영국 배스 대(University of Bath)의 연구자들과 영국의 다국적 자동차 제조업체인 재규어 랜드로버(Jaguar Land Rover)가 상당히 감소된 이산화탄소 배출량과 함께 향상된 성능을 가지는, 강력하고 고효율의 콘셉트 엔진(concept engine)을 개발하고 시험하였다.
자동차 산업은 전반적으로 더 높은 연료 효율성과 감소된 배출가스를 제공하는 엔진에 대한 소비자들의 수요를 충족시키는데 점점 더 집중하고 있다. 그러나 이러한 수요는 동력 전달, 성능, 차량 소음 등에 대한 타협 없이 달성되어야 한다.
배스 대의 연구자들이 최근에 엔진의 성능에 영향을 미치지 않고 엔진 크기와 이산화탄소 배출량을 줄이는 것이 가능하다는 것을 증명하였다. 실시된 시험에서 60퍼센트로 축소된 고압 강화된 2.0리터 휘발유 엔진은 이산화탄소의 배출량을 36퍼센트 정도 줄이면서 재규어가 현재 보유한 5.0 리터 V8 엔진의 성능을 유지하였다.
2010년에 시작된 420만 파운드의 `경제 초부흥 프로젝트(Ultraboost for Economy)`는 영국의 혁신 기관인 기술전략위원회(Technology Strategy Board)와 재규어 랜드로버, 로터스 엔지니어링(Lotus Engineering), 제너럴일렉트릭 프리시전 엔지니어링(GE Precision Engineering), 시디-아답코(CD-adapco), 셸(Shell) 등의 산업체 파트너들로부터 공동으로 연구 자금을 지원받았다.
기술전략위원회의 저탄소 자동차 혁신 플랫폼(Low Carbon Vehicles Innovation Platform)의 하나인 이 프로젝트는 자동차의 이산화탄소 배출량을 줄이려는 자동차업계 전반에 걸친 의무를 시연하였다.
배스 대의 동력 전달계 및 차량 연구 센터(PVRC: Powertrain and Vehicle Research Centre)는 실제 도로 상의 조건을 아주 가깝게 재현하는 통제된 환경에서 엔진 및 완전한 동력 전달계(power train: 클러치를 포함하여 미션, 추진축, 종감속장치, 엑슬축, 휠, 타이어 등 엔진의 발생 동력을 전달하는 일련의 동력전달장치) 시스템을 분석하고 최적화할 수 있는, 전 세계를 선도하는 자동차 연구 시설이다.
"산업체와 대학 사이의 흥미진진한 공동 연구는 휘발유 수준의 엔진 정교화를 디젤과 같은 연료 경제성과 결합하는 신개념을 만들기 위하여 공학, 설계, 연소 모델링 기술 등을 이용하였다. 배스 대의 최첨단 연구는 연료 효율성 측면에서 내연 기관 기술의 한계를 확장하고 있다"고 동력 전달계 및 차량 연구 센터(PVRC)의 센터장인 게리 홀리(Gary Hawley) 교수가 말했다.
"재규어 랜드로버에게 경제 초부흥 프로젝트(Ultraboost for Economy)는 주력인 연구 프로젝트이다. 배스 대의 동력 전달계 및 차량 연구 센터(PVRC)가 기여한 것은 극한 수준의 엔진 크기 축소(Engine Downsizing)를 달성하기 위하여 배가 시스템(booting system)과 열 시스템(thermal system)을 개발하는 것이었으며, 결과적으로 연료 경제성이 상당한 수준으로 향상되었다. 이제 우리는 이 프로젝트에서 배운 것을 결합하여 미래의 엔진 설계에 적용하는 가능성을 검토하고 있다"고 주된 산업체 파트너인 재규어 랜드로버의 동력 전달계 책임자인 론 리(Ron Lee)가 말했다.
앞으로 배스 대는 이 프로젝트를 더 발전시키기 위하여 이러한 콘셉트 엔진이 어떻게 이러한 목표를 달성하였는지를 조사하고, 엔진 연소 시스템에 집중하여 엔진 크기 축소 부문에서 남아있는 한계를 계속 탐색할 것이다.
별도의 사업으로 기술전략위원회의 스마트 제도(Smart Scheme)는 가변 구동 과급 기술(variable drive supercharging technology)인 V 과급 기술(V-Charge technology)을 최적화하고 이를 시장에 출시하도록 돕기 위하여 배스 대와 토로트락(Torotrak)의 공동 연구 프로젝트에 자금을 지원하고 있다.
18개월의 수행기간을 가진 이 프로젝트는 크기 축소된 최신의 휘발유 엔진을 시스템 수준에서 가변 과급기(variable supercharger)와 어떻게 결합할지를 조사할 것이다. 이 연구는 V 과급 장치(V-Charge unit)와의 상호작용을 조사하고, 양호한 저속 토크, 빠른 과도 응답, 우수한 연료 소비 등을 달성하기 위하여 성능을 최적화하는 목표를 가진다.
"V 과급 장치는 기계적인 가변 속도 구동을 가진 과급기를 사용하여 어떠한 엔진 속도에서도 거의 즉각적인 반응을 제공하여 엔진 크기 축소에 대한 주요한 장애물을 극복한다. 그리하여 소형 엔진이라도 더 큰 흡입 장치를 구비한 대형 엔진의 성능 감을 제공한다"고 토로트락의 프로그램 관리자인 앤드류 드 프레이타스(Andrew De Freitas)가 말했다.
"엔진 크기 축소는 승용차에서 표준이 되고 있다. 그러나 엔진 크기 축소를 심화하는데 있어 제한 사항 가운데 하나는 이러한 소형 엔진이 가지는 과도 성능 및 저속도 토크이다. 이 기술은 이러한 2가지 제한 사항을 극복하여 엔진의 크기를 현재 가능한 것보다 더 축소하도록 만들어야 한다. 이러한 혁신적인 기술에 대한 실험적 연구에 참여하게 되어서 매우 흥분된다"고 샘 아케허스트(Sam Akehurst) 박사가 견해를 밝혔다.
[관련 논문 서지 정보] Lewis, A. G. J., Akehurst, S., Brace, C. J., Copeland, C. D., Turner, J.W.G., Popplewell, A., Patel, R., Johnson, T.R., Darnton, N.J., Richardson, S., Bredda, S.W., Tudor, R.J., Bithell, C.I., Jackson, R., Remmert, S.M., Cracknell, R.F., Fernandes, J.X., Martinez-Botas, R., Romagnoli, A. and Burluka, A.A., 2014. "Ultra Boost for Economy : Extending the Limits of Extreme Engine Downsizing." SAE International Journal of Engines, Vol 1, No. 1, pp387-417, 2014, doi:10.4271/2014-01-1185.
키워드 : 엔진 , 미래의 자동차, 배기가스 배출
출처: KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
원문:
http://phys.org/news/2014-06-car-future-smaller-greener-powerful.html 제공:kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2014.07.14 15:30
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