오토와 디젤 사이클: 가솔린과 디젤 엔진
대부분의 자동차 보닛 아래 엔진은 상이 바뀌는 물이 아니라 공기만으로 돌고, 실린더 안에서 연료를 태워 그 공기를 데운다. 오토와 디젤은 같은 네 행정을 쓰면서, 연료가 부피를 고정한 채 타느냐 압력을 고정한 채 타느냐 하나만 달라요.
공기를 단열로 누르고, 불꽃이 튈 때 부피를 고정한 채 열을 넣으며, 늘어나며 일을 내고, 다시 부피를 고정한 채 열을 버려요. 실제 4행정 엔진에서는 늘어나는 구간 한 번만 힘을 내고, 나머지 구간은 바퀴에 저장된 관성이 피스톤을 밀어 준다.
이상적인 오토의 효율은 압축비에만 달렸고, η = 1 − 1rγ−1이다. 같은 공기를 실린더의 더 작은 부피로 밀어 넣을수록 효율이 오르는데, 비가 커질수록 효율이 늘어나는 폭은 점점 줄어 아주 높은 비에서는 이득이 완만해져요.
두 순환은 연료가 타는 구간에서 갈린다. 오토는 부피를 고정한 채 타는 불꽃이라 P-V에서 세로로 뛰고, 디젤은 압력을 고정한 채 타면서 피스톤이 움직이는 동안 연료를 뿌려 P-V에서 가로로 간다. 불꽃은 미리 섞인 기체를 순식간에 태워 피스톤이 움직일 틈이 없어 부피가 거의 그대로지만, 디젤은 연료를 조금씩 태우니 피스톤이 내려가는 동안 압력이 거의 일정해요.
가솔린 엔진은 연료와 공기를 함께 눌러서 노킹이 압축비를 막는다. 디젤은 공기만 누르고 꼭대기에서야 연료를 뿌리니 훨씬 높은 비로 돌아 더 높은 효율에 닿아요. 그래서 연비가 중요한 트럭과 배, 무거운 장비에는 디젤이 주로 쓰이고, 더 가볍고 빨리 도는 가솔린은 승용차에 어울린다.
둘 다 상이 바뀌지 않는 기체 순환이고, 부피를 고정해 태우느냐 압력을 고정해 태우느냐로만 갈리며, 압축비가 핵심 손잡이에요. 다음은 순환을 거꾸로 돌려 열을 위로 올리는 일, 곧 냉동이다. 실제 엔진은 둘 중 하나만 쓰지 않고 두 방식을 섞은 중간 형태로 타며, 이를 복합 순환이라고 불러요.