엔진의 열효율을 높이기 위해서는 어떤 방법들이 있을까요?

Question

안녕하세요. 기계공학 열역학에 대해서 배울 때, 엔진에 대해서 열효율을 높이기 위해서는 여러 방법들이 있을것 같은데 어떤 방법들이 있을까요?

안다람 전문가 · Accepted Answer

안녕하세요. 안다람 전문가입니다.엔진의 열효율을 높기이 위해 펌핑손실 저감, 배기손실 저감, 과급 다운사이징, 열 관리, 고급 연소 기술 등을 적용할수 있어요

서종현 전문가 · Answer

안녕하세요. 서종현 전문가입니다.기계공학에서 열역학을 배울때 엔진의 열효율을 높이는 방법은 여러가지가있습니다. 첫째,압축비 증가를 통해 열효율을 높일수있습니다. 압축비가 높아지면연료의 연소가 더 완전해지고 더많은 일을 생성할수있습니다. 둘째, 열 회수 시스템의 도입입니다.엔진에서 발생하는 폐열을 회수해 이를 다른 과정에 활용하면 전체 효율을 높일수있습니다. 예를들어, 터보차저는 배기가스의 에너지를 이용해 공기를압축하여 더 많은 산소를 엔진에 공급합니다. 셋째, 연료의 종류와 품질을 개선하는 방법도 있습니다. 고품질의 연료를 사용하거나 첨가제를 추가해 연소 효율을 높이면열효율이 향상됩니다. 넷째, 최적의 연소 조건 유지가 중요합니다. 공기-연료 비율을 조정하고, 연료 분사를 최적화하여 연소 과정에서의 열 손실을 최소화할수있습니다. 마지막으로, 엔진의 열관리 시스템을 개선하는 것도 효과적입니다. 엔진의 온도를 적절히 유지하면 과열로 인한 에너지 손실을 줄일수있습니다. 이러한 다양한 방법을 통해 엔진의 열효율을극대화할수있습니다.

박온 전문가 · Answer

안녕하세요. 박온 전문가입니다.엔진의 열효율을 높이기 위한 방법은 실제로 여러 가지가 있죠. 각각 간단하게 설명드리자면 1. 고온 고압 연소: 연소 온도를 높여 연료의 에너지를 더 효율적으로 활용합니다.2. 터보차저 사용: 배기가스를 이용해 엔진의 공기 흡입량을 증가시켜 더 많은 산소를 공급함으로써 연료의 연소 효율을 높입니다.3. 연료 분사 시스템 개선: 연료의 미세 분사로 연소 효율을 높이고, 균일한 연료-공기 혼합을 만들어 연소가 더 원활하게 이루어지도록 합니다.4. 열 회수 시스템: 배기가스에서 발생하는 열을 회수해 다시 사용함해서 에너지 손실을 줄입니다.5. 고효율 냉각 시스템: 엔진의 과열을 방지하고 최적의 온도를 유지해 열효율을 높입니다.

장준원 전문가 · Answer

엔진의 열효율을 높이기 위한 방법으로는 연소 과정 최적화가 중요한데요. 더 높은 온도에서 연소가 이루어지면 열효율이 증가하게 됩니다. 터보차저나 수퍼차저를 사용해 공기 압축을 높이면 연소 효율이 개선됩니다. 열 손실 최소화를 위해 고성능 단열재를 사용하거나, 배기열 회수 시스템을 통해 낭비되는 에너지를 재활용할 수 있습니다.

김상규 전문가 · Answer

안녕하세요. 김상규 전문가입니다.가솔린 엔진을 기준으로 나열해 보겠습니다.일단 기본적으로엔진 열효율을 높이는 방법으로는 아트킨슨(Atkinson) 사이클 엔진 또는 배기가스재순환(EGR: Exhaust Gas Recirculation)을 활용하는 방법이 실용화되고 있습니다. 또한 엔진 열효율을 비약적으로 향상시키기 위해서는 과급 희박연소(lean burn)를 적용하기도 합니다.엔진 열효율 향상기술 나열아트킨슨 사이클은 Toyota자동차의 최초 HEV인 프리우스(Prius)때부터 사용되었고, 최고 열효율을 높임과 동시에 경 부하 영역에서도 높은 팽창 비가 얻어지고 펌프 손실이 감소하기 때문에 열효율이 높아지게 되었고,  냉각 EGR은 최근 프리우스에 적용되는 기술로 노킹의 개선과 냉각손실의 감소효과에 의해 최고 열효율을 더욱 높일 수 있습니다.열효율의 향상과 냉각손실을 감소하는 관점에서 희박연소가 EGR보다 효과가 큽니다. 그 이유는 연소 시 총 가스량을 증가시킬 수 있고 또한가스 열용량을 높여서 연소가스 온도를 낮출 수 있기 때문입니다.NA 엔진에서 희박연소를 적용하면 흡입공기량이 제한되기 때문에 엔진 토크가 낮아지게 되는데. 이렇게 하면 기계 손실량이 증가하여 최고 열효율의 향상을 기대하기 어렵기 때문에 여기에 과급기를 사용하여 토크를 증대시키는 것이 중요합니다.스킷슈(squish)율이 다른 피스톤을 사용하여 엔진 토크 또는 연소속도에 미치는 영향을 검토해야합니다. 스킷슈 율이란 실린더 직경 면적에 대한피스톤 헤드의 평탄한 부분인 스킷슈의 면적 비를 의미하며, 스킷슈 율을 80% 이상으로 높이면 특히 빠른 연소가 가능해집니다만90% 이상이 되면 토크 저하 또는 발생하게 됩니다.실린더 내 난류를 강하게 하고 점화계통을 강화시키면 연소촉진에 큰 효과가 있습니다. 또 열효율을 향상시키려면 과급기와 희박연소를 조합하면그 효과가 더욱 커집니다텀블(tumble)유동과 점화 계를 강화시키고 희박연소 한계를 확대시키면옥탄가가 높은 바이오 연료인 에탄올이나 부탄올을 사용할 경우에도 열효율을 향상시킬 수 있습니다

김민규 전문가 · Answer

안녕하세요. 김민규 전문가입니다.아무래도 열저항에 의하여 에너지 손실을 막아야합니다. 외부 온도 조건 등이 일정하면 좋습니다.