オットーサイクル

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熱機関がガソリンを運動に変える方法を説明したもので、「オットーサイクル」と呼ばれる。 他の熱力学的サイクルと同様に、このサイクルは化学エネルギーを熱エネルギーに変え、そして運動に変える。

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オットー サイクルは、ほとんどの交通機関にエネルギーを供給し、現代社会に不可欠なものでした。 具体的には、現在走っている自動車の大半は、オットーサイクルを使ってガソリンを運動に変換している。 ガソリンを使うあらゆる機械（挙げればきりがない）は、以下のようにエンジンの2つのカテゴリーに分けられる。

  • オットーサイクルを使うエンジンの種類

  • 図1． 2ストロークエンジン

  • 図2. 4ストロークエンジン

    エンジンのページでは、そのユニークなメカニズムの詳細と、オットーサイクルを少し変えた使い方の説明をする。

    The Ideal Otto Cycle

    Figure 3. 理想的なオットーサイクル過程の圧力-体積図。 2つの等温過程、2つの断熱過程、2つの等圧過程（吸気と排気用）からなる

    理想的なオットーサイクルのPVダイアグラム（圧力-体積線図）を図3に示す。 この図は、炭化水素の燃焼によって作動流体（ガソリンと空気燃料）の圧力と体積がどのように変化し、それが動力となってピストンが動き、熱が発生し、自動車に運動がもたらされるかをモデル化したものである。 燃焼による熱エネルギーが放出され、ガスやピストンに仕事をさせる膨張（容積室拡大）ピストン運動がある。 一方、ピストンがガスに作用するとき、エンジン室は圧縮される（容積が減少する）。

    ここで重要なのは、図3がオットーサイクルを使用するあらゆるエンジンの理想的なプロセスを描いていることである。 これは、ガソリンエンジンにおける基本的な作業ステップを記述したものである。 オットーサイクルのPV図をより現実的な状況に描いた若干の修正は、2ストロークエンジンと4ストロークエンジンのそれぞれのページで説明されている。 エンジンが行う仕事は、閉回路の面積を解くことで計算できる。

    以下は、作動流体であるガソリンと空気（酸素）の燃焼がピストンの動きを変化させるPV線図の各ステップで起こることを説明している：

    緑の線。 吸気段階と呼ばれ、ピストンは底に引き下げられ、燃料と空気の混合物を「吸い込む」ことができるように、チャンバー内の容積を増加させる。 熱力学的には等圧過程と呼ばれる。

    プロセス1から2：この段階ではピストンが引き上げられ、チャンバーに入ってきた混合気を圧縮することができる。 この圧縮により、混合気の圧力と温度がわずかに上昇するが、熱のやりとりはない。 熱力学の観点からは、これを断熱プロセスと呼んでいる。 このサイクルがポイント2に達したとき、燃料が点火プラグに接触し、点火される。

    工程2～3：ここで、点火プラグによる燃料の着火により燃焼が起こる。 3でガスの燃焼が完了するため、圧力が高く、熱量（熱エネルギー）の多い室内となる。 熱力学の観点からは、これを等温過程と呼んでいる。

    第3～4工程：燃焼によって室内に生じた熱エネルギーは、ピストンに作用してピストンを押し下げ、室の容積を増加させる。 このとき、熱エネルギーが機械や自動車の動力源となるため、パワーストークとも呼ばれる。

    紫色の線（第4工程から第1工程、排気段階）。 工程4から1にかけて、すべての廃熱をエンジン室外に排出する。 熱がガスから離れると、分子は運動エネルギーを失い、圧力の減少を引き起こす。 その後、チャンバー内に残った混合気がピストンによって圧縮され、圧力を変えずに「排気」されることで排気段階が発生する。

    For Further Reading

    • 2ストロークエンジンと4ストロークエンジン
    • 熱機関
    • PV図
    • 燃焼
    • ガソリン
    • ディーゼル対ガソリン エンジン
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    • 熱機関とガソリン エンジン
    • ディーゼル対ディーゼル エンジン
    1. 部分的なリストとしては、オートバイ、ピックアップ トラック、バン、SUV、芝刈り機、自動車、多くのボート、さらにいくつかのポータブル発電機などが挙げられます。
    2. ウィキメディア・コモンズ , 利用可能:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Two-Stroke_Engine.gif
    3. “File:4StrokeEngine Ortho 3D Small.gif – Wikimedia Commons”, Commons.wikimedia.org, 2018. . 利用可能です。 https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3A4StrokeEngine_Ortho_3D_Small.gif.
    4. ウィキメディア・コモンズ , 利用可能: https://en.wikipedia.org/wiki/Otto_cycle#/media/File:P-V_Otto_cycle.svg
    5. 内燃機関の基礎知識」、Energy.gov、2018年. . 利用可能です。 https://www.energy.gov/eere/vehicles/articles/internal-combustion-engine-basics. .
    6. I. Dinçer and C. Zamfirescu, Advanced Power Generation Systems. London, UK: Academic Press is an imprint of Elsevier, 2014, p.266.

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