100년이 넘는 기간 동안 엔진은 더 큰 마력과 토크로 더 크고 빠르며 비열해졌습니다. 마치 잠에서 깨어난 용이 보물을 훔칠 가능성이 있는 도둑들에게 포효하는 것처럼 배기관에서 내뿜는 배기 가스. 적어도 그것이 넓은 타이어와 에어브러시 화염 작업을 가진 사람이 당신이 생각하기를 바라는 것입니다.
그리고 20세기가 되었고, 우리는 불을 내뿜는 엔진이 빨간불 드래그 레이싱 상대보다 더 많은 것을 죽이고 있다는 것을 깨달았습니다. 알고 보니 트림은 기후를 바꾸고 역겨운 스모그를 만드는 것뿐이었습니다. 너무 많은 용들이 행성을 샤이어보다 모르도르처럼 만들고 있었습니다.
이 배를 토하는 용들로부터 누가 우리를 구할 수 있습니까? 누가 그의 과학과 공학의 검으로 그들의 탐욕스러운 방식을 길들일 수 있겠습니까? 연료 효율성의 진정한 의미를 지닌 사람은 누구입니까? 한 남자:영국 미들섹스 햄스테드의 제임스 앳킨슨. 또한 1887년.
맞습니다. 최신 친환경 엔진 기술은 자동차 시대의 여명기부터 시작되었습니다. Atkinson 사이클 엔진은 1887년 미국에서 특허를 받았습니다(Atkinson은 몇 년 전에 영국 및 유럽 특허를 출원했습니다). 그러나 그의 가솔린 구동 연소 엔진에 있는 피스톤의 고르지 않은 스트로크는 우리의 현대식 하이브리드 시스템에 아주 깔끔하게 맞습니다.
오늘날 많은 하이브리드에 사용되는 Atkinson 사이클 엔진은 한 세기에 걸친 기술 발전의 명백한 이점과 함께 원본과 동일한 원리로 작동합니다. 그러나 오늘날 우리가 어디에 있는지 이해하려면 먼저 우리가 어디에 있었는지 알아야 합니다. 타임머신을 1887년으로 설정하세요!
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Atkinson의 미국 특허(367,496번, 특허를 좋아하는 우리를 위한 특허)는 매우 간단합니다. 약 천 단어의 텍스트와 몇 가지 유용한 다이어그램이 있습니다. 또는 어떤 특허보다 훨씬 재치 있는 이 설명을 읽을 수 있습니다.
오늘날 가장 일반적인 연소 엔진은 4행정 오토(Otto) 사이클 엔진으로, 피스톤이 실린더 내에서 상하로 움직이며 스파크가 가스와 공기의 혼합물을 점화합니다. Atkinson 주기 엔진도 마찬가지이므로 다음은 프로세스를 간략히 살펴보겠습니다.
섭취 뇌졸중: 실린더로 공기와 연료를 흡입합니다.
압축 스트로크: 혼합물을 으깨서 스파크가 터지면 폭발할 것입니다 -- 큰 시간
파워 또는 확장 스트로크: 폭발에 의해 생성된 힘을 사용하여 피스톤을 실린더 아래로 이동
배기 스트로크: 연소 과정의 불쾌한 잔여물을 실린더 밖으로 밀어냅니다.
Otto 사이클 엔진에서 이것은 크랭크축의 두 회전(흡기/점화, 그 다음 동력/배기)으로 수행됩니다. 최초의 Atkinson 엔진에서 발명가는 크랭크축의 단일 회전으로 4개의 스트로크 모두를 완료할 수 있도록 두 개의 연결 장치를 추가했습니다.
그 자체로 효율성이 향상되지만 Atkinson은 또 다른 깨달음을 얻었습니다. 실린더의 압축이 낮아지고 동력 행정이 흡기 행정보다 길면 엔진이 더 효율적으로 작동할 것입니다. 바퀴를 돌리고 자동차를 움직이게 하는 엔진을 돌리는 데 더 적은 연료가 필요합니다.
