내연기관은 공기를 오염시킵니다. 내연 기관은 귀중한 자원과 재생 불가능한 자원을 지구에서 앗아갑니다. 내연 기관은 미국과 경제적으로 거래하고 싶지 않은 국가를 연결하는 화석 연료를 필요로 합니다.
그리고 내연 기관은 곧 사라지지 않을 것입니다.
오, 물론, 당신은 지금 내연 기관을 대체해야 하는 모든 새로운 기술, 전기 모터, 하이브리드 파워 트레인, 수소 연료 전지 및 압축 공기로 작동하는 자동차와 같은 기술에 대해 들어보았지만 이들 중 어느 것도 기술은 아직 내연 기관에서 자동차 산업을 구할 준비가 되어 있습니다. 전기 모터는 아마도 가까운 장래를 위한 최선의 선택일 것입니다. 현재 시장에 전기 모터를 전원으로 사용하는 자동차도 있지만 충전하는 데 시간이 걸리고 주행 범위가 제한되어 있으며 단순히 연료를 공급할 수 없습니다. 지역 주유소에서 5분 안에 올라갑니다. 게다가, 당신은 정말로 죽은 리튬 이온 배터리 어레이와 그것을 재충전하는 방법에 대해 가장 흐릿한 개념을 가지고 있는 주위에 아무도 없는 중동, 중동의 한가운데에 갇히고 싶습니까? 하이브리드 파워 트레인은 Toyota Prius의 엄청난 성공이 보여주듯 이미 충분히 실현 가능하지만 여전히 내연 기관이 포함되어 있어 문제를 실제로 해결하지 못합니다. 그들은 우리가 마침내 이 구식 기술을 제거해야 하는 날을 연기할 뿐입니다. 수소 연료 전지 자동차는 일반 소비자가 구매하고 운전할 수 있는 차량으로 제공될 때 정말 놀랍습니다. 지금부터 약 20~30년 후에 첫 번째 틀니에 투자하게 될 것입니다. 그리고 압축 공기 자동차? 언제 도로를 달릴 수 있을지 아무도 모르지만 자전거 펌프를 사용하여 차에 연료를 보급하기까지는 아직 시간이 꽤 걸릴 것입니다.
이러한 기술은 중요합니다. 싱크탱크와 자동차 제조사들이 지금 연구하고 있습니다. 자녀의 자녀가 이용하는 교통수단은 자녀에게 달려 있습니다. 언젠가는 이러한 기술 중 하나 또는 모두가 화석 연료에 대한 통제 불능의 중독에서 세상을 자유롭게 할 것입니다. 그러나 그 동안 우리에게 정말 필요한 것은 앞으로 몇 년 안에 실제로 사용할 수 있도록 현실적으로 준비될 수 있는 것, 즉 더 나은 내연 기관입니다.
좋은 소식이 있습니다. 더 나은 내연 기관이 출시되고 있습니다. 그리고 우리가 더 낫다는 것은 더 가볍고, 연료 효율이 높으며, 공해가 적다는 것을 의미합니다. 내연 기관을 목초지에 아직 내놓을 수 없다면 최소한 공공 거리에서 질주하는 동안 좀 더 정중하게 행동하게 할 수는 있습니다.
가장 흥미로운 새로운 유형의 내연 기관 중 하나는 대향 피스톤 대향 실린더 엔진이며, 혀가 뒤틀린 음절을 모두 기억할 수 없다면 그냥 OPOC 엔진이라고 부를 수 있습니다. (나쁘지 마십시오. 다른 사람들도 그렇게 부릅니다.) OPOC 엔진은 실제로 새로운 것이 아닙니다. 아이디어가 나온 지 얼마 되지 않았습니다. 하지만 Ecomotor라는 회사는 마침내 수소 연료 전지가 국가의 분노보다 훨씬 이전의 소비자 차량. 그리고 Ecomotors가 가까운 장래에 가솔린 사용 방식에 혁명을 일으킬 수 있는 진지한 기술을 제공하고 있다는 증거로 Bill Gates라는 동료는 이미 회사에 투자했습니다. 예, 그 Bill Gates는 Microsoft의 공동 설립자가 최첨단 기술의 실용적인 측면에 대해 한두 가지를 모른다고 말할 수 없습니다.
