: 등엔트로피 팽창이 일어나며 일을 한다.(3→4)

# 배기 단계: 등적 냉각이 일어나며 열을 내보낸다.(4→1)

이상 기체를 가정하고, 연소, 배기 가스 및 재충전 절차를 무시하면, 이상적인 디젤 사이클은 다음과 같은 네 가지 과정으로 나타낼 수 있다.^[1]

1→2: 유체의 등엔트로피 압축 (파란색)
2→3: 일정 압력 가열 (빨간색)
3→4: 등엔트로피 팽창 (노란색)
4→1: 일정 부피 냉각 (녹색)

디젤 엔진은 열을 일로 변환하는 열기관이다. 각 과정에서 에너지 변화는 다음과 같다.

하단의 등엔트로피 과정(파란색): 일 $W_{in}$ 의 형태로 에너지가 시스템으로 전달되지만, 열의 형태로 에너지가 들어가거나 나가지 않는다.
일정 압력(빨간색, 등압) 과정: 열 $Q_{in}$ 의 형태로 에너지가 시스템으로 들어간다.
상단의 등엔트로피 과정(노란색): $W_{out}$ 의 형태로 에너지가 시스템에서 전달되지만, 열의 형태로 에너지가 들어가거나 나가지 않는다.
일정 부피(녹색, 등적) 과정: 우측 감압 과정 $Q_{out}$ 을 통해 열의 형태로 에너지가 시스템에서 나간다.

순 생산된 일은 시스템에 더해진 열과 시스템에서 나가는 열의 차이와 같으며, p–V 선도에서 사이클로 둘러싸인 영역으로도 나타낼 수 있다. 순 일은 사이클당 생산되며, 다른 유용한 형태의 에너지로 전환되어 차량을 추진하거나(운동 에너지) 전기 에너지를 생산할 수 있기 때문에 유용한 일이라고도 한다. 단위 시간당 많은 수의 이러한 사이클의 합을 발생 동력이라고 한다.

W_{out}

은 총 일이라고도 하며, 그중 일부는 다음 공기 충전을 압축하기 위해 엔진의 다음 사이클에서 사용된다.

일 투입( $W_{in}$ ): 공기(시스템)를 압축하는 피스톤에 의해 수행된다.
열 투입( $Q_{in}$ ): 연료의 연소에 의해 수행된다.
일 출력( $W_{out}$ ): 작동 유체가 팽창하여 피스톤을 밀면서 수행된다(이것은 사용 가능한 일을 생성한다).
열 출력( $Q_{out}$ ): 공기를 배출하여 수행된다.
순 생산된 일 = $Q_{in}$ - $Q_{out}$

디젤 사이클은 압축 착화 기관의 실제 사이클을 비열이 일정한 이상 기체(공기)의 가역적인 폐쇄 사이클(공기 표준 사이클)로 대체한 것으로 생각할 수 있다.^[3]^[4]

표 1. 실제 기관과 공기 표준 사이클 비교
	실제 기관의 상태 변화	대체 후의 상태 변화	비고
1 → 2	공기의 압축	단열 (등엔트로피) 압축
2 → 3	연료 분사・착화・연소	등압 가열 팽창	분사 동안 피스톤은 이동
3 → 4	분사 종료・연소 가스의 팽창	단열(등엔트로피) 팽창
4 → 1	배기・흡기(또는 쓸어내기)	정적 냉각	이 동안의 피스톤 이동을 무시

흡기 상태를 V₁, p₁, T₁, S₁으로 했을 때, 사이클 상의 각 점의 상태량은 아래 표 2와 같다.

