מחזור אוטו ומחזור דיזל, הסבר מלא

הטמעת המחשבון

חופשי לשימוש באתר קורס, בבלוג או בעמוד של כיתה. מדביקים את הקוד הזה במקום שבו רוצים אותו.

<iframe src="https://carnot.taueng.com/embed/he/otto-and-diesel-cycles" width="100%" height="560" style="border:0" loading="lazy" title="CARNOT calculator"></iframe>
<p>מחשבון של <a href="https://carnot.taueng.com/learn/otto-and-diesel-cycles">CARNOT</a></p>

שתי דרכים להוסיף חום

בשני המחזורים האוויר נדחס באופן איזנטרופי, מקבל חום, מתפשט באופן איזנטרופי ופולט חום בנפח קבוע. ההבדל הוא בהוספת החום. במחזור אוטו הניצוץ מצית את התערובת בנקודה המתה העליונה והלחץ קופץ לפני שהבוכנה מספיקה לזוז: נפח קבוע. במחזור דיזל הדלק מוזרק לאוויר שכבר התחמם מהדחיסה ונשרף בזמן שהבוכנה יורדת: בערך לחץ קבוע, עד נקודת הניתוק.

יחס הדחיסה r הוא נפח הצילינדר בנקודה המתה התחתונה חלקי הנפח בנקודה המתה העליונה. יחס הניתוק r_c הוא כמה נפח הצילינדר גדל בזמן שהדלק עדיין בוער. כש־r_c שווה 1, נוסחת דיזל מצטמצמת בדיוק לנוסחת אוטו.

למה דיזל מנצח בכל זאת

באותו r, הסוגריים בנוסחת דיזל תמיד גדולים מ־1, ולכן מחזור דיזל יעיל פחות. אבל מנוע בנזין דוחס דלק ואוויר יחד, ומעל יחס דחיסה של בערך 10 עד 12 התערובת עלולה להתלקח מעצמה לפני הניצוץ: נקישה. מנוע דיזל דוחס אוויר בלבד, ולכן אין לו מגבלת נקישה והוא עובד ביחסי דחיסה של כ־14 עד 22.

מנועים אמיתיים מגיעים הרבה מתחת לערכים האידיאליים האלה, בגלל איבוד חום לדפנות, חיכוך, זמן בעירה סופי והפסדי שאיבה. המחזורים האידיאליים הם עדיין הכלי הנכון להשוואה בין תכנונים ולהבנה לאיזה כיוון שינוי מזיז את הנצילות.

דוגמה עם מספרים

עם γ של 1.4, למחזור אוטו ב־r שווה 10 יש נצילות אידיאלית של 1 פחות 1 חלקי 10 בחזקת 0.4, בערך 1 פחות 0.398, כלומר 60.2 אחוז.

מחזור דיזל ב־r שווה 18 עם r_c שווה 2: ‏1 חלקי 18 בחזקת 0.4 הוא בערך 0.315, והסוגריים הם 2 בחזקת 1.4 פחות 1, חלקי 1.4, בערך 1.171, ולכן η בערך 1 פחות 0.315 כפול 1.171, כלומר כ־63.2 אחוז. מחזור אוטו באותו r של 18 היה מגיע ל־68.5 אחוז, אבל אף מנוע בנזין לא יכול לעבוד ביחס דחיסה כזה בלי נקישה.

טעויות נפוצות

• להשוות אוטו ודיזל באותו יחס דחיסה ולהסיק שדיזל גרוע יותר. הם אף פעם לא עובדים באותו יחס.
• להשתמש ביחס הלחצים במקום ביחס הנפחים r.
• להתייחס לנצילות האידיאלית כמה שמנוע באמת מספק. מנועים אמיתיים מאבדים חלק גדול לחום ולחיכוך.