'프리 피스톤' 엔진이 차세대 플러그인 하이브리드를 구동할 수 있는 이유

미래의 자동차 기술을 생각할 때 우리는 일반적으로 수소나 미래형 배터리의 전력 등 대체 연료를 떠올립니다. 미래는 실제로 새로운 형태의 내연 기관인 '프리 피스톤' 엔진이 될 수도 있습니다.

이 기술은 일반적으로 피스톤에서 동력을 전달하는 크랭크축을 압축실과 터보 임펠러로 대체하여 엔진의 형태를 근본적으로 바꿉니다. 자유 피스톤 엔진은 효율성을 근본적으로 향상시킬 수 있는 잠재력을 갖고 있습니다. 프로토타입이 없는 피스톤 엔진은 현재 생산 중인 어떤 엔진보다 이미 50~60% 더 효율적이며 훨씬 더 많은 가능성이 있습니다.

어떻게 작동하나요?

프리 피스톤은 내연 기관과 대부분 동일한 구성 요소를 가지고 있습니다. 주요 차이점은 연소력을 포착하는 방법입니다.

표준 엔진에서는 연료와 공기가 압축실에 분사되어 점화됩니다. 이 연소는 크랭크샤프트에 연결된 피스톤을 아래로 밀어냅니다. 자동차에서는 회전하는 크랭크샤프트의 에너지가 변속기를 통해 구동 휠로 전달됩니다.

자유 피스톤 엔진에서는 연소가 동일한 방식으로 발생하지만 크랭크축이 없습니다. 표면적으로는 피스톤이 실린더 내에서 덜거덕거리는 소리를 내는 채로 남아 있기 때문에 이것은 미친 것처럼 보입니다. 하지만 이것은 실제로 천재적인 뇌졸중입니다. 예, 말장난을 의도한 것입니다. 두 개의 실린더를 수평으로 마주보고 동시에 폭발시킴으로써 피스톤은 실린더 사이의 공기를 압축합니다. 이 공기는 터보차저처럼 보이는 압축기를 통해 파이프로 공급됩니다.

기술적으로 이 터빈에서 직접 차축을 구동하는 것이 가능하지만 실제로 이 터빈은 발전기를 구동하는 데 가장 적합합니다.

그러한 엔진에 대한 아이디어는 1807년부터 있었습니다. 동시 이동으로 인해 설계자는 지금까지 자유 피스톤 엔진을 최대한 활용하지 못했습니다.

이점들

그렇다면 이러한 어려움에도 불구하고 왜 귀찮게 합니까? 글쎄, 그것은 모두 효율성과 관련이 있습니다. 표준 내연기관에서는 열과 진동으로 인해 많은 전력이 손실됩니다. 현대 가솔린 엔진은 연소하는 연료의 위치 에너지 중 18~25%만 사용 가능한 에너지로 변환할 수 있습니다. 가장 효율적인 가솔린 엔진은 일시적으로 최대 35%까지 달성할 수 있지만, 그래도 이상적인 조건에서만 가능합니다.

프리 피스톤 시스템에 크랭크샤프트가 없다는 것은 효율성을 저해하는 진동과 마찰을 생성하는 지속적인 운동량 변화가 없음을 의미합니다. 이러한 장점은 2세기 동안 명백해졌지만 현대 기술의 정밀성과 함께 또 다른 장점이 있습니다. 바로 가변 압축비입니다.

연소실 크기의 크랭크샤프트를 사용하면 피스톤의 이동 길이가 고정됩니다. 현대의 실험적인 자유 피스톤 엔진에서는 챔버의 크기와 파워 스트로크의 길이가 즉석에서 변경될 수 있습니다. 혁명에서 혁명까지, 연소실의 크기를 이상적인 연료 공기에 맞게 조정하는 엔진 관리 장치 혼합물.

또한 이러한 가변성은 자유 피스톤 엔진이 수소부터 천연 가스까지 모든 것을 사용할 수 있게 해줄 것입니다. 사실, 이 엔진 중 하나가 싱글 몰트 스카치로 작동한다고 해도 나는 놀라지 않을 것입니다.