원하신다면 실린더와 피스톤을 상상해 보십시오. 흡기 행정에서 피스톤은 실린더 아래로 끝까지 움직이지 않습니다. 공기와 연료가 실린더로 들어가는 흡기 밸브는 많은 양의 혼합물을 실린더로 허용하지 않습니다. 혼합물이 적으면 압축이 덜 필요합니다. 피스톤은 압축 행정을 위해 다시 위로 이동하고 상단에서 혼합물이 점화됩니다. 팔! 힘은 피스톤을 동력 행정에서 실린더의 샤프트 아래로 다시 보내며, 이번에는 연소에 의해 생성된 모든 힘의 이점을 이용하기 위해 완전히 아래로 내려갑니다. 그런 다음 피스톤이 다시 위로 이동하여 배기 행정을 위해 쓰레기를 제거합니다. 따다! 4 스트로크, 적은 연료!
물론 똑똑한 독자라면 연료와 압축률이 낮다는 것은 출력도 낮다는 것을 깨달았을 것입니다. 당신이 올바른지. 피스톤이 흡기 스트로크보다 파워 스트로크에서 더 아래로 이동하도록 허용되더라도 압축이 더 높고 혼합 가스가 풍부한 엔진에서만큼 많은 출력을 생성하지는 않습니다.
이 엔진의 또 다른 문제는 추가 부품이 많이 필요하기 때문에 비용이 많이 드는 것은 물론이고 조립이 까다롭다는 것입니다. 불쌍한 앳킨슨은 스프링과 진동 링크, 뜨겁게 달궈진 점화 튜브로 이 모든 효율성을 달성해야 했습니다. 현대 엔지니어는 훨씬 더 쉽게 작업을 수행할 수 있습니다.
순수주의자들은 진동하는 고리가 거의 보이지 않는 오늘날의 앳킨슨 사이클 엔진을 헐뜯을 것입니다. 사실 현대식 오토 사이클 엔진 옆에 현대식 앳킨슨 사이클 엔진을 놓고 보면 별 차이를 느낄 수 없을 것입니다. Toyota 대학의 David Lee에 따르면 "일반 엔진에 없는 [프리우스] 엔진에는 아무 것도 없습니다." (딜러에게 가장 최근에 출시된 최신 정보를 알아야 하는 Toyota 직원이 아닌 이상 갈 수 있는 대학이 아닙니다. 죄송합니다.)
Atkinson이 크랭크축 배치로 달성해야 했던 것은 이제 훨씬 저렴하고 쉬운 솔루션인 가변 밸브 타이밍으로 수행할 수 있습니다. Atkinson의 원본에서 흡기 밸브는 공기-연료 혼합물의 일부를 막기 위해 일찍 닫힙니다. 요즘에는 흡기 밸브가 너무 오래 열려 있어서 피스톤이 압축 행정을 위해 위로 움직일 때 약간의 가스-공기 혼합물이 빠져나갈 수 있습니다. 각 방법의 끝은 같습니다. 압축률이 더 낮습니다. 엔지니어의 말에서 현대적인 방법은 "리빅(livic)"으로 알려져 있습니다. 즉, 흡기 밸브가 늦게 닫힙니다. 그러면 스파크 플러그가 제 역할을 하고(스파크를 일으키며) 피스톤은 실린더 아래로 최대 파워 스트로크로 연소를 이용합니다. 그런 다음 배기 스트로크가 청소 작업을 수행합니다.
120년이 넘는 세월 동안 그 이상이 변했습니다. 효율성을 높이기 위해 새로운 재료가 개발되었습니다. 예를 들어 더 가벼운 피스톤, 링 및 밸브 스프링은 마찰과 자동차의 전체 중량을 줄입니다. 무게를 줄이면 에너지가 덜 소모됩니다. Ford가 Fusion 및 기타 하이브리드에서 사용하는 것처럼 듀얼 오버헤드 캠 엔진을 사용하면 프로세스를 훨씬 더 쉽게 제어할 수 있습니다.
그리고 다시, 영리한 독자 여러분은 이 엔진의 최신 버전이 이전 버전과 마찬가지로 더 적은 전력을 생산한다는 것을 알아차렸을 것입니다. 너무 사실입니다. Lee가 언급했듯이 "이 엔진은 일반 자동차에서 어려움을 겪을 것입니다."
하지만 투쟁하지 않는 곳이 어디인지 아십니까? 하이브리드 구동계에서.
