1

1

Dr. Primal Fernandowpd@pdn.ac.lkPh: (081) 2393608

Internal combustion Engines: History, engine types and operation of 2 & 4 stroke engines

References

• Fundamentals of Thermal Fluid Sciences: Yunus A. Cengel, Robert H TurnerRobert H. Turner

• Engineering Thermodynamics work and heat transfer: G.F.C. Rogers, Y.R. Mayhew

2

Introduction and Overview

• Thermal sciences can be loosely defined as the sciences that deal with heatdeal with heat.

• Thermal sciences or thermal‐fluid sciences can be more broadly defined as the physical sciences that deal with energy and the transfer, transport and conversion of energy.

• Traditionally they studied under the subcategories of

3

Traditionally they studied under the subcategories of,o Thermodynamicso Heat Transfero Fluid Mechanics

Application areas of thermal‐fluid sciences

Many natural and engineering applications (human body, refrigerators, automotive or jet engines, water or gas transportations ……………………..…………………………………

4

2

Thermodynamics

Thermodynamics can be defined as the science of energy.

Ability to cause changers

One of the most fundamental law of nature energy is conservation of energy principle, 

b f f

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o During an interaction, energy can be transform from one state to a another state, but total energy amount remain as constant.

o Energy can not create or destroy.

Basically 3 laws of thermodynamics

• 1st law of thermodynamics (1850, out of the works of William Rankine, Rudollph Clausius, Lord Kelvin)

Simply an expression of the conservation of energy principle.

• 2nd law of thermodynamics (1850, out of the works of William Rankine, Rudollph Clausius, Lord Kelvin)

Asserts as energy has quality as well as quantity, and actual processes occur in the direction of decreasing quality of energy.

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• 0th law of thermodynamics  (formulated by R.H. Flower 1931)

basis for the validity of the temperature measurements.

0th law of thermodynamics  (formulated by R.H. Flower 1931)

• 0th law of thermodynamics is states that if two bodies are in thermal equilibrium ith a third body they are also in thermalthermal equilibrium with a third body, they are also in thermal equilibrium with each other. 

• Another way, if two bodies have equality of temperature with a third body, they in turn have equality of temperature with each other.

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• Replacing the third body with a thermometer, the 0th law of thermodynamics can be re‐stated as, as two bodies are in thermal equilibrium if both have the same temperature reading even if they are not in contact.

0th law of thermodynamics

Body 1y

Body 2

Body 3

Thermal equilibrium

Thermal equilibrium

Thermal equilibrium

8

Body 2

3

0th law of thermodynamics

Body 1150°C150 C

Body 250°C

Body 290°C

Body 190°C

9

50 C

Isolated enclosure

1st law of thermodynamics (1850, out of the works of William Rankine, Rudollph Clausius, Lord Kelvin)

• The increase in the internal energy of a thermodynamic system is equal to the amount of heat energy added to the system minus thework doneto the amount of heat energy added to the system minus the work done by the system on the surroundings. 

• Mathematical representation,  dU=δQ‐δW

where dU is the infinitesimal increase in the internal energy of the system, δQ is the infinitesimal amount of heat added to the system, and δW i h i fi i i l f k d b h h

10

δW is the infinitesimal amount of work done by the system on the surroundings. The infinitesimal heat and work are denoted by δ rather than d because, in mathematical terms, they are inexact differentials rather than exact differentials. In other words, there is no function Q or W that can be differentiated to yield δQ or δW. 

2nd law of thermodynamics (1850, out of the works of William Rankine, Rudollph Clausius, Lord Kelvin)

There are two classical statements: Kelvin‐Planck statement and Clausius statementClausius statement.

• The Kelvin‐Planck statement: It is impossible to construct a device that will operates in a cycle and produce no effect other than the raising of a weight and exchange of heat with a single reservoir.

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• The Clausius statement: It is impossible to construct a device that operates in a cycle and produces no effect other than the transfer of heat from a cooler body to a hotter body.

The Kelvin‐Planck Statement:It is impossible to construct a device that will operates in a cycle and produce no effect other than the raising of a weight and exchange of heat with a single reservoir.

This related to heat engine. This also states that, it is impossible to construct a heat engine that 

operates in a cycle, receives a given amount of heat from  a high‐temperature body, and does an equal amount of work.

The only alternative is that some heat must be transferred from the working fluid at a lower temperature to a lower temperature body.

