06/02/2014

일본 승용차 가솔린엔진 열효율향상기술 (고압축비)

일본 승용차 가솔린엔진 열효율향상기술 (고압축비화)

[일본 승용차 가솔린엔진 열효율향상 기술 (마찰손실 저감기술, 아트킨슨 사이클)]의 일전의 포스팅에 이어 고압축비 기술에 관행 설명드리고자 한다.

일본 승용차 가솔린엔진에서 최고열효율은 토요타의 크라운 하이브리드(Crown Hybrid)에 탑재된 배기량 2.5L, 직렬4기통으로, 최고열효율 38.5%을 달성한 엔진 [2AR-FSE]과 혼다의 어코드 하이브리드(Accord Hybrid)에 탑재된 배기량 2.0L,직렬4기통, 최고열효율 38.8%을 달성한 [LEA]가 있다.

위의 2AR-FSE과 LEA 엔진효율향상의 공통기술

마찰손실저감 기술
아트킨슨 사이클을 채용으로 펌핑로스을 저감기술
EGR(배기가스 재순환) 쿨러를 탑재하여 펌핑로스저감과 고압축비를 실현하는 기술

◆ 위의 EGR(배기가스 재순환) 쿨러를 탑재하여 펌핑로스저감과 고압축비를 실현하는 기술

EGR는 배기가스의 일부를 흡기에 순환시켜 넣는 것으로 공기(신기)량을 늘리지 않고 펌핑로스를 줄일 수 있는 장점이 있다. 단, 배기가스를 그대로 순환시켜 넣으면 흡기온도가 상승하여 녹킹(Knocking)이 발생하기 쉽게 된다. 크라운과 어코드 양쪽 엔진도 열효율 향상을 위해 압축비를 13까지 높였기 때문에 일반 엔진보다 녹킹이 발생하기 쉽다. 고부하영역에서는 아트킨슨 사이클에서 통상의 오토사이클의 운전으로 전환하기 때문에 이 대책이

필요하다.

크라운용 엔진의 경우 EGR쿨러에는 신개발의 핀(Fin)형상을 채용하여 방열성능을 높였다. 같은 체적당의 방열성능을 기존형상보다 2-3배 높였다고 한다. 그리고 재순환시키는 배기가스의 양을 조절하는 EGR밸브에도 작동속도를 기존 보다 2배 높였다. 또한 저속개방속도의 유량제어성능을 높인 신개발 밸브를 채용했다. 단, 흡기중의 배기가스량을 늘리면 연소속도가 저하 하게 된다. 여기서 기존엔진보다 텀블(Tumble)을 강화하는 것으로 연소속도 향상을 추구했다. 예를들어 어코드의 엔진에서는 흡기포트 형상을 스트레트로 하는 것으로 텀블비를 종래의 0.73에서1.40으로 약 2배 높였다. 이러한 공통점이 많은 크라운과 어코드엔진이지만 최대 차이점은 크라운은 연료분사시스템은 직접분사식을 채용하고 있지만, 어코드는 포트분사식을 채용하고 있다는 것이다. 크라운은 운전상태에 따라서 직접분사 포트분사를 사용을 나누눈[D4-S]라고 부르는 시스템을 채용하고 있고, 고회전에서 고출력이 필요한 영역에서는 직접분사로 전환한다. 어코드의 경우는 VETC에 의해 고출력이 필요한 운전영역에서는 출력용 캠으로 전환하여 것으로 연비와 출력을 양립을 추구했다.

◈ 2AR-FSE 엔진에 에 탑재한 EGR쿨러

냉각효과를 높인 필형상과 EGR량을 고도로 제어가능한 밸브채용