オットーサイクルとは？4サイクル機関の熱力学的プロセスを解説
原子力を知りたい
オットーサイクルって何ですか？
原子力マニア
オットーサイクルとは、ガソリン機関でピストンが4つの行程（吸気、圧縮、膨張、排気）を行う熱力学的サイクルのことです。
原子力を知りたい
ピストンの4つの行程とはどういう意味ですか？
原子力マニア
吸気行程：ピストンが下がり、シリンダー内に空気と燃料が吸い込まれます。
圧縮行程：ピストンが上がり、空気と燃料が圧縮されます。
膨張行程：点火プラグが点火し、空気と燃料の混合気が燃焼して膨張します。
排気行程：ピストンが上がり、燃焼後のガスがシリンダーから排出されます。
オットーサイクルとは。
ガソリンエンジンでは、ピストンの上死点から下死点まで動くか、その逆の動きを1行程と呼びます。4サイクルエンジンでは、ピストンが4つの行程を行います。
* 吸気行程：空気または空気と燃料の混合気をシリンダーに吸い込む。
* 圧縮行程：吸い込んだ混合気をピストンが上昇して圧縮する。
* 膨張行程：圧縮された混合気に着火して燃焼させ、高圧ガスが発生してピストンを押し下げる。
* 排気行程：燃焼後のガスをシリンダーから排出する。
この4つの行程を繰り返すことで、1つの熱力学サイクルが完了します。このサイクルをオットーサイクルと呼びます。オットーサイクルの連続によって、エンジンは動力を発生させて運転を続けます。
オットーサイクルとは何か
オットーサイクルとは、ガソリンエンジンで一般的に使用される4サイクル機関の特徴的な熱力学的プロセスです。このサイクルは4つの行程で構成され、各行程でエンジンのシリンダー内の気体の圧力と体積が変化します。このプロセスによって、燃料の燃焼から熱エネルギーを機械的エネルギーに変換しています。オットーサイクルは、1867年にドイツのエンジニア、ニコラス・アウグスト・オットーによって考案されました。
4サイクル機関の熱力学的サイクル
オットーサイクルは、4サイクル機関の熱力学的サイクルとして知られており、4つの主な工程で構成されています。最初に、ピストンが下がり、燃料と空気の混合気がシリンダーに吸い込まれます（吸気行程）。次に、ピストンが上昇し、混合気が圧縮されます（圧縮行程）。この圧縮により、混合気の温度と圧力が上昇します。次に、圧縮された混合気に点火され、燃焼により高温高圧のガスが発生します（膨張行程）。最後に、膨張ガスがピストンを押し下げ、シリンダーから排出されます（排気行程）。この一連の行程が繰り返されることで、機械的エネルギーが生成されます。
吸気行程
-吸気行程-
オットーサイクルの最初の行程は吸気行程です。この過程では、エンジンのピストンがシリンダー内で下向きに移動し、シリンダー内の容積が増加します。この容積の増加により、シリンダー内の圧力が低下し、外気から空気と燃料の混合気がエンジンに吸い込まれます。
吸気行程は、エンジンのインテークバルブが開いている間に行われます。ピストンが下向きに移動すると、バルブが閉じられ、空気と燃料の混合気がシリンダー内に閉じ込められます。その後、圧縮行程へと移行します。
圧縮行程
圧縮行程は、オットーサイクルの最初の行程です。この行程では、ピストンが上方に移動することでシリンダー容積が減少し、空気と燃料の混合気が圧縮されます。圧縮により混合気の温度と圧力が上昇します。この工程で、混合気は点火され、燃焼が開始されます。
膨張行程
膨張行程は、オットーサイクルの4つの行程のうちの3番目です。ピストンが上死点から下死点に向かって移動し、シリンダー容積が増加します。この時、シリンダー内のガスは膨張し、圧力が低下します。燃料の燃焼で発生した熱エネルギーがガスの仕事に変換され、ピストンが押し下げられます。膨張行程では、熱が仕事に変換されるため、ガスの温度は低下します。また、膨張によりシリンダー容積が増加するため、ガスの圧力も低下します。