Thus, work can be done by the transfer of heat only if there are two 

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u , o a e o e y e a e o ea o y i e e a e otemperature levels, and heat is transferred from the high‐temperature body to the heat engine, and also from the heat engine to the low‐temperature body.

It is impossible to build a heat engine that has a thermal efficiency of 100%

4

The Kelvin‐Planck Statement:

High temperature body High temperature body

Heat engine

QH

W=QH

W

Heat engine

QH

W=QH‐QL

QL

13

%100QW

Hthermal

Low temperature body

QL

%100QW

Hthermal

The Clausius statement• It is impossible to construct a device that operates in a cycle and 

produces no effect other than the transfer of heat from a cooler body to a hotter body.a hotter body.

This statement is related to a refrigerator or heat pump.

It state that, it is impossible to construct a refrigerator or heat pump without an input of a work.

14

This also implies that the coefficient of performance (COP) always less than infinity.

The Clausius statement :

High temperature bodyHigh temperature body

Heat engine

QH

W=QH‐QL

QL

Heat engine

QL

QL

W=0

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Low temperature bodyLow temperature body

)0(W

QCOP L

)QQ(W)orQ(Q

COPLH

LH

Heat Transfer• Heat (form of energy) transfer from warm medium to cold 

medium.

• Heat transfer is always from the higher temperature medium to the lower temperature one.

• There can not be net heat transfer between two mediums that are at same temperature. Temperature difference is the driving force for heat transfer.

16

force for heat transfer.

• Heat transfer stops when two mediums reach the same temperature.

5

Solving engineering problems• Experimentally

– Expensive.N t l ti l– Not always practical.

– Deal with actual problem.– Time consuming

• Analytically– Inexpensive– Fast

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Fast– Results depends on the assumptions.

Problem solving techniques

• Step 1 ‐ Problem statement : Briefly state the problem in your words (key information given and quantities to find).

• Step 2 ‐ Schematic : Draw a realistic sketch of the physical system i l d d li h l i f i h fiinvolved, and list the relevant information on the figure.

• Step 3 ‐ Assumptions : state any assumptions made to simplify the problem.

• Step 4 ‐ Physical laws : Apply all the basic relevant physical laws and principles, and simplify to their simplest forms by utilizing the assumptions.

• Step 5 ‐ Properties : Determine and list the relevant properties.

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• Step 6 ‐ Calculations :Substitute the known quantities to relations and perform the calculations.

• Step 7 ‐ Reasoning, Verifications, and Discussion : Check to make sure the results obtained are reasonable.

A potato baked in a oven• Heat transfer to the potato; energy of the potato increases 

(disregard moisture loss from potato).

• The amount of heat transfer = energy increase in the potato

dU = δQ – δW

0

19

dU = δQ

Insulated (adiabatic) room heated by electric heater• Electric work done = increase in the energy of the house

0

dU = δQ – δW

0

dU = δW

20

6

Shaft work (shaft) done on an adiabatic system• Work done by the shaft = increase in the energy of the system

dU = δQ – δW

0

dU = δW

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Energy balance for control a volume

system the of energy total the in Change

system the leavingenergy Total

system the enteringenergy Total

22

systemoutin EEE

systemoutin EEE or

The change in energy content of a control volume

Energy can be transferred to/from a system: as heat, as work and with incoming and outgoing mass.

systemoutin EEE Energy balance,

23

systemoutinE e gy ba a ce,

systemoutmassinmassoutinoutinoutin EEEWWQQEE ,,

systemotout

outoutoutoutinin

inininin EgZhmWQgZhmWQ

22

22

Energy balance for steady flow system

ot

2out

outoutoutoutin

2in

inininin gZ2

hmWQgZ2

hmWQ

in

2in

ininot

2out

outoutinoutoutin gZ2

hmgZ2

hmWWQQ

General form

in

2in

ininot

2out

outout gZ2

hmgZ2

hmWQ

24

22

Note: In the above equation, heat input to the system and work output from the system is positive (+) and heat output from the system and work input to the system is negative (‐).

7

Carnot Cycle

• The Carnot cycle is the most efficient thermodynamicThe Carnot cycle is the most efficient thermodynamic cycle for operating a heat engine

• It is a reversible cycle, that consists of two isotherms and two adiabats

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Carnot cycle for heat engine

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Entropy

• The second law leads to define a property call entropy.

• Entropy is nonconserved property.

• Entropy is an extensive property of a system and sometimes is referred to as total entropy. Entropy per unit mass, designated s, is an intensive property and has the unit kJ/kg ∙ K..

