가스 압축 방법

2017년 여름, Mazda는 다음과 같은 발표를 했습니다. 자동차 회사는 승용차용 압축 점화 가솔린 엔진을 만드는 방법을 찾았습니다. Mazda는 새로운 엔진이 연비를 20~30% 향상시킬 수 있다고 주장했는데, 이는 가솔린 엔진으로서는 상당한 성과입니다.

이 기술에 대해 자세히 알아보기 전에 압축 점화 엔진이 새로운 개념이 아니라는 점에 주목할 필요가 있습니다. Formula 1 자동차는 압축 점화 엔진을 사용하며, 다른 여러 자동차 제조업체에서는 상업적으로 실행 가능한 승용차용 버전을 개발하려고 시도했습니다. 그러나 Skyactiv-X라고 불리는 Mazda의 엔진은 이러한 유형의 최초의 대량 생산 및 상용 엔진이 될 것입니다. Mazda의 파워트레인 엔지니어인 Jay Chen 덕분에 HowStuffWorks는 이러한 혁신이 어떻게 달성되었는지 배울 수 있었습니다. 하지만 먼저 엔진의 기본 기능을 살펴봐야 합니다.

엔진은 열과 압축이라는 두 가지 방식으로 연료를 점화하여 작동합니다. 불꽃 점화 엔진은 대부분의 가솔린 자동차에서 발견됩니다. 이러한 유형의 엔진에서는 점화 플러그가 점화되어 연소실의 연료를 점화시키는 동시에 연료와 공기 혼합물도 압축됩니다. 물론 이는 두 엔진 유형 간의 주요 차이점을 설명하기 위해 매우 단순화된 프로세스 버전입니다. 불꽃 점화 엔진은 주기를 따르며 작동하려면 정확한 타이밍이 필요하지만 일반적으로 다양한 조건에서 신뢰할 수 있습니다[출처: Knight].

압축점화 엔진은 디젤 엔진과 더 유사하게 작동합니다. 디젤은 훨씬 더 높은 압축률(더 무거운 부품과 더 강한 구조가 필요함)을 위해 설계되었으며 스파크 플러그 대신 예열 플러그를 열원으로 사용합니다. 글로우 플러그는 압축 챔버를 가열하여 챔버 내의 압축을 증가시킵니다. 연료가 챔버에 추가되면 예열 플러그 끝 부분에 분사되지만 이 과정은 연료와 플러그의 접촉보다 압축에 더 의존합니다. "스파크"가 없기 때문에 디젤 엔진은 비슷한 사양의 가솔린 엔진보다 더 높은 EPA 등급을 달성하는 데 도움이 됩니다[출처: Stewart].

우리가 가스에 초점을 맞추고 있다면, 디젤 엔진이 어떻게 작동하는지 설명하는 것이 무슨 의미가 있는지 궁금할 것입니다. 간단히 말해서 압축의 중요성을 설명하기 위한 것입니다. 가스 엔진을 개선하는 가장 좋은 방법은 압축을 높이는 방법을 찾는 것입니다. 이를 통해 엔진은 연료 공급을 보다 효율적으로 사용할 수 있습니다.

압축점화 가솔린 엔진은 이러한 프로세스의 가장 좋은 부분을 결합합니다. 엔진은 배기 및 흡기 밸브의 타이밍을 조정하여 엔진 실린더에 공기(일반적으로 엔진 배기)를 가두도록 프로그래밍되어 있습니다. 연료 분사기는 이 갇힌 배기가스에 연료를 추가하며, 갇힌 혼합물은 매우 높은 압축 상태에 있기 때문에 상대적으로 적은 양의 연료가 점화될 수 있습니다.

압축점화 엔진은 두 가지 유형으로 분류될 수도 있습니다[출처: Lindberg].

이 두 엔진의 주요 차이점은 엔진 주기와 타이밍 조정을 통해 연료를 추가하는 과정에 있습니다. 그렇지 않으면 엔진이 비슷하게 작동합니다. 압축이 가장 중요한 요소입니다.

압축점화 엔진에는 몇 가지 장점과 적어도 그만큼의 단점이 있습니다. 그 이점은 다음과 같습니다.

Mazda 파워트레인 엔지니어인 Jay Chen은 이메일을 통해 "대충 비유하자면 불꽃 점화는 신문지의 한쪽 가장자리에만 불을 붙인 다음 불꽃이 점차 종이 위로 올라가도록 하여 불을 피우는 것과 유사합니다."라고 설명합니다. "[압축 점화]는 연료와 공기가 임계 압력과 온도에 도달하고 전체 충전물이 동시에 위상을 변경하여 모든 에너지를 한 번에 방출하는 자연 연소와 비슷합니다. 모든 에너지를 거의 동시에 방출함으로써 [ 압축 점화]는 2~3배 더 적은 연료를 사용하고 훨씬 더 낮은 연소 온도에서 동일한 양의 공기에서 더 많은 전력을 추출할 수 있어(팽창비가 모두 소모되기 훨씬 전에 발생하므로) 낭비되는 열 에너지와 배출 형성을 더욱 줄일 수 있습니다. ."

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