전 세계의 화석 연료 매장량이 점차 줄어들고 대기 오염이 증가함에 따라 자동차 엔지니어는 자동차의 연료 효율성을 높이고 탄소 배출량을 줄이는 방법을 끊임없이 모색하고 있습니다. 그들이 에너지 낭비를 발견한 가장 놀라운 장소 중 하나는 자동차 배기 가스입니다. 실제로 자동차 디자이너들은 1970년대 초반부터 자동차 배기가스의 숨은 힘을 활용해 왔다. 이 기술은 배기 가스가 차량에서 나오기 전에 재활용하기 때문에 자동차에서 발생하는 배기 가스를 줄이고 대기 오염을 방지하는 데도 도움이 됩니다.
차량 배기가스의 효율성을 극대화하기 위해 만들어진 기술을 총칭하여 배기열 회수 및 재순환이라고 합니다. . 차량의 배기 가스를 사용하여 연료 효율성을 높이고 배기 가스를 적게 배출하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 예를 들어, 자동차 배기가스의 열은 엔진 냉각수를 데워 엔진을 따뜻하게 유지하는 데 사용될 수 있으며, 이는 모터가 상당 시간 동안 꺼져 있는 경우에도 마찬가지입니다. 매우 추운 날씨에도 배기열을 사용하여 차량 내부를 따뜻하게 할 수 있습니다. 아산화질소(N2O) 배출량을 줄일 수 있으며 차량의 배기 가스를 실제로 전기를 생산하는 데 사용할 수 있습니다. 배열 회수라는 용어 배기 가스의 열 에너지가 자동차와 엔진을 통해 재활용되는 과정에 사용되므로 이러한 모든 기술의 일부입니다.
이러한 기술은 내연 기관이 장착된 모든 자동차, 트럭 또는 SUV에 사용할 수 있지만 최대 연비와 최소한의 배기 가스를 생성해야 하는 하이브리드 차량에 특히 중요합니다. 이 기술의 가장 진보된 구현 중 일부는 2010년 Toyota Prius에서 찾을 수 있습니다. 다음 몇 페이지에서는 자동차 엔지니어들이 이 기술을 가능하게 만든 방법을 살펴보겠습니다.
콘텐츠자동차, 트럭 및 기타 차량의 내연 기관은 여러 종류의 오염 물질을 생성합니다. 가장 흔한 것 중 하나는 지구 온난화에 중요한 역할을 하는 이산화탄소 배출입니다. 탄소 배출 감소는 자동차 엔지니어가 직면한 가장 중요한 목표 중 하나가 되었습니다. 그러나 자동차 엔진은 다른 배기가스도 배출합니다. 스모그의 주요 성분 중 하나는 N2O -- 아산화질소입니다. -- 이러한 배출물은 내연 기관에서도 발생합니다.
이산화탄소와 마찬가지로 아산화질소는 온실 가스입니다. . 이것은 그것이 우리 대기 내의 태양 복사(태양광)의 열을 가두어 지구 표면을 가열하는 데 사용한다는 것을 의미합니다. 온실 가스에 의해 갇힌 열이 없다면 지구 표면은 너무 추워서 생명체가 살 수 없을 것입니다. 그러나 올바른 균형이 중요합니다. 너무 적으면 지구가 얼어붙은 눈덩이가 되고 너무 많으면 무더운 정글이나 사막이 됩니다. 인간과 우리의 기술은 특정 기후를 요구하도록 진화했습니다. 기후를 변화시키는 모든 것은 우리의 생활 방식에 영향을 미치고 농업 패턴을 극적으로 변화시키고 극지방의 만년설을 녹일 수 있습니다.
자동차에서 배출되는 아산화질소 배출량을 줄이는 것이 탄소 배출량을 줄이는 것만큼 중요하다는 것은 분명하지만 어떻게 배출량을 줄일 수 있습니까? 아산화질소는 매우 높은 온도에서 생성되므로 내연 기관의 작동 온도를 낮추는 것은 무엇이든 N2O 배출을 줄입니다. 그것이 배기열 재순환이 필요한 곳입니다. 이에 대해서는 다음 페이지에서 더 자세히 이야기하겠습니다.