그래서, 당신은 정말로 효율적인 엔진을 가지고 있습니다. 그러나 그것은 힘이 부족합니다. 특히 토크의 다양성, 불을 내뿜는 드래그 카가 삽시간에 가지고 있는 종류의 힘이 부족합니다. 그러나 하이브리드 파워트레인 엔지니어라면 항상 0rpm에서 모든 토크를 발휘하는 전기 모터도 있습니다. 전기 모터의 문제는 높은 마력으로 인해 가솔린 엔진만큼 고속을 잘 견디지 못한다는 것입니다. 하이브리드 파워트레인 엔지니어는 어떻게 해야 할까요?
글쎄, 당신이 Ford의 하이브리드 파워트레인 엔지니어인 Gilbert Portalatin이거나 완전한 하이브리드를 구축하는 거의 모든 다른 자동차 회사의 다른 엔지니어라면 초콜릿과 땅콩 버터처럼 이 두 시스템을 함께 사용하게 될 것입니다. 저속에서는 전기 모터가 토크로 작동하여 차를 앞으로 움직입니다. 당신이 마치 새끼 고양이가 그 아래에 숨어 있는 것처럼 부드럽게 가속 페달을 밟는 매우 조심스러운 하이퍼마일러가 아닌 한, 전기 모터가 꽤 많은 일을 하고 있지만 가솔린 엔진은 꽤 빨리 온라인 상태가 될 것입니다. 약 40mph 정도에서 Atkinson 사이클 엔진은 전기 모터의 약간의 도움으로 거의 완전히 인수됩니다.
이러한 종류의 콤보가 있는 한 Atkinson 사이클 엔진이 최적의 효율성을 위해 전기 모터와 정확하게 맞물리도록 설계할 수 있습니다. 다음 차선에서 방화범을 계속 고집한다면 먼지 속에 완전히 남겨지지는 않을 것입니다. Toyota의 Lee는 "페달을 부수면 원하는 것을 얻을 수 있습니다. 두 동력 장치 모두를 얻을 수 있습니다."라고 말했습니다.
이 로드 레벨링은 Toyota Prius 또는 Ford Escape와 같은 풀 하이브리드가 고속도로에서보다 시내에서 더 나은 주행 거리를 얻는 이유입니다. 도로의 다른 모든 차량과 정확히 반대입니다. 우리 중 불 호흡을 하지 않는 사람들은 도시 주변을 아주 천천히 운전합니다. 우리는 많이 출발하고 멈추고 75mph까지 올라가지 못하기 때문에 전기 모터가 많은 부담을 가집니다. 하지만 고속도로에서는 가솔린 엔진이 거의 혼자 작동합니다.
1887년에 앳킨슨의 엔진과 전기 모터 사이의 행복한 땅콩 버터와 초콜릿의 결합을 1887년에 예측한 사람은 거의 없었습니다. 당시 자동차에는 영구적인 지붕도 없었습니다.
원래 게시:2012년 3월 1일
완벽하게 정직하게 말해서, 나는 이러한 초기술적 기사를 쓰는 것을 좋아합니다. 나는 엔지니어에게 전화를 걸어 내가 한 번도 연구한 적이 없는 것을 설명하게 하는 것을 좋아합니다. 나는 그들이 무슨 말을 하는지 상상조차 하기 어렵기 때문에 일요일까지 6가지 방법을 반복하게 하여 내가 글을 쓰기 직전에 이해할 수 있도록 합니다.
이번에는 아주 괴상한 보너스를 얻었습니다:괴짜 색칠하기 책! 자, 색칠공부는 아니었지만, 구글의 특허검색(367,496번, 기억)을 이용하여 앳킨슨의 특허를 찾아보면 앳킨슨의 원래 도표가 포함되어 있습니다. 나는 8개의 형광펜과 여러 가지 색상의 Sharpies를 사용하여 어떤 밸브가 어떤 역할을 했으며 공기가 유입되고 배출되는 위치를 추적했습니다. 그런 다음 나는 인쇄한 특허 텍스트를 색상으로 구분하여 읽을 때 설명의 진동 링크 H와 엔진의 위치를 일치시킬 수 있었습니다.
나는 기술 학습의 색칠 공부 방법을 충분히 추천 할 수 없습니다. 최대한 자주 이용할 생각입니다. 내 내면의 여덟 살짜리 아이는 매우 행복합니다.
