자연 흡기 엔진과 터보 차저 엔진의 체적효율 & 흡기유동손실....(펌)

[cabin(여승택)]

★자연 흡기 엔진과 터보 차저 엔진의 체적 효율.



고출력 엔진 튜닝에서 자연 흡기 엔진과 터보 엔진은 결과적으로 같은 목표를 지향한다.

그것은 일정한 배기 량에(행정 체적) 최대 연소 질량 획득을 위한 실 체적 효율 달성이다.

그것을 위해서는 자연 흡기 엔진은 하이 캠과 고회전화를 위한 설계가 크게 유효할 것이고(기타 후에 서술)

이에 비해 터보 엔진은 배기 가스의 압력,온도,운동 에너지로 터빈을 회전시켜

대기압 보다 높은 흡기 과급을 얻어 배기량,엔진 회전수에 비해 높은 체적 효율을 달성할 수 있다.





★자연 흡기 엔진의 특성.



터보 차저 엔진을 다루기 전에 자연 흡기 엔진의 이해가 필요하다.

그러기에 터보 차저 엔진을 써나가면서 자연스럽게 자연 흡기 엔진은 상응하여 비교,언급될 것이다.

엔진 cycle은 단순한 틀 같지만 많은 이해와 해석이 필요하다.

통상 엔진은 대기압 조건에서 작동하는 경우가 많을 것이다.

정해진 온도,밀도의 조건이라면 엔진 cycle에서 필요로 하는 연소 질량은 피스턴 운동에 의한 흡기 밸브 전,후의 압력 차이로 얻어 낸다고도 볼 수 있다.

자연 흡기 엔진에서 이상적인 실 체적 효율 조건은 흡기 밸브가 열렸을 때 실린더 압력이 대기압과 동일 해지는 것이다.

(관성 과급 효과로서 실린더 압력이 대기압 보다 높아질 수 있다)

그러나 실제는 흡기 측의 에어 필터,인테이크 파이프,스로틀 밸브(스파크 이그니션 엔진 경우),

인테이크 메니폴드,실린더 해드의 흡기 포트와 흡기 밸브등 유동 과정에서의 여러 압력 손실

(가장 큰 압력 손실은 흡기 밸브 열림,닫힘등 작동 조건 요구들과 밸브 형상, 그에 따른 유동 변화등 흡기 밸브 주변이다)

압축 행정 전 까지의 흡기 유동 과정에서 온도 상승 요인들, 고회전에서 유속의 증가

(정해진 유동 면적의 협단부에 의한 입 출구 압력 차이로),

밸브 오버 랩에 따른 배기 쪽의 잔류 가스와 압력등의 요인으로 흡기 행정 중의 실 체적 효율은 변화하며 감소한다.

실제 압축 행정은 흡기 밸브가 닫히는 시점에서 시작되는데 압축 시작점에서 얻어진 혼합기의 질량이 많을수록 연소 후 압력과 온도는 상승해서 엔진 출력은 커지게 된다.

흡기,배기 측의 튜닝이나 캠 작용각,리프트가 큰 하이 캠을 쓸 때 엔진 토크 영역대가 변화 됨을 알 수 있다.

토크는 사이클 당의 공기 량에 비례하므로 그것은 실린더 내의 유체 유동 패턴의 변화를 의미한다.

흡기 행정 중의 혼합기 유동 특성은 엔진 스피드,밸브 타이밍, 밸브 직경과 리프트 량,흡기 밸브 이전의 압력,밸브 오버 랩 중에 배기 압력,흡기,배기 메니폴드 형상등에 따라 크게 변화 한다.

관성,맥동,초킹등은 그것들을 추종하며 유동 패턴을 변화 시킨다.

단위 시간당 팽창 행정이 많은 고회전 영역대로 토크 커브를 이동시키면 출력이 증가한다.

그러나 고회전 토크 이동은 저회전 쪽으로는 체적 효율 저하, 실 압축비 감소,흡입 행정 시의 실린더 내 압력 감소

(부압의 방향으로,오버 랩 에서는 배기 밸브 근처는 대기압에 근접하는데-배기 행정 후반-부압 측인 흡기 밸브 측으로 압력의 지향성이 변화한다-유동 손실),

배기 잔류 가스의 증대. 실 압축비 저하에(=체적 효율 저하) 따른 연소 속도,화염 속도 저하등으로 토크가 떨어지게진다.

그외 고회전 토크형 엔진의 특성은 지면상 다음에 다루기로 하자.





글쓴이:김도범