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슈퍼차저와 밀러 사이클: 엔진에서 에너지가 어떻게 분출되나요?
현대 공학에서 밀러 사이클은 특히 내연 기관 설계에서 혁신적인 열역학적 사이클로 간주됩니다. 1957년 미국 엔지니어 랄프 밀러(Ralph Miller)가 처음으로 특허를 낸 이 엔진 기술은 슈퍼차저의 장점을 결합하여 엔진 성능을 향상시키고 더 높은 연비를 달성합니다.
기존 내연 기관은 압축 행정과 파워 행정이라는 두 가지 고출력 행정을 포함하여 대부분 4행정을 사용합니다. 밀러 사이클에서는 흡입 밸브가 장시간 열려 있어 압축 행정이 두 단계로 나누어집니다. 이 과정에서 실린더로 들어가는 연료 혼합물의 일부가 흡기 포트로 다시 밀려 들어가 일반적으로 출력 손실이 발생하지만 밀러 사이클은 과급기의 도움으로 이러한 손실을 보상합니다.
밀러 사이클은 전통적인 엔진 설계에서는 흔히 볼 수 없는 '5번째 스트로크'가 특징입니다.
밀러 사이클 엔진의 압축비와 팽창비 설계는 연료 혼합물의 압축을 더욱 효율적으로 만듭니다. 흡기 밸브가 닫히면 피스톤이 실제 압축을 수행하여 엔진이 더 낮은 온도에서 작동할 수 있게 되므로 전반적인 열 효율이 향상됩니다.
밀러사이클의 작동원리
밀러 사이클에서는 과급기의 작동이 매우 중요합니다. 이 장치는 상대적으로 낮은 속도에서도 충분한 부스트를 생성할 수 있어 엔진이 다양한 작동 조건에서 우수한 성능을 유지할 수 있습니다. 반면, 슈퍼차저와 터보차저를 결합하면 작동 효율을 더욱 높일 수 있지만, 이는 더 높은 기술적 과제에서 비롯되기도 합니다.
밀러 사이클의 주목할만한 특징은 피스톤이 연료를 압축하기 시작할 때 흡기 밸브가 여전히 열려 있으므로 압축 행정의 초기 부분에서 피스톤이 연료 혼합물의 일부를 다시 연료로 밀어 넣는 것입니다. 흡기 매니폴드. 이것은 손실처럼 보일 수 있지만 슈퍼차저의 힘으로 상쇄되는 것 이상입니다.
팽창온도 조절
밀러 사이클의 장점 중 하나는 유입 가스의 온도를 낮출 수 있다는 것입니다. 이러한 작동은 슈퍼차저의 냉각 효과를 통해 엔진의 출력 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 압력을 낮추면서 공기 밀도를 높이는 효과도 있습니다. 이 설계의 의도는 연소 효율을 향상시키고 질소산화물 배출을 줄이는 것입니다. 이는 선박 및 발전소의 대형 디젤 엔진에서 특히 중요합니다.
최종 충전 온도를 낮추면 엔진 전체의 효율이 지속적으로 향상되고, 점화 시기를 더욱 앞당겨 정상적인 노크 한계를 돌파할 수 있습니다.
압축비 및 에너지 효율
밀러 사이클은 압축률과 팽창률의 효과적인 조합으로 인해 에너지 효율성을 크게 높입니다. 팽창 행정 동안 가스는 거의 대기압까지 팽창할 수 있기 때문에 이는 엔진의 에너지 회수를 위한 좋은 조건을 만듭니다. 그러나 이러한 설계에는 과급기 손실 및 성능 변동과 같은 일부 절충안도 있습니다.
슈퍼차저 챌린지
용적형 과급기를 사용하면 엔진 성능이 향상될 수 있지만, 생성된 전력의 약 15~20%를 차지하는 추가적인 에너지 손실도 발생합니다. 또한, 터보차저는 낮은 rpm에서 지연을 경험할 수 있으며, 이로 인해 엔진은 성능 격차를 보완하기 위해 더 낮은 rpm에서 계속 작동하기 위해 밀러 사이클에 의존해야 합니다.
요약
현재 자동차 디자인에서 밀러 사이클은 의심할 여지없이 연소 효율을 향상시키는 주요 기능입니다. 일반 소비자용 자동차이든 고성능 경주용 자동차이든 이러한 엔진 디자인은 뛰어난 장점과 실용성을 보여준다. 기술이 발전함에 따라 과급 기술과 엔진 사이클 사이의 균형은 앞으로 점점 더 중요해질 것입니다. 그렇다면 미래의 엔진 설계는 어떻게 성능과 환경 보호 사이에서 최적의 균형을 찾을 수 있을까요?