이러한 모든 특성 덕분에 프리 피스톤 엔진은 파워트레인 설계에 혁명을 일으킬 수 있는 온보드 발전기로서 이상적입니다.

진심으로, 언제 받을 수 있나요?

지금까지 두 개의 프로토타입 프리 피스톤 엔진이 작업 중입니다. 첫 번째는 당연히 독일 항공우주센터(DLR)의 독일 과학자/암흑 마술사로부터 나왔습니다.

"Freikolbenlineargenerator"라고 불리는 그들의 프로토타입은 독일인들이 유머 감각을 가지고 있는지 아닌지에 대한 증거인지는 확실하지 않지만 아직 개발 초기 단계에 있습니다. 그럼에도 불구하고 다른 파워트레인 엔지니어들이 꿈꿀 수 있는 종류의 성능을 제공할 것을 약속합니다.

Freikolbenlineargenerator는 서로 마주보는 실린더를 사용합니다. 이러한 피스톤 방향을 통해 일반적인 자유 피스톤 엔진보다 훨씬 더 컴팩트할 수 있습니다. 따라서 범위 확장기로 사용하기에 적합합니다.

예를 들어 쉐보레 볼트(Chevy Volt)를 예로 들어 보겠습니다. 배터리가 있고 전기로만 작동할 수 있습니다. 그러나 배터리가 방전되면 배터리를 재충전하고 시속 65마일 이상으로 자동차 자체를 추진할 수 있는 1.4리터 가솔린 엔진이 있습니다. 이것은 잘 작동하지만 불행하게도 작은 변위의 가스 엔진이라도 부피가 크고 무겁고 비용이 많이 듭니다.

Freikolbenlineargenerator는 동일한 작업을 수행할 수 있으며 자동차 바닥 아래에 장착할 수 있을 만큼 작기 때문에 케일과 같은 다른 것들을 위한 공간을 절약할 수 있습니다.

하지만 튜튼족 미친 과학자의 작업대에 있는 기적의 엔진은 실제 생산과는 거리가 멀죠?

음, 토요타도 탑승했습니다. 올 여름, 일본의 대형 자동차 제조업체는 자체 프리 피스톤 엔진, 즉 '선형 발전기'를 발표했습니다. Toyota 버전은 반대 쌍이 아닌 단일 실린더로 구성되어 지속적인 작동 시 42%의 열 효율을 달성할 수 있습니다. 정황. 이는 최적의 조건에서 순간적으로라도 어떤 생산 엔진이 달성할 수 있는 것보다 낫습니다.

Toyota의 엔진은 둘레가 8인치이고 길이가 2피트인 패키지에서 15마력을 생성할 수 있습니다. 이 중 두 개는 공간이 넓고 에너지를 절약할 수 있는 현대식 주행 거리 확장 차량의 배터리를 재충전하기에 충분할 것입니다. 독일의 기술도 대단하지만, 토요타의 엔진이 머지않아 프리우스에도 탑재될 수도 있다.

결론

순수 전기 또는 수소는 여전히 자동차의 장기적인 미래 에너지원임이 거의 확실합니다. 그러나 이들 기술 중 어느 것도 아직 준비가 되어 있지 않습니다. 전기가 가까이 다가왔지만, 자동차 소유를 열망하는 말 그대로 수십억 명의 중국과 인도 소비자는 말할 것도 없고 대부분의 미국 소비자에게는 여전히 너무 비싸다.

프리 피스톤 엔진은 내연기관의 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 중요한 가교 기술이 될 수 있습니다. 또한 거의 모든 가연성 물질을 태울 수 있는 능력 덕분에 전통적인 형태의 내연 기관보다 수명이 더 길 수도 있습니다. 기름진 걸레님.

Toyota와 같은 업계 거대 기업이 기술을 뒷받침하기로 결정하면 곧 양산 차량에 적용될 수 있습니다. 희망을 가지 자.

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