차량 추진력은 일반적으로 원동기라고도하는 엔진,즉 연료의 화학 에너지를 기계적 에너지로 변환 할 수있는 기계 장치를 통해 얻을 수 있습니다. 그런데 영어 용어”엔진”은 옛 프랑스어 단어”엔진”에서 프랑스어 기원을 가질 가능성이 있으며,이는 차례로 라틴어”인제 니움”(“인제 니움”또는”엔지니어”의 동일한 루트를 공유 함)에서 온 것으로 생각됩니다.
연료의 화학 에너지는 연소를 통해 열로 첫번째로 개조되고,그 후에 열은 작동 매체에 의하여 기계적인 일로 개조됩니다. 이 작동 매체는 액체 또는 가스 일 수 있습니다. 실제로,연소에 의해 생성 된 열은 압력 또는 특정 부피를 증가 시키며,팽창 덕분에 기계적 작업이 얻어진다.
내연 기관(얼음)에서,연소 생성물(예를들면. 외부 연소 엔진에서,연소 제품은 열교환기에 의하여 다른 작동 매체에 열을 옮기는 그러나,공기와 연료)그들자신은 작동 매체로 사용됩니다. 또한,얼음에서 연소가 실린더 내부에서 일어나는 동안,외부 연소 엔진에서,연소는 일반적으로 버너라고 불리는 별도의 챔버에서 얻어진다.
얼음의 연소 과정이 작동 매체의 특성을 변화시키기 때문에,순환 작동은 작동 매체 자체의 주기적 교체,즉 개방 사이클을 통해서만 얻을 수 있습니다. 따라서 얼음에 대한 용어”사이클”은 작동 유체의 열역학적 사이클이 아니라 주기적으로 교체되어야 하는 엔진의 작동 사이클을 지칭한다. 연료에는 그들의 연소 제품이 작동 매체로 사용되는 것을 허용해야 한다는 것을 의미하는 얼음 가동과 호환이 되는 특성이 있어야 합니다(예를들면 연소는 엔진 기계장치의 찌르기를 일으키는 원인이 될 당신의 굴뚝에서 같이 재를 형성하면 안됩니다).
내연 기관
왕복 내연 기관은 일반적으로 유리한 전력 밀도와 상대적으로 낮은 제조 및 서비스 비용(예:가스 터빈과 비교)으로 인해 일부 예외(트램 웨이,트롤리 버스 또는 전기 자동차 용 전기 모터)를 제외하고 지상 차량의 추진을 위해 선택됩니다.
왕복 얼음에서 실린더 헤드에 의해 반대쪽 끝에서 닫힌 실린더로의 피스톤의 움직임은 실린더 부피의 주기적 변화를 일으킨다. 피스톤은 막대에 연결되고 크랭크는 샤프트에 연결되며,이 샤프트의 꾸준한 회전은 상단 데드 센터(실린더 헤드에 가장 가까운)와 하단 데드 센터(실린더 헤드에서 가장 큰 거리)의 두 극단 위치 사이에 주기적 피스톤 운동을 유발합니다. 이 두 위치는 각각 최소 실린더 볼륨(클리어런스 볼륨,벤처)및 최대 실린더 볼륨(총 볼륨,버몬트)에 해당합니다. 최대 볼륨과 최소 볼륨의 차이를 스윕 볼륨 또는 실린더 변위라고합니다. 마지막으로 최대 볼륨과 최소 볼륨 사이의 비율을 압축비라고합니다.
얼음 분류
연소 엔진은 서로 다른 범주로 분류 할 수 있습니다. 가장 중요한 두 가지는 연소 과정(스파크 점화 대 압축 점화)과 작업주기(2 스트로크 대 4 스트로크)를 기반으로합니다. 추가 분류는 공기 흡입구(자연 흡기 또는 터보 차저),연료 공급(간접 또는 직접 분사)및 냉각 시스템(공기 냉각 또는 물 냉각)을 기반으로 할 수 있습니다. 이 기사에서는 연소 과정 간의 차이점 만 제시 할 것입니다.
스파크 점화 및 압축 점화
스파크 점화
스파크 점화 엔진에서는 가솔린,압축 천연 가스 또는 액화 석유 가스와 같이 상대적으로 낮은 반응성을 갖는 연료가 사용된다. 이러한 연료는 공기와 혼합되어 가연성,균일 한 공기/연료 혼합물을 형성 한 다음 엔진으로 압축되어 약 700 의 온도에 도달합니다.
이 동작은 연료 분자 특성에 기초하여 설명 될 수있다:스파크 점화 엔진에 사용되는 탄화수소 연료는 짧은 체인,강성 및 소형 구조의 분자로 만들어진다. 그러나,이 개념은 액체 연료가 실온에서 증발하고 주변 공기 중에 가연성 혼합물을 형성하는 능력과 혼동되어서는 안됩니다. 이 기능은 가솔린과 높은 점화의 소스가 제공되는 경우 폭발의 위험을 결정합니다.
시 엔진에서 연소 과정은 전기 스파크와 같은 외부 에너지원으로 만(적어도 고전적인 연소의 경우)시작될 수 있습니다. 전기 방전에 의해 혼합물에 첨가되는 에너지는 작지만(약 10 밀리제이 크기)어쨌든 연소 과정을 시작하는 데 필수적입니다.