표 2. 사이클 각 점의 상태량
	체적	압력	절대 온도	엔트로피
1	$V_1$	$p_1$	$T_1$	$S_1$
1→2		$p = p_1 \left(\frac{V_1}{V}\right)^{\kappa}$	$T = T_1 \left(\frac{V_1}{V}\right)^{\kappa-1}$	$S = S_1$
2	$V_2 = V_1/\epsilon$	$p_2 = p_1 \epsilon^{\kappa}$	$T_2 = T_1 \epsilon^{\kappa-1}$	$S_2 = S_1$
2→3		$p = p_2$	$T = T_2 \frac{V}{V_2}$	$S = S_2 + m c_p \ln\frac{T}{T_2}$
3	$V_3 = V_1 \sigma/\epsilon$	$p_3 = p_1 \epsilon^{\kappa}$	$T_3 = T_1 \sigma \epsilon^{\kappa-1}$	$S_3 = S_1 + m c_p \ln \sigma$
3→4		$p = p_3 \left(\frac{V_3}{V}\right)^{\kappa}$	$T = T_3 \left(\frac{V_3}{V}\right)^{\kappa-1}$	$S = S_3$
4	$V_4 = V_1$	$p_4 = p_1 \sigma^\kappa$	$T_4 = T_1 \sigma^\kappa$	$S_4 = S_1 + m c_p \ln \sigma$
4→1	$V = V_4$	\|	$T = T_4 \frac{p}{p_4}$	$S = S_4 + m c_v \ln\frac{T}{T_4}$
$\epsilon=\frac{V_1}{V_2}$ ：압축비, $\sigma = \frac{V_3}{V_2}$ ：분사 차단비, $\kappa=\frac{c_p}{c_v}=1.40$ ：비열비,

3. 2. 에너지 변환

디젤 엔진은 열을 일로 변환하는 열기관이다.^[1] 에너지 변환 과정은 다음과 같다.

압축 단계 (1→2): 등엔트로피 압축이 일어나며, 피스톤이 공기를 압축하면서 일( $W_{in}$ )을 받는다. (파란색)
연소 단계 (2→3): 연료가 연소되면서 열( $Q_{in}$ )을 받아 등압 팽창이 일어난다. (빨간색)
팽창 단계 (3→4): 등엔트로피 팽창이 일어나며, 팽창하는 작동 유체가 피스톤을 밀어내면서 일( $W_{out}$ )을 한다. (노란색)
배기 단계 (4→1): 등적 냉각이 일어나며, 열( $Q_{out}$ )을 외부로 내보낸다. (녹색)^[1]

이 과정에서 순 생산된 일은 시스템에 더해진 열과 시스템에서 나가는 열의 차이와 같으며, p–V 선도에서 사이클로 둘러싸인 영역으로 나타낼 수 있다.

순 생산된 일 = $Q_{in}$ - $Q_{out}$ = $W_{out}$ - $W_{in}$

실제 기관과 이상적인 기관의 상태 변화 비교^[3]^[4]
	실제 기관의 상태 변화	대체 후의 상태 변화	비고
1 → 2	공기 압축	단열 (등엔트로피) 압축
2 → 3	연료 분사・착화・연소	등압 가열 팽창	분사 동안 피스톤 이동
3 → 4	분사 종료・연소 가스 팽창	단열(등엔트로피) 팽창
4 → 1	배기・흡기(또는 쓸어내기)	정적 냉각	이 동안 피스톤 이동 무시

4. 열효율

디젤 사이클의 열효율은 압축비와 단절비에 의해 결정된다. 이상적인 열효율은 열 및 마찰 손실로 인해 실제 열효율보다 상당히 높다. 디젤 사이클은 열 추가가 등압 과정으로 이루어지고, 열 방출은 등적 과정으로 이루어지기 때문에 오토 사이클보다 공식이 더 복잡하다.

압축비를 크게 하면 열효율이 크게 향상되며, 분사 차단비를 작게 하면 열효율이 향상되지만, 동일한 출력을 내기 위해 기관이 커져야 한다. 부하에 따라 평균 유효 압력을 변경하여 속도 조절을 할 때는 흡기 압력을 변경하는 방법과 분사 차단비를 변경하는 방법이 있는데, 흡기 압력을 변경하는 것은 큰 손실이 발생하므로 일반적으로 분사 차단비를 변경하는 방법을 사용한다.^[2]