그러나 OPOC 엔진은 정확히 무엇이며 우리 모두가 사랑하고 싫어하는 내연 기관과 어떻게 다릅니까? 그 질문에 답하기 위해 먼저 표준 자동차 엔진에 대한 복습 과정을 제공한 다음 OPOC가 어떻게 거의 동일한 기능을 수행하지만 약간만 다른 방식으로 작동하는지 보여드리겠습니다.
자동차 엔진에 실린더가 4개 또는 6개 있을 가능성이 있습니다. (만약 당신이 6개 이상의 실린더를 가지고 있다면 당신은 실제 머슬카를 운전하고 있는 것이고 아마도 내연 기관을 구식으로 만들 무언가를 아직 많이 사지 않을 것입니다.) 엔진 실린더는 소리가 나는 것과 같습니다. 피스톤이라고 하는 움직일 수 있는 튜브를 놓을 수 있는 엔진의 원통형 구멍. 그리고 가솔린, 공기 및 점화 플러그와 결합된 피스톤은 차가 도로를 질주하도록 만드는 동력을 제공합니다. 어쨌든 그것은 이야기의 빠르고 더러운 버전입니다.
자동차의 내연 기관의 실린더는 캡이 있어 피스톤 상단과 실린더 상단 사이 영역에 있는 가스가 빠져나갈 수 없습니다. 그러나 기계적으로 열리고 닫힐 수 있는 각 실린더의 상단 또는 그 근처에 두 개의 밸브가 있습니다. 이들은 각각 엔진의 연소 과정이 완료된 후 실린더(흡기 밸브)로 공기와 가솔린을 허용하고 실린더(배기 밸브)에서 배기 가스를 방출하도록 설계되었습니다. 이 밸브는 피스톤의 움직임에 따라 조심스럽게 열리고 닫히므로 새로운 공기가 유입되기 전에 배기 가스가 배출됩니다.
자동차를 움직이는 것은 피스톤의 움직임입니다. 피스톤은 실린더에서 깔끔하게 위아래로 미끄러지도록 설계되었습니다. 대부분의 자동차는 피스톤 운동에 4단계가 있는 4행정(또는 오토 사이클) 엔진을 사용합니다. 흡기 행정이라고 하는 첫 번째 단계에서는 흡기 밸브가 열리고 피스톤이 아래로 이동합니다. 아래로 움직이는 피스톤에 의해 생성된 진공은 소량의 가솔린과 함께 공기를 실린더 상부로 흡입합니다. 혼합기가 하강하는 피스톤에 의해 남겨진 가용 공간을 채우면 흡기 밸브가 닫히고 압축 행정에서 피스톤이 다시 상승하여 공기-연료 혼합물을 폭발물로 간주될 만큼 많은 잠재적 에너지로 채워진 촘촘한 덩어리로 압축합니다. . (다행히도 혼합에 가솔린이 거의 없으므로 열핵 무기 품질의 폭발물을 말하는 것이 아니라 체리 폭탄과 같은 것을 말하는 것입니다.) 그런 다음 실제로 엔진에 동력을 제공하는 프로세스의 일부인 연소 행정이 나옵니다. 점화 플러그가 번쩍이고 깡통 속의 폭죽처럼 위치 에너지를 점화하여 피스톤을 다시 아래로 밀어냅니다. 마지막으로 배기 행정에서 배기 밸브가 열리고 피스톤이 실린더 상단으로 다시 올라가 가연성 물질의 폭발로 인한 쓸모없는 가스 잔류물을 밀어냅니다. 배기 밸브가 닫히면 프로세스가 다시 시작됩니다.