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• It is path independent.

• A measure of the microscopic disorder of a system.

Entropy (S)

• A measure of the energy that is no longer available to do work

Hot Cold Cool

28

Lowest Entropy Highest Entropy

8

Energy tube

• First Law: The amount of energy in the universe is always constant.

• The Second Law tells us that the quality of a particular amount of energy i.e. the amount of work, or action, that it can do, diminishes for each time this energy is used

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diminishes for each time this energy is used. • The usable energy in a system is called exergy, and can be 

measured as the total of the free energies in the system.• Entropy is a measure of the unavailability of a system’s energy 

to do work. 

Home assignment ‐ 1

• What is entropy?

Write one page and submit before the next class (2009‐11‐16)

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Clausius Inequality (I)(first stated German physicist R.J.E Clausius 1833‐1888)

Clausius inequality• The cyclic integral of dQ/T is always less than or equal to zero.y g f Q y q

• This inequality is valid for all cycles, reversible or irreversible.  

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q y ythe cyclic integral of dQ/T can be viewed as the sum of all these differential amounts of heat transfer divided by the absolute temperature at the boundary.

Clausius Inequality (II)Reversible vs irreversible• The equality in the Clausius inequality holds for totally or just internally reversible cycles and the inequality for the irreversible ones.

A property!• Here we have a quantity whose cyclic integral is zero! Therefore, the 

quantity (dQ/T)int rev must represent a property in the differential form.

• Clausius chose to name this property entropy (here defines change in entropy instead of entropy).

32

9

Entropy change in a process

• The entropy change of a system during a process can be determined by:y

• To perform the above integration, one needs to know the relation between Q and T during a process For the majority

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relation between Q and T during a process. For the majority of cases we have to rely on tabulated data for entropy.

A Special Case: Internally Reversible Isothermal Heat Transfer Processes

• Recall that isothermal heat transfer processes are internally reversible (no internal thermal gradients).

• T0 is the constant absolute temperature of the system and Q is the 

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0 p y Qheat transfer for the internally reversible process.

• This equation is particularly useful for determining the entropy changes of thermal energy reservoirs that can absorb or supply heat indefinitely at a constant temperature.

Entropy generation (Sgen)

Th t i t i t d t d i i ibl dThat is some entropy is generated or created in irreversible process and we can rewrite the above equation as,  

Always positive or zero quantity, depends on process, not a property

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Isolated system

Isolated system or simply adiabatic closed system

Q=0Q=0

And therefore,

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The entropy of an isolated system during a process always increases or, in the limiting case of a reversible process, remains constant. This is known as the increase of entropy principle.

10

Entropy generation

• The entropy change of a system can be negative during a process but entropy generation cannotprocess, but entropy generation cannot.

• Don’t mix entropy change, entropy transfer and entropy generation. 

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• In both cases involve heat transfer through fi it t t diff th f b thfinite temperature difference; therefore both irreversible.

• Entropy change in each process involves two reservoirs.

• Entropy generation in the system is equal to 

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py g y qsum of entropy change in each reservoir.

• Reservoirs are not in contact, separated by partition; Spartition=0

Case a

Case b

39

Isentropic process• We mentioned earlier that the entropy of a fixed mass 

(closed system) can be changed by– (1) heat transfer(1) heat transfer– (2) irreversibilities.

• Then it follows that the entropy of a fixed mass will not change during a process that is internally reversible and adiabatic. A process during which the entropy remains constant is called an isentropic process.

40

constant is called an isentropic process.

11

41

T‐S diagram for Carnot cycle

Adiabatic compression (isentropic compression)

Isothermal expansion

42

Adiabatic expansion

Isothermal compression

Relative pressure and relative specific volume

2r0

02

01

02

01

022 PR

sssssP

expexpexpexp

Dimensionless quantity Pr is called relative 

1r011 P

RsRRRP

exp

ppppressure, (in Tables)

1

2

tan1

2

r

r

tconss PP

PP

22 rvv

Dimensionless quantity vr is called relative e ifi olu e

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1tan1 rtconss vv

specific volume, (in Tables)

Heat engines• Heat engines are cyclic devices and that the working fluid of a 

heat engine return to its initial state at the end of each cycle. 

• Work is done by working fluid during one part of the cycle and on the working fluid during another part. (Deference between these two equal to network delivered by the heat engine).

