엔진 열효율(에너지효율)과 손실

엔진 열효율(에너지효율)과 손실

다양한 내연가관 중에 가장 효율이 높은 선박용 2사이클 디젤엔진의 열효율은 약50%. 4사이클 가솔린엔진은 30%정도로, 이 효율도 일정 회전수와 부하조건에서만의 열효율이다. 다른 뛰어난 열효율 엔진이 있으면도 불구하고 4행정 가솔린 엔진이 자동차에 중요시되는 것은 시동성이 용이하고, 콤팩트(탑재의 용이성), 부분부하에서의 응답성, 배기가스 규제에 대한 대응 용이성 등으로 실제로 사용하기에 용이하기 때문이고 효율만으로 판단한다면 최고의 선택은 아니다.

◆ 에너지 효율과 손실

내연기관의 작동은 연료를 화학에너지→ 열에너지→ 운동에너지로 에너지를 변환하여 동력으로 하는 것이다. 그러나 열에너지를 100%운동에너지로 변환하는 것은 불가능하다. 그러면 어떻게 하면 변환효율을 100%에 가깝에 하는 것이 가능 할까?

◆ 자동차용 엔진 에너지 효율

자동차용 4사이클 가솔린엔진의 에너지 소비내역이다. 약 절반은 냉각에 의한 열손실이다. 연소실을 콤팩트는 하여 S/V비를 작게하는 등의 방법이 있으나 원론적, 기계설계 면에서 어렵운 부분이 많다. 기초연구의 발전과 코스트가 과제이다. 마찰(프릭션), 펌핑로스, 배기손실 저감은 조금씩 조금한 부분의 기술을 향상시켜 이러한 기술들을 쌓여 향상시키는 것으로 실제로는 아직 향상시킬 여치는 남아있다. 최근 실제로 엔진기술개발을 토픽은 마찰(프릭션), 펌핑로스, 배기손실 저감의 이 3가지에 집중되고 있는 경향이 있다.

◎ 펌핑로스: 스로틀부분이 열릴때 흡기관이 부압이될때 발생한다. 피스톤에 펌프의 일을 시키는 것으로 붙여진 명칭이다. 스로틀레스기구를 사용하면 해결되지만 코스트(비용)와 기계적제약으로 대체수법이 사용되는 경우가 많다.

◎ 마찰손실: 크랭크, 피스톤, 캠, 밸브에서 보조기기까지 엔진에 이르기까지 습동부분이 있다. 이것들은 출력발생에 불필요한 마찰저항을 발생하여 손실(로스)이 된다. 한가지로 보면 적은 손실이라도 전부 합친 손실은 아주 크게 된다.

◎ 열손실: 연소실중에 배기가스에 관해서는 터보 마찰을 이용한 컴파운드엔진과 일전에 배기가스 회수기술들은 소개해 드린적이 있는 배기가스 회수 기술등이 있다.

작성: 2015년 2월 10일