불꽃에 의해 점화 된 첫 번째 커널에서 연소는 혼합물을 통해 퍼집니다.: 층 후에 층,화염 정면은 불꽃에서 멀리 떨어진 마지막 구역(“끝 가스”라고 함)에 도달 할 때까지 주로 화상 가스와 신선한 혼합물 사이의 대류 열 교환 덕분에 챔버를 통해 이동합니다.
화염 전면 속도는 약 20-40 미터/초이며,혼합물 내부의 난류에 따라 크게 증가합니다(난류는 신선한 가스와 연소 된 가스 사이의 표면적을 증가시켜 열 교환이 증가하고 화염 전파 속도). 난류 강도가 엔진 속도에 따라 증가하고 화염 전면 속도가 난류 강도에 비례하기 때문에 화염 전면 속도는 엔진 속도에 따라 증가하므로 연소에 사용할 수있는 시간의 감소를 보상합니다. 그 덕분에,보기(포뮬러 1 엔진은 분당 20 000 회전까지 실행할 수 있습니다)의 연소 관점에서 시 엔진의 엔진 속도의 측면에서 거의 제한이 없습니다.
그러나,공기/연료 혼합물은,고온 및 압력에서 장기간 유지될 때,결국 자동 점화를 겪을 수 있다. 이러한 이유로 화염 정면이 도착하기 전에 최종 가스 자동이 자발적으로 발화 할 때 비정상적인 연소가 발생할 수 있습니다. 이 비정상적인 연소는 엔진 구조를 통해 주변 환경으로 전달되는 연소실 내부의 압력 파에 의해 실린더 압력의 급격한 상승을 야기한다. 이를”노크”라고하며 열 피로 응력으로 인해 피스톤 및 실린더가 손상 될 수 있습니다. 노크의 발생을 방지하기 위해,시 엔진은 최대 화염 경로 길이(즉,약 100 밀리미터에 보어라는 최대 실린더 직경을 제한)및 최종(신선한)가스의 최대 허용 온도와 압력에 관한 몇 가지 제한을 준수해야합니다(즉,압축비와 부스트 압력을 모두 제한).
또한 공기/연료 비율이 화학량 론적 비율에 매우 가까운 경우에만 높은 값의 화염 속도를 얻을 수 있습니다:따라서,시 엔진이 부품 부하에서 작동되어야 할 때,실린더 내로 공기 질량을 변함없이 유지하면서 단지 연료를 감소시키는 것은 불가능하다. 그런 다음 부하 제어를 위해 공기 질량 흐름을 줄이기 위해 장치를 사용할 필요가 있습니다(흡기 스로틀이 종종 선택됨)부품 부하에서 효율 불이익을 유발하더라도.
화학량론은 혼합물에서 모든 산소가 소비되고 모든 연료가 연소되는 지점으로 정의된다. 가솔린의 경우 질량에 의해 주어진 비율은 14.7:1(1 그램의 연료에 대해 14.7 그램의 공기)입니다.
압축 점화
디젤과 같이 반응성이 높은 연료가 사용될 때,이들은 공기와 혼합될 수 없고,그 다음에 실린더 내로 압축될 수 있는데,이는 그렇지 않으면 압축 행정 중에 연소 과정이 자발적으로 시작될 것이기 때문이다. 디젤 연료는 산화 공정의 예비 반응이 고온 및 압력에서 매우 빠르게 진행되는 긴 직선 사슬 분자와 함께 세탄으로 나타낼 수있는 탄화수소의 혼합물입니다.
따라서 디젤 연료는 원하는 연소 시작 직전(고전적인 디젤 연소의 경우)에 이미 압축 된 공기에 고압 액체 스프레이로 주입됩니다. 뜨거운 압축 공기(약 900 케이)로 둘러싸인 작은 연료 방울(직경 약 10 미터)은 빠르게 증발하고 연소 과정은 매우 짧은 점화 지연으로 자발적으로 시작됩니다.
디젤 엔진에서의 연소 과정은 엔진 속도의 증가와 관련된 연소를 수행하기 위해 가용 시간에 그 특성을 스스로 조정할 수 없다(즉,연료 증발,혼합 및 점화 지연을 위해 요구되는 시간은 엔진 속도의 증가와 함께 축소되지 않을 것이다). 따라서 이러한 엔진은 분당 5000 회 이상의 속도로 작동 할 수 없습니다.
마지막으로,엔진과는 다르게,이러한 종류의 연소에 대한 공기/연료 비율 측면에서 엄격한 요구 사항은 없습니다. 부분 짐에,주입한 연료 양은 유도한 공기의 동일한 양을 유지하고 있는 동안,누르는 장치를 위한 그리고 그 후에 어떤 추가한 손실도 없이 어떤 필요도없이 감소됩니다.
출처:페데리코 밀로 교수,폴리테크니코 디 토리노
로망 니콜라스의 의견:
연소의 가장 일반적인 두 가지 유형(스파크 점화 및 압축 점화)는 오늘날 오랫동안 잘 마스터 된 것으로 알려져 있습니다. 그러나 표준에 의해 설정된 오염 물질 및 연료 소비 한계가 점점 낮아짐에 따라 이러한 공정의 한계에 도달하고 있습니다. 이러한 표준에 도달하는 데 점점 더 많은 비용이 소요되고 일부 대체 연소 프로세스 및 엔진 아키텍처는 실험실 및 연구 센터에서 테스트되고 있습니다. 우리가 요즘 그들을 알고있는 스파크 점화 및 압축 점화 엔진은 카이,피씨치,이중 연료 연소 또는 기타와 같은 몇 가지 대체 솔루션으로 대체 될 것이라고 생각하십니까?