• To maximize efficiency: deliver most work and required least work.

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work. 

• Maximum efficiency is given by ideal reversible cycle.

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History of internal combustion (IC) engines

• Both power generation and refrigeration are usually accomplished by systems that operate on a thermodynamic cycle po er cyclesby systems that operate on a thermodynamic cycle: power cycles and refrigeration cycles.

• Power producing devises: engines

• Refrigeration producing devices: refrigerators, air‐conditioners and heat pumps

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and heat pumps.• Steam engine ‐ 1700 (external combustion engines)

History of IC Engines1860  Lenoir’s engine (a converted steam engine) 

combusted natural gas in a double acting piston, using electric ignition. Efficiency = 5%  

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History ‐ continued

• 1876  Nikolaus Otto  patented the 4 cycle engine, it used gaseous fuelfuel

• 1882 Gottlieb Daimler, an engineer for Daimler, left to work on his own engine.  His 1889 twin cylinder V was the first engine to be produced in quantities. Used liquid fuel and Venturi type carburetor, engine was named “Mercedes” after the daughter of his major distributor

• 1893  Rudolf Diesel built successful CI engine which was 26% efficient (double the efficiency of any other engine of its time)

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efficient (double the efficiency of any other engine of its time) 

Classification of Engines

E l I l C b i• External vs Internal Combustion• Spark Ignition SI  or Compression Ignition CI• Configuration• Valve Location• 2 Stroke or 4 Stroke

48

13

Engine Configurations

In Line(A bil )

V(Automobile)

(Automobile)

Horizontally Opposed (Subaru)

49

Radial (Aircraft)Opposed Piston

(crankshafts geared together)

V Engine

50

Wankel Rotary Piston Engine

51

Rotary “Wankel” Engine

52

Ref. Internal combustion engines and air pollution, E. F. Obert

14

53

Basic considerations in the analysis of power cycles

• Cycles encountered in actual devices are difficult to analyze because of the ypresence of complicating effects such as friction etc. 

• Consider a cycle that resembles the actual cycle closely but it made up totally of internally reversible process (id l l )

54

(ideal cycle) 

in

net

in

netth q

wQW

or ,efficiency Thermal

Idealizations and simplifications 

• Cycle does not involve any friction: no pressure drop in the 

ki fl idworking fluid.

• Expansion and compression process: quasi equilibrium.

• Pipes connecting various components are well insulated.

55

p

• Neglecting changers in KE and PE

Net work of the cycle

56

15

Carnot cycle 

• The Carnot cycle is the most efficient cycle

57

• The Carnot cycle is the most efficient cycle that can be executed between heat a source and a heat sink. 

H

LCarnotth T

T1,

Air‐standard assumption• Gas power cycles (working fluid gas): spark ignition engines, diesel 

engines, conventional gas turbines, etc.

• All these engines energy is provided by burning a fuel within the system• All these engines energy is provided by burning a fuel within the system boundary.

• Working fluid (air) mainly contains nitrogen and hardly undergoing any chemical reactions in the combustion chamber and can be closely resembles to air at all times in the chamber. 

– Assumptions: working fluid as air, behaves as ideal gas, internally 

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p g , g , yreversible cycle, combustion process replace by heat addition process by a external source, exhaust process replace by heat rejection process that re‐stores initial state of working fluid, specific heat values determines at room temperatures (call cold‐air‐standard assumptions).

TDC

Intakevalve

Exhaustvalve

Reciprocating Engines

Top Dead Center (TDC) : Upper most position

Bottom Dead Center (BDC) : Lower most position

Stroke : Length of piston travel

Bore : Diameter of the cylinder

BoreStroke

BDC

Clearance Volume (Vc) : V where piston is at TDC

Displacement Volume (Vd) :Swept Volume (Vmax‐Vmin)

Compression Ratio (rv) = (Vmax/Vmin) = (VBDC/VTDC)

Mean Effective Pressure (MEP) :

Wnet = (MEP) x (Displacement Volume)

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รศ.ดร.สมหมาย ปรีเปรม

Reciprocating Engine is INTERNAL COMBUSTION ENGINE, and is Classified into 2 types:

1. Spark Ignition (SI): Gasoline Engine, Mixing air‐fuel outside cylinder, ignites by a spark plug (Auto cycle)

2. Compression Ignition (CI): Diesel engine,  fuel is injected into the cylinder, self ignited as a result of compression (Diesel cycle).