피스톤이 오르락 내리락하는 동안 피스톤의 위아래 운동을 자동차의 기어와 바퀴가 회전하도록 하는 원형 운동으로 변환하는 길고 회전하는 막대인 크랭크축을 돌립니다. 대부분의 표준 엔진 배열(상당히 있음)에서 실린더는 쌍으로 제공되므로 한 스트로크 동안 한 피스톤의 아래쪽 움직임이 다른 피스톤의 위쪽 스트로크를 생성합니다. 이 사이클은 이론적으로 영원히 계속될 수 있습니다. 적어도 휘발유가 떨어질 때까지. 이것은 정확히 영구적인 운동은 아니지만 생각해보면 피스톤의 운동이 처음에 어떻게 시작되었는지 물을 수 있습니다. 답은 4행정 사이클이 일반적으로 전기 스타터 모터에서 크랭크축으로 짧은 회전 에너지 폭발로 시작되지만 일부 운이 좋은 운전자가 회전하기 위해 수동 크랭크를 돌려야 했기 때문에 초기 자동차가 일어나서 달렸다는 것입니다. , 크랭크축. (이제 그들이 그것을 왜 그렇게 부르는지 알 것입니다.) 그 때 당신이 차를 운전하지 않은 것이 기쁘지 않습니까?
이 4행정 사이클은 19세기에 발명되었습니다. 사실, 그 변형은 증기 기관으로 거슬러 올라갑니다. 그리고 그것에는 많은 변형이 있습니다. 절반의 실린더를 사용하면서도 그만큼의 힘을 얻을 수 있는 것을 생각해 봅시다.
우리가 지금까지 이야기한 내연 기관에서 피스톤은 병렬로 작동하며 각 실린더는 다음 실린더에 정렬되고 각 실린더에는 별도의 피스톤이 있습니다. 그러나 우리가 한 실린더에 두 개의 피스톤을 붙이고 서로 마주보도록 작동을 조정할 수 있지만 충돌하지 않는다면 어떻게 될까요? 이 실린더 각각은 실린더 길이의 절반만 차지하므로 표준 엔진에서 실린더 거리의 절반만 이동하면 되므로 연료를 절약하면서도 여전히 크랭크축에 동일한 회전 효과를 제공합니다. 그리고 크랭크축은 실린더의 장축에 수직인 실린더의 중심을 통과할 수 있어 두 피스톤이 반대 방향으로 움직일 때 크랭크축을 회전시킬 수 있습니다. 그리고 배기 폐기물을 실린더 중앙에 모아서 실린더의 끝 부분을 닫아야 하기 전에 유해한 배기 가스가 빠져나가는 것을 방지할 수 있습니다.
멋지지 않겠습니까? 당신은 내기할 것입니다!
이를 OPOC(대향 피스톤 대향 실린더) 엔진이라고 합니다. Ecomotors가 국방고등연구계획국(DARPA)을 위해 고안한 OPOC 엔진에서, 초기 적용은 군용일 가능성이 있음을 의미합니다. 단일 실린더에 있는 두 개의 피스톤은 효과적으로 서로 맞물려 있으며, 각 피스톤은 두 부분으로 나뉩니다. 및 서로 반대 방향으로 서로 내부를 이동하여 압축 행정을 생성하여 각 피스톤의 한 부분의 반대 끝이 함께 닫히고 그들 사이의 연료 공기 혼합물을 압축하는 동안 다른 부분의 반대 끝이 떨어져 이동하여 공기를 유입시키는 단계를 포함합니다. 인테이크 스트로크를 생성하는 간격. 이 두 행정이 동시에 일어나기 때문에 피스톤의 전체 동작은 두 번의 앞뒤 움직임만 취하므로 기존의 4행정 엔진 대신 2행정 엔진이 됩니다. 그리고 하나의 실린더에 있는 이 두 개의 피스톤은 두 개의 일반 실린더에 있는 두 개의 피스톤의 작업을 수행하기 때문에 일반적으로 하나의 실린더에서 진행되는 작업만 수행하지만 두 개의 실린더에 해당하는 운동을 크랭크축에 가합니다. 이것은 OPOC 엔진에 높은 출력 밀도, 즉 엔진 자체의 질량에 대한 높은 출력 비율을 제공합니다.