4. 1. 열효율 공식

디젤 사이클의 최대 열효율은 압축비와 단절비에 따라 달라진다. 다음은 차가운 공기 표준 분석 하에서의 공식이다.^[2]

:

\eta_{th}=1-\frac{1}{r^{\gamma-1}}\left ( \frac{\alpha^{\gamma}-1}{\gamma(\alpha-1)} \right )

여기서

$\eta_{th}$ 는 열효율
$\alpha$ 는 단절비 $\frac{V_3}{V_2}$ (연소 단계의 시작 및 끝 부피 비율)
$r$ 은 압축비 $\frac{V_1}{V_2}$
$\gamma$ 는 비열의 비(C_p/C_v)^[2]

단절비는 다음과 같이 온도로 표현할 수 있다.

:

\frac{T_2}{T_1} ={\left(\frac{V_1}{V_2}\right)^{\gamma-1}} = r^{\gamma-1}

:

\displaystyle {T_2} ={T_1} r^{\gamma-1}

:

\frac{V_3}{V_2} = \frac{T_3}{T_2}

:

\alpha = \left(\frac{T_3}{T_1}\right)\left(\frac{1}{r^{\gamma-1}}\right)

T_3

는 사용된 연료의 화염 온도로 근사할 수 있다. 화염 온도는 해당 공기 대 연료비 및 압축 압력

p_3

에서 연료의 단열 화염 온도로 근사할 수 있다.

T_1

은 흡입 공기 온도로 근사할 수 있다.

이 공식은 이상적인 열효율만을 제공한다. 실제 열효율은 열 및 마찰 손실로 인해 상당히 낮다. 이 공식은 다음과 같은 공식을 갖는 오토 사이클 (가솔린/휘발유 엔진) 관계보다 더 복잡하다.

:

\eta_{otto,th}=1-\frac{1}{r^{\gamma-1}}

디젤 공식의 추가적인 복잡성은 열 추가가 등압이고 열 방출이 등적이기 때문에 발생한다. 반면 오토 사이클은 열 추가와 열 방출 모두 등적이다.

위에서 구한 각 점의 상태량을 사용하여, 1 사이클당 가열량, 냉각량, 일, 열효율, 평균 유효 압력은 다음과 같이 구할 수 있다.

항목	식	비고
실린더 내 공기 질량	$m = \frac{P_1 V_1}{R T_1} , \quad R = c_p - c_v = 287.2 {~\rm J/(kg K)}$
가열량	$Q_1 = m c_p (T_3 - T_2) = m c_p T_1 (\sigma-1) \epsilon^{\kappa-1}$
냉각량	$Q_2 = m c_v (T_4 - T_1) = m c_v T_1 (\sigma^\kappa-1)$
일	$W = Q_1 - Q_2 = m c_v T_1[\kappa(\sigma-1)\epsilon^{\kappa-1} - (\sigma^\kappa-1)]$
열효율	$\eta = 1 - \frac{Q_2}{Q_1}$
평균 유효 압력	$p_m = \frac{W}{V_1 - V_2}$

이 결과로부터 다음을 알 수 있다.

압축비 ε를 크게 (높게) 하면 열효율이 크게 향상된다.
분사 차단비 σ를 작게 (1에 가깝게) 하면 열효율이 향상된다. 단, 이는 동일한 출력에 대해 기관의 대형화를 초래한다.
부하에 따라 평균 유효 압력을 변경하여 조속을 수행하려면, (조리개 밸브로) 흡기 압력 p₁을 변경하거나, 분사 차단비 σ를 변경하면 된다. 전자는 큰 손실이 따르므로, 일반적으로 후자를 사용한다.

4. 2. 오토 사이클과의 비교

주어진 압축비(r)에서 ''이상적인'' 오토 사이클이 디젤 사이클보다 효율적이다. 그러나 ''실제'' 디젤 엔진은 더 높은 압축비에서 작동할 수 있어 전체적으로 더 높은 효율을 보인다. 가솔린 엔진이 동일한 압축비를 가지면 노킹(자연 점화)이 발생해 효율이 감소하지만, 디젤 엔진에서는 자연 점화가 원하는 동작이다. 이 두 사이클은 모두 이상적인 가정이며, 실제 동작은 명확하게 구분되지 않는다. 또한, 이상적인 오토 사이클 공식에는 디젤 엔진에 적용되지 않는 스로틀링 손실이 포함되지 않는다.