Parts of an engine

60

16

P

Actual ProcessesP Equivalent by MEP

Mean Effective Pressure, MEP Concept

Equivalent

v

Wnet

v v

Wnet

vv

MEP

61

vvmin vmax vmin vmax

TDC BDCWnet = (MEP) x (Displacement Volume)

= (MEP) x (Vmax-Vmin)

Four Stroke Engine – spark ignition engineIntake Compression Power Exhaust

1. Intake Stroke piston moves from TDC to BDC, drawing in fresh air-fuel mixture.

2. Compression Stroke piston moves from BDC to TDC, compress air-fuel mixture.

3. Power Stroke piston at TDC, spark plug ignite

62

the air-fuel mixture. the combustion occur very fast that, in theory, the piston still at TDC. After that the piston is pushed to BDC.

4. Exhaust Stroke piston moves from BDC to TDC, pushes the combustion gases out.

Actual and ideal cycle in spark ignition engine

63

Two Stroke Engine PowerCompressionIntake & Exhaust

1. Compression Stroke piston moves from BDC to TDC, compress air‐fuel mixture.

2. Power Stroke piston at TDC, spark plug ignite the air‐fuel mixture. After the piston is pushed to BDC. Meanwhile, b t h lf b ti

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about half way, combustion gases are discharged and fresh air‐fuel mixture is drawing in .

2‐stroke engines generally less efficient than 4‐stroke engines since partial expulsion of unburned mixture with exhaust gas. It has higher power/weight ratio. 

17

Air Standard Otto Cycle (Nikolaus A. Otto 1876)Ideal cycle of spark ignition engine, comprises of 4- Process:

Process 1-2 Isentropic CompressionIsentropic Compression (piston moves from BDC to TDC)

Process 2-3 v = constant, heat addedv = constant, heat added (piston stays still, represents combustion)

Process 3-4 Isentropic expansionIsentropic expansion (piston moves from TDC to BDC gives POWER)

Process 4-1 v = constant, heat rejectionv = constant, heat rejection (piston stays still, represents EXHAUST and INTAKE stroke)

T

2 4

3qin

q

P

2 4

3

wout

There are only 2-stroke of all 4-processes,

65

ss1=s2 s3=s4

1qout

vv2=v3 v1=v4

1win

What is the different of Otto cycle from Carnot cycle, the most efficient cycle

TDC BDC

T

2 4

3qinEnergy balance – Otto cycle (I)

)/()()( kgkJuwwqq outinoutin

Neglecting changes in KE and PE

ss1=s2 s3=s4

1qout

P

2 4

3

wout

Heat transfer to/from the system is under constant volume (no work)

)( 23v23in TTcuuq

)( 14v14out TTcuuq

1T

T 4

Evaluate at room tem: called cold air standard assumption

66

vv2=v3 v1=v4

2

1

4

win

in

out

in

netOttoth q

q1

qw

,

1

TT

T

1T

T1

TTTT

1

2

32

1

41

23

14

T

2 4

3qinEnergy balance – Otto cycle (II)

in

out

in

netOttoth q

q1

qw

,

1

TT

1TT

T1

TTTT

13

1

41

23

14

ss1=s2 s3=s4

1qout

P

2 4

3

wout

1T

T2

2

Processes 1‐2 and 3‐4 are isentropic and v2=v3and v4=v1 (Pvk=constant)

3

4

1k

4

31k

1

2

2

1

TT

vv

vv

TT

67

vv2=v3 v1=v4

2

1

4

win

Compression ratio2

1

2

1

vv

VV

VV

r min

max

1kOttoth r11 ,

Thermal efficiency of a Otto cycle (I)

1kOttoth r11 ,

• High compression ratios: temperature of air/fuel  mixture rises above auto ignition temperature (premature ignition)‐produces audible noise is called engine knock.

• Improvement of thermal efficiency was obtained utilizing higher 

i ti ( t 12) li

k=1.4

68

compression ratios (up to 12) gasoline blend with tetraethyl lead (improving octane rating) but it has been prohibited to use since the hazardous of lead to health.  Octane rating = measure of fuel 

quality (measure of engines knock resistance)

18

Thermal efficiency of a Otto cycle (II)

• Most compression ratios are around 10:1, meaning that the gas let into the cylinder is

Monatomic gas (He, Ar)

airmeaning that the gas let into the cylinder is compressed to 1/10 times its original size.

• Efficiency is better with a higher compression ratio but only to the limits      of the fuel quality.