그리고 여기에 Ecomotor의 OPOC 엔진을 군중들 사이에서 두드러지게 만드는 것이 있습니다. 바로 모듈식입니다. 1기통 엔진(일반적인 엔진 용어로 실제로는 2기통 엔진)에서 최대 3기통(6행정에 해당)까지 확장 가능한 기어 배열과 함께 1개, 2개 또는 3개를 결합하여 사용할 수 있습니다. 엔진) 이상. 실린더를 계속 연결하면 엔진이 더 크고 강력해집니다. 그리고 OPOC 엔진은 표준 내연 기관보다 기계적으로 훨씬 간단합니다. 표준 배열에서는 필요할 때 흡기 및 배기 밸브가 열려 있는지 확인하기 위해 복잡하고 정확한 타이밍의 일련의 연결 장치가 필요합니다. 이는 엔진에 움직이는 부품 수가 엄청나게 적다는 것을 의미합니다. 예를 들어, 기존의 내연 실린더에서는 흡기 밸브와 배기 밸브가 필요할 때만 열리고 동시에 열리지 않도록 복잡한 메커니즘이 필요합니다. 그러나 OPOC 엔진에서 이러한 "밸브"는 단순히 실린더 측면에 있는 구멍으로, 피스톤 자체의 슬라이딩에 의해 덮이고 드러나지 않으므로 이를 열고 닫는 복잡한 메커니즘이 필요하지 않습니다. Ecomotors는 엔진의 움직이는 부품 수가 385개에서 62개로 줄어들었다고 추정합니다. 이는 정비가 필요하고 고장날 수 있는 부품이 훨씬 더 적다는 것을 의미합니다.
결론은 OPOC 엔진이 더 단순하여 고장날 가능성이 적다는 것입니다. 그들은 또한 더 효율적이고 작동하는 동안 에너지 손실이 적으며 하나의 피스톤으로 두 개의 피스톤의 작업을 수행하기 때문에 가스의 일부만 사용하여 표준 내연 기관보다 훨씬 더 많은 전력을 생산할 수 있습니다. 이것이 미래의 엔진인가? 아마. 적어도 그 핵연료 전지가 나올 때까지는.
나는 자동차 후드 아래서 엔진을 분해했다가 다시 조립하여 내가 할 수 있는지 알아보며 자라온 그런 사람이 아닙니다. 컴퓨터 키보드에서 BASIC 및 C와 같은 언어로 프로그래밍하거나 제어된 핵융합 전력이 미래의 에너지원인 이유에 대한 책을 집필하고 있을 가능성이 더 큽니다. (나는 아직도 그것을 기다리고 있다.) 그러나 내가 자동차에 대해 글을 쓰기 시작했을 때, 내가 최첨단에 있는 자동차 기술, 그렇게 발전된 자동차에 동력을 공급하고 사용하는 방법에 대해 글을 쓰는 데 끌리는 것은 지극히 자연스러운 일이었습니다. , 당신은 그들이 블레이드 러너나 마이너리티 리포트와 같은 영화에서 곧바로 차를 몰았다고 생각할 것입니다. 나는 당신에 대해 모르지만 새롭고 흥미진진하고 사람들(이 경우 자동차 엔지니어)이 전에 해보지 않은 방식으로 일을 하는 것에 대해 배울 때 등골이 오싹해지는 느낌을 받습니다.
대향 피스톤 대향 실린더(OPOC) 엔진은 비행 자동차나 1981 DeLoreans와 같이 시간 여행을 돕기 위해 플럭스 커패시터가 장착된 것처럼 최첨단으로 들리지 않을 수 있지만 이 기사에 대한 연구를 마칠 즈음에 나는 그것들이 모든 것이었음을 깨달았습니다. 흥미 진진한. (그래, 아마도 그 플럭스 커패시터만큼 흥미롭지는 않을 것이다.) OPOC 엔진은 내연 기관이 항상 해왔던 방식이 유일한 방법이라는 사실을 기꺼이 받아들이지 않은 뛰어난 엔지니어들의 많은 독창적인 생각의 산물입니다. 할 수 있다는 것입니다. 예, OPOC는 오랫동안 사용되어 왔습니다. OPOC 엔진의 초기 프로토타입은 19세기로 거슬러 올라갑니다. Agency), 마침내 태양 아래서 그들의 순간을 얻었고 나보다 더 흥분한 사람은 없을 것입니다.