배기열 재순환의 핵심은 배기 가스 재순환이라는 장치입니다. (EGR ) 밸브. EGR 밸브는 자동차 배기 가스의 배압을 만나면 열리고 이를 다시 연소실로 보냅니다. 챔버의 공기가 가솔린과 혼합되어 연소되기 때문에 이것이 무슨 소용이 있는지 궁금할 것입니다. 글쎄, 그것이하는 한 가지는 연료를 따뜻하게 만드는 것입니다. 따뜻한 연료는 더 효율적으로 가열되므로 갤런당 더 많은 마일을 생성합니다. EGR 밸브가 엔진이 충분히 따뜻함을 감지하면 엔진 과열을 방지하기 위해 배기 가스를 다른 곳으로 리디렉션합니다.
냉각수와 연료를 데우면 엔진이 처음 시동될 때 엔진이 최적의 온도에 더 빨리 도달하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 하이브리드에 특별한 이점이 있습니다. 대부분의 하이브리드는 차량이 정차할 때 내연기관이 꺼지도록 설계되었습니다. 너무 오랫동안 꺼져 있으면 엔진이 식을 수 있습니다. EGR은 엔진이 너무 빨리 냉각되는 것을 방지합니다.
배기 가스 재순환은 어떻게 오염을 줄입니까? EGR이 목표로 하는 배출량은 매우 높은 온도에서 생성되는 아산화질소에서 발생합니다. 자동차의 배기 가스와 흡기 공기를 혼합하여 혼합기의 산소량을 줄이고 가연성도 감소시켜 연료가 더 낮은 온도에서 연소되도록 합니다. 대부분의 EGR 시스템에서 배기 가스는 가스와 혼합되기 전에 냉각됩니다. 따라서 배기 가스와 혼합된 연료는 더 차갑게 연소하고 N2O를 생성할 가능성이 적습니다. 낮은 온도는 연비에도 도움이 됩니다. 연료가 폭발하기 쉽지 않기 때문에 최신 엔진을 위한 소프트웨어 타이밍 루틴을 작성하는 프로그래머는 엔진 타이밍의 정밀도를 더 잘 제어할 수 있습니다. 낮은 온도는 또한 열 전달 에너지 손실을 방지하는 데 도움이 됩니다. 즉, 더 많은 자동차 에너지가 바퀴에 동력을 제공하는 데 사용됩니다.
우리가 보았듯이 재순환 배기는 연료 효율성을 높이고 오염을 줄일 수 있습니다. 하지만 전기를 생산할 수도 있다는 사실을 알고 계셨습니까? 다음 페이지에서 그 개념을 살펴보겠습니다.
열전 재료 , 이름에서 알 수 있듯이 전기에서 열을 생산할 수 있습니다. 이 물질은 1821년 독일 물리학자 Thomas Seebeck에 의해 발견되었습니다. 일반적으로 자동차 엔지니어가 사용하기에는 너무 비싸고 비효율적이었지만 상황이 바뀌기 시작했습니다. 미국 에너지부는 자동차에 사용할 수 있는 실용적인 열전 시스템 개발 자금 지원에 관심을 표명했습니다.
자동차에는 라디에이터, 엔진 등 낭비되는 열의 원인이 많지만 가장 큰 원인은 아마도 배기가스일 것입니다. 대부분의 자동차가 이미 EGR 루프에서 배기 가스를 재순환하고 이 기술이 미래에 훨씬 더 중요할 것이라는 점을 감안할 때 이것은 낭비되는 열을 포착하고 열전 장치를 사용하여 전기로 변환할 수 있는 이상적인 기회를 제공합니다. 이 전기는 자동차의 전기 시스템에 전력을 공급하고 배터리를 재충전하는 데 사용될 수 있으며 아마도 가장 중요한 것은 하이브리드 및 플러그인 배터리 전기 자동차에서 전기 모터를 작동시키는 것입니다. 이것은 여러 기술의 거의 완벽한 결합이며 연료와 혼합되기 전에 배기 가스를 추가로 냉각시켜 아산화질소 배출을 줄이는 데 도움이 되는 부작용이 있습니다.
모든 유형의 자동차가 이 열전 부스트의 이점을 얻을 수 있지만 다시 한 번 하이브리드 차량에 적용할 때 가장 유용할 것입니다. 전기 모터를 구동하는 배터리를 보완하여 범위를 확장하고 해당 배터리를 재충전하는 데 필요한 시간을 줄일 수 있습니다.
배기 재순환 및 열전 발전과 같은 연료 효율적이고 공해가 적은 기술의 개발은 화석 연료를 거의 사용하지 않거나 전혀 사용하지 않을 미래의 자동차를 가능하게 할 것입니다. 화석 연료가 고갈되고 오염이 지구의 대기와 기후에 심각한 피해를 주기 전에 지금 이러한 기술을 개발하는 것이 중요합니다.