이 결과에서 다음을 알 수 있다.

압축비(ε)를 높이면 열효율이 크게 향상된다.
분사 차단비(σ)를 1에 가깝게 작게 하면 열효율이 향상된다. 단, 동일 출력에서 기관이 커진다.
부하에 따라 평균 유효 압력을 변경하여 조속을 수행하려면, (조리개 밸브로) 흡기 압력 p₁을 변경하거나 분사 차단비 σ를 변경한다. 전자는 큰 손실이 따르므로 일반적으로 후자를 사용한다.

5. 응용 분야

디젤 사이클은 다양한 내연 기관에 응용된다.

디젤 엔진은 모든 대형 내연 기관 중에서 가장 낮은 연료 소비율을 보인다. 특히, 터보차징을 사용하는 2행정 디젤 엔진은 매우 큰 디젤 엔진의 상당 부분을 차지한다. 북아메리카에서는 디젤 엔진이 주로 대형 트럭에 사용되며, 중량물 운송 철도 및 토목 환경에서도 사용된다.^[1]

많은 모형 비행기는 "글로" 및 "디젤" 엔진을 사용한다. 글로 엔진은 글로 플러그를 사용하고, "디젤" 모형 비행기 엔진은 가변 압축비를 갖는다. 이들은 특수 연료에 의존한다.

19세기 또는 그 이전의 일부 실험용 엔진은 외부 불꽃을 사용했지만, 압축이 증가함에 따라 이는 매력적이지 않게 되었다. 사디 카르노의 연구는 압축의 열역학적 가치를 확립했다. 이는 디젤 엔진이 전기의 도움 없이 발명될 수 있었다는 역사적 함의를 갖는다.^[1]

5. 1. 디젤 엔진

디젤 엔진은 단일 사이클을 사용하는 모든 대형 내연 기관 중에서 가장 낮은 연료 소비율을 보인다. 매우 큰 해양 엔진의 경우 0.26lb/hp·h (0.16kg/kWh)이다.^[1] 고압 강제 유입, 특히 터보차징을 사용하는 2행정 디젤은 매우 큰 디젤 엔진의 상당 부분을 차지한다.

북아메리카에서 디젤 엔진은 주로 대형 트럭에 사용되며, 여기서 저응력, 고효율 사이클은 훨씬 더 긴 엔진 수명과 더 낮은 운영 비용으로 이어진다. 이러한 장점은 또한 디젤 엔진을 중량물 운송 철도 및 토목 환경에서 사용하기에 이상적으로 만든다.^[1]

5. 2. 기타 내연기관

많은 모형 비행기는 매우 간단한 "글로" 및 "디젤" 엔진을 사용한다. 글로 엔진은 글로 플러그를 사용한다. "디젤" 모형 비행기 엔진은 가변 압축비를 갖는다. 두 종류 모두 특수 연료에 의존한다.

19세기 또는 그 이전의 일부 실험용 엔진은 점화를 위해 밸브에 노출된 외부 불꽃을 사용했지만, 압축이 증가함에 따라 이는 매력적이지 않게 되었다. (압축의 열역학적 가치를 확립한 것은 사디 카르노의 연구였다.) 이는 디젤 엔진이 전기의 도움 없이 발명될 수 있었다는 역사적 함의를 갖는다.

참조

_[1] 서적 Applied Thermodynamics for Engineering Technologists Pearson Education Limited 1993
_[2] 웹사이트 The Diesel Engine http://230nsc1.phy-a[...]
_[3] 서적 機械熱力学朝倉書店 1967
_[4] 서적 工学基礎熱力学裳華房 1971
_[5] 서적 Fundamentals of thermodynamics https://www.worldcat[...] John Wiley & Sons Inc 2014

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