내연기관에서 효율을 높이는 방법은 무엇인가요?
안녕하세요. 엔진 및 동력에서 일어나는 내연기관은 기계공학에서 효율을 높이는 방법은 어떤게 있을까요? 설계요소가 따로 있나요?
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.
내연기관의 효율을 높이는 방법에는 여러가지가있습니다. 첫째, 연료 분사기술을 개선하여 연료의 혼합비를 최적화하고 연소 효율을 높입니다.둘째, 터보차저를 사용하여 배기가스를 재활용하고 추가 공기를 공급해 출력을 증가시킵니다. 셋째, 엔진 냉각 시스템을 개선하여 열 손실을 줄이고 최적 온도를 유지합니다. 넷째, 경량화를 통해 엔진의 부담을 줄이고 연비를 개선합니다. 마지막으로 정밀한 엔진제어 시스템을 도입하여 연료 소모를 최소화하고 배출가스를 줄이는것이 중요합니다. 이러한 방법들은 내연기관의 전반적인 성능과 효율성을 향상시키는데 기여합니다.
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
내연기관이라면
가솔린 및 디젤로 나뉘겠습니다만
가솔린 엔진에서의 기술을 한 예로 들어보겠습니다.
엔진 열효율 정의에 따른 방법
스파크 점화기관의 이론 열효율(ηth)은 다음과 같은 식으로 표현됩니다.
ηth = 1 - 1 /ε k-1 (k는 비열비)
이 관계식은 오토사이클이라고 알려진 이상 사이클의 열효율로,
효율을향상시키려면 엔진 압축비(ε)를 높이고 희박 연소 효과가 발생하도록 하면 되는데
이 방법은 팽창 비를 압축비보다 높게 설정하고 있는 열 아트킨슨 사이클 엔진에 실용화되고 있습니다.
가솔린 엔진 열효율을 향상시키는 방법은 팽창 비를 높임과 동시에
노킹대책과 희박연소효과를 부가하여야 합니다.
특히 희박연소에 대해서는과급기와 조합하면 효과가 더욱 증대되는데요
실제 엔진에서는 각종 손실이 존재하는데 엔진 부하가 높아지면 펌프 손실, 마찰 손실 및 냉각손 실은 감소하며,
이는 부하가 높아지면 열효율이 향상된다는 것을 나타냅니다.
그러나 가솔린 엔진의 경우 부하가 높아지면 노킹이 발생하기 때문에 노킹 방지를 위한 기술이 중요한 이슈가 됩니다.
실린더 내 난류를 강하게 하고 점화계통을 강화시키면 연소촉진에 큰효과가 있습니다.
또 열효율을 향상시키려면 과급기와 희박연소를 조합하면 그 효과가 더욱 커집니다만
밸브 타이밍 제약이라든가 연소실 내온도가 높아지는 등 문제에 대한 대책이 필요합니다.
냉각 EGR은 최근 프리우스에 적용되는 기술로 노킹의 개선과 냉각손실의 감소효과에 의해
최고 열효율을 더욱 높일 수 있지만, 열효율의 향상과 냉각손실을 감소하는 관점에서
희박연소가 EGR보다효과가 크다 볼 수 있습니다.
그 이유는 연소 시 총 가스량을 증가시킬 수 있고 또한가스 열용량을 높여서 연소가스 온도를 낮출 수 있기 때문입니다.
안녕하세요. 조일현 전문가입니다.
엔진이 효율적으로 가동하기 위해서는 온도가 중요하다고 봅니다.
일정수준 온도가 올라가 있지 않으면 연료가 연소되지 못하고 출력이 떨어지게 됩니다.
겨울철에 시동을 걸고 출발하면 차가 잘 안나가는 이유가 그렇습니다.
적정한 온도를 유지하는 기술의 발전이 효율을 더 높일수 있을 것입니다.
안녕하세요. 안다람 전문가입니다.
내연기관에서 효율을 높이는 방법에 대해 말씀드리겠습니다.
압축비 최적화
열효율 향상 및 노킹을 고려합니다.
연소실 설계
난류 생성 및 표면적 대 체적비 최적화
밸브 타이밍 및 리프트
가변 밸브 타이밍, 흡배기 효율 향상
터보차징 및 과급
공기 밀도 증가, 인터쿨러 사용
직접 분사 시스템
연료 분사 정밀도, 연소효율 증가
마찰감소
저마찰 코팅 및 경량 소재 사용
열관리 최적화
냉각 시스템 개선, 배기열 회수
전자 제어 시스템
정밀 연료 및 점화 제어, 실시간 최적화