Molecular weight of the working fluid increases

CO2

k=1.2 ethane

69

• Thermal efficiency of actual spark ignition engine ~ 25‐30% 

Compression Issues

• Problems can occur during a cycle if there is:

– Lack of Compression caused from gasses leaking past the piston, a hole in the piston, or the intake or exhaust valves are not sealing properly.

– Lack of Spark caused by malfunctioning spark plugs, dirty spark plugs, mistimed firings, or bad connections between l d th b tt

70

plugs and the battery.

How Fuel is Handled• Structure of Gasoline

– Is mostly comprised of hydrocarbon molecules having from six to ten carbon atoms.o si to te ca bo ato s.

– Octane is a measure of the resistance to detonation. The octane number assigned to gasoline (87,89, 93, 100, 114, 120) represents the ratio of heptane, which easily detonates, to isooctane, which does not want to detonate (better to say octane number above 100 as “performance number”. It is calculated by different way. Often itʹs done 

71

y yby pure extrapolation. ) . Eighty‐seven‐octane gasoline is gasoline that contains 87‐percent octane and 13‐percent heptane (or some other combination of fuels that has the same performance of the 87/13 combination of octane/heptane). 

Chemical Energy of Gasoline

• The chemical energy of one gallon of gasoline is, on the average, 125 000 BTU per gallon (132×106 J per 3 8 L)125,000 BTU per gallon (132×10 J per 3.8 L). 

• Only about 25% of chemical energy in gasoline is converted to mechanical energy.

• Basically out of a one dollar gallon of gasoline, 75 cents is 

72

wasted.

19

Cylinder Configurations

Straight Configuration V Configuration

Displacement refers to the volume inside each

73

Flat Configuration

the volume inside each piston chamber. For example: a 3.0 Liter engine with 6 cylinders will have 0.5 liters per cylinder.

Diesel cycle: The ideal cycle for compression ignition (CI) engine (Rudolph Diesel 1890)• Similar to spark ignition engine differing mainly in the method 

of initiating combustion.

• In spark ignition (SI) engines (gasoline engines), air fuel mixture compressed below auto ignition temperature of the air/fuel mixture and combustion starts by firing spark plugs.  

• In combustion ignition (CI) engines (diesel engines) air compressed above the auto ignition temperature of the air fuel 

74

p g pmixture and then fuel inject into the air. 

• SI engines has a carburetor and diesel engine has a fuel pump.

• The compression ratio of diesel engines typically higher (12 ‐24)

Diesel engine• The fuel injection starts when the 

piston reaches to TDC.

• Combustion process takes place over longer interval.

• Because of this longer period the heat addition process can be approximated as constant pressure heat addition process.

75

pressure heat addition process. 

• Other parts are common for both SI and CI engines.  

Energy balance – Diesel engine (I)

)/()()( kgkJuwwqq outinoutin

)()()( TTchhuuvvPq )()()( 23p2323232in TTchhuuvvPq

)( 14v14out TTcuuq

in

out

in

netDieselth q

q1qw

,

1T

T 4

76

1

TT

kT

1T

T1

TTkTT

1

2

32

11

23

14

)()(

20

Energy balance – Diesel engine (II)

in

out

in

netDieselth q

q1qw

,

1

TT

kT

1TT

T1

TTkTT

1

2

32

1

41

23

14

)()(

2

3

2

3c v

vVV

r Define new quantity; cutoff ratio

Utilizing definition of isentropic ideal‐gas relations

1r11

kc

Di lh

77

)(, 1rkr

1c

1kDieselth

r is the compression ratio

Otto vs. Diesel

)(, 1rk1r

r11

c

kc

1kDieselth1kOttoth r

11 ,

• Limiting value of rc=1; when efficiencies of both Otto and Diesel cycles are identical.

• Diesel cycle operates much higher compression ratios, therefore thermal efficiency of Diesel engines are usually higher than SI engines (35 to 40%). 

ratio) ncompressio same the on operate cycles both (when DieselthOttoth ,,

78

e gi e ( o %)

• Diesel engines burns fuels more completely than gasoline engines.

Energy content of 1 gallon of diesel on average, 147,000 BTU per gallon (155×106 J per 3.8 L).

Dual cycle

• More realistic way to model:Combination of heat transferCombination of heat transfer processes in gasoline and diesel cycles.

• The relative amount of heat transfer during each process can be adjusted to approximate 

79

j ppactual cycle more closely.