サバテサイクル

サバテサイクル(Sabathe cycle)は、中・高速の圧縮着火機関（ディーゼルエンジン・焼玉エンジン）の理論サイクル(空気標準サイクル)であり、
複合サイクルとよばれることもある
柘植盛男、『機械熱力学』、朝倉書店(1967)
 谷下市松、『工学基礎熱力学』、裳華房(1971)、ISBN 4-7853-6008-9.。
実際のディーゼルエンジンでは燃料噴射後、着火するまでに着火遅れがあり、
この間に噴射された燃料はシリンダー内に燃料・空気の混合気を形成する。
これに着火すると短期間で燃焼し(予混合燃焼)、等積に近い燃焼となり、
低速機関でない限り、これを無視することはできない。
その後、続いて噴射される燃料が空気と混合しつつ順次燃焼し(拡散燃焼)、
等圧に近い燃焼となる。
この等積燃焼と等圧燃焼の双方を考慮したものが、サバテサイクルである。

 サイクル 
サバテサイクルは、圧縮着火機関の実際のサイクルを、
下表 1 のような比熱一定の理想気体(空気)の可逆なクローズドサイクル
(空気標準サイクル)で置き換えたものと考えることができる
 。
+ 表 1  サイクルの置き換え  実機関の状態変化  置換後の状態変化  備考 1 → 2  空気の圧縮              断熱(等エントロピー)圧縮  2 → 3  予混合燃焼              等積加熱  この間のピストン移動を無視 3 → 4  拡散燃焼                等圧加熱膨張 噴射の間もピストンは移動 4 → 5  噴射締切・燃焼ガスの膨張  断熱(等エントロピー)膨張  5 → 1  排気・吸気(または掃気)  等積冷却  この間のピストン移動を無視

サバテサイクルのp-V 線図および T-S 線図を図 1、2 に示す。
また、吸気状態を V1、p1、T1、S1 としたときの、
サイクル上の各点の状態量を下表 2 に示す。
+ 表 2  サイクル各点の状態量  体積  圧力  絶対温度  エントロピー  1             1→2     

                     2      


                    2→3    

                     3      


                    3→4     

                     4      


                    4→5     

                     5      


                    5→1    

                    ：圧縮比、   ：圧力(上昇)比、   ：噴射締切比、
 ：比熱比、   ：質量、   ：定圧比熱、   ：定積比熱

 熱量、仕事、熱効率 
上で求めた各点の状態量を用いて、1 サイクルあたりの加熱量、冷却量、仕事、
および熱効率、平均有効圧力は下記のように求まる。
 シリンダー内空気質量： 
 加熱量：
 冷却量：
 仕事：
 熱効率：
 平均有効圧力：

この結果より、以下のことがわかる。
 圧縮比 ε を大きく(高く)すれば熱効率が大きく向上する。
 このサイクルは、噴射締切比 σ が小さくなれば (1 に近づけば) オットーサイクルに近づき、圧力比 α が小さくなれば (1 に近づけば) ディーゼルサイクルに近づく。
 オットーサイクル(σ=1)とディーゼルサイクル(α=1)を比較すると、圧縮比 ε が等しければ、オットーサイクルの方が熱効率が良いが、最高温度 T4 が等しければ、（図 2 で点 3 が左方へ移動する方が平均加熱温度が高くなるので、)ディーゼルサイクルの方が熱効率が良い。実際はディーゼルエンジンの方が圧縮比が格段に高く、最高温度も高いので、理論サイクルの面でもディーゼルエンジンの方が熱効率が良い。

 参考文献 

 関連項目 
 オットーサイクル
 ディーゼルサイクル
 ディーゼルエンジン
 圧縮着火内燃機関
 内燃機関
 熱力学サイクル

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Category:熱力学サイクル