가솔린 엔진
개요
엔진은 열에너지를 기계적인 에너지로 바꾸는 장치이며, 이 열에너지를 기계적인 일로 바꾸기 위해
그 매 체로 작동물질(유체)을 필요로 한다. 작동물질은 가솔린 엔진에서는 혼합기 및 연소가스가 쓰인다.
이 작동 물질에 열에너지를 공급하는 방식에 따라 내연기관과 외연기관으로 나눈다.
내연기관은 엔진의 내부에서 연소가 이루어지며, 혼합기 자체가 보유한 화학적 에너지를 연소에 의해 열에너지로 바꾸어
그 연소가스 가 팽창할 때의 일을 직접 이용한 것이다. 외연기관은 보일러나 원자로와 같이 엔진의 외부에서 발생한 에 너지를
전열벽(傳熱壁)을 통해 작동물질에 가하는 것으로 증기기관이 이에 속한다.
가솔린 엔진은 다음과 같은 몇 가지의 중요한 조건이 만족되어야 한다.
첫째, 혼합기(휘발유+공기)가 조건에 따라 유효 적절하게 공급되어야 한다.
둘째, 흡입된 혼합기를 연소조건에 만족시킬 수 있도록 규정압력까지 압축시켜야 한다.
셋째, 압축된 혼합기가 적절한 시기에 점화되어 폭발할 수 있어야 한다.
따라서 이상과 같은 3가지 조건을 만족시킬 때 가솔린 엔진은 동력을 얻을 수 있으며,
이러한 조건을 만족 시키기 위해 엔진의 각 부품이 필요하게 되는 것이다
[심화학습]
1. 밸브 트레인
1-1. CVVL (Continuously Variable Valve Lift)
특징 및 효과
- 구동캠-편심캠의 조합으로 흡기 리프트를 연속가변시켜 최적의 밸브 개폐량으로 제어
- Pumping Loss 저감을 위해 쓰로틀바디를 제거, 흡입 공기량 제어를 위해 적용 (쓰로틀바디 존재)
- 모터로 흡기밸브 리프트량 을 연속적 제어
- 저속 전부하 성능증대 및 연비 7-8% 향상
▷ 경쟁사 동향
- BMW : CVVL 2001년 양산. 적용확대 중
- PSA : BMW 기술도입, 1.6 L 양산
- 다른 방식의 CVVL을 Toyota, Nissan ’07년 양산 시작
1-2. CDA (Cylinder DE-Activation)
특징 및 효과
- 실린더의 일부분을 밸브 휴지 기구 작동을 통해 휴지(Deactivation)시키고 나머지 실린더의 부하
상승에 따른 엔진 효율 증대로 연비 저감 효과를 얻는 엔진
- 엔진 연비 향상 12 ~ 14% ( 차량 6 ~ 8% )
- 엔진의 진동소음 측면에서의 다소 불리
▷ 경쟁사 동향
- HONDA : 어코드 (V6)에 적용중
- Chrysler : 300C (V8)에 적용중
1-3.전자식 가변 밸브
특징 및 효과
- 전자석 액추에이터로 직접 밸브를 구동 ð 캠 및 스로틀 밸브 불필요
- 전자식 밸브에 의한 개별제어, 빠른 전환
- 개별기통 휴지 제어 가능
- 저속 성능 향상 및 연비 12 % 개선
- 문제점 : NVH, 구동 power, 42V 시스템
▷ 경쟁사 동향
- FORD : 200 V EMV 개발 발표
- PSA : 흡기 only EMV 개발 발표
- Honda, Volvo : CAI 목적의 EMV 운영 중
- Renault, Fiat : 유압식 V/Train 개발 중
2. 연소
2-1. 가솔린 직접분사 (GDI)
직접분사 효과
- 연료 기화에 의한 연소실 쿨링 효과 : 체적효율 증대, 노킹 저감으로 고압축비화 ⇨ 출력 향상
- 희박연소, 쓰로틀 없는 시스템 구현 가능으로 펌핑로스 저감 ⇨ 연비 향상
- 성층연소시 Nox 촉매가 필요, 균질연소시 현 촉매로 SULEV 대응 가능
⇨ 압축과정 성층시동, 시동후 분할 분사
2-1-1. 터보 직접분사식가솔린 엔진 (Turbo-GDI)
특징 및 효과
- λ=1 GDI + Turbo charger + Inter cooler
- TCI 대비 저속 토크 및 터보 랙 개선
- 혼합기 냉각에 의한 압축비 증대로 연비 개선 및
출력증대 (TCI 대비)
▷ 경쟁사 동향
- MMC(초희박), Audi(λ=1)양산 중
- 특히 Audi A4 2.0L GOLF GTI는 EURO4 및 ULEV2
만족 미국 판매
2-1-2. TSI 엔진 (TC+SC : Turbocharger + Supercharger)
특징 및 효과
- Downsizing 효과를 내기 위해 가솔린 엔진에 터보 챠저와 슈퍼챠저 결합
- 저회전 영역을 담당 : 슈퍼챠저 고회전 영역을 담당 : 터보챠저
- NA 엔진 최대출력은 리터당 출력이 70PS, TSI 엔진은 리터당123 PS
- 2.0L 엔진 대비 CO2 14g/km 감소
2-1-3. 가변 압축비엔진 (VCR: Variable Compression Ratio)
특징 및 효과
- 부분 부하 구간 고압축비 적용으로 연비 향상
- 고부하 구간 저압축비 적용으로 Knocking 개선 및 성능 향상
- 터보 기술 적용으로 다운사이징 효과 달성
- 터보 및 가변 압축 기술 적용 다운사이징으로 연비 25% 향상
2-1-4. 가솔린 압축착화엔진 (CAI: Compressed Auto Ignitiion)
특징 및 효과
- 자연 발화를 이용한 신개념 연소 엔진 개발
- 배기 가스 저감 극대화 [Nox 90% 저감]
- 펌핑로스 저감으로 대상연비 7% 개선
- VVL 기구 적용
