엔진의 출력을 향상시키기 위해선 제동평균유효압력, 총행정체적, 회전속도 이중 하나를
증가 또는 상승시키면 엔진의 출력은 상승한다
1.제동평균유효압력
총행정체적과 회전속도가 일정하다면 제동평균유효압력(이하 유효압력)을 상승하면 출력이
상승된다 그러나 압축비가 크지면 노킹으로부터 자유롭지가 못해 이도 한계가 있다
기계효율을 향상 시키기위해선 각 운동부의 마찰손실을 저감하는것 이외에 보기류의 구동수단
을 재검토하여 극력손실을 감소 하여야 한다
유효압력을 상승시키는 방법으로는
흡기의 압력을 높여 흡기의 비중량을 상승시키는것
흡기온도를 흡기구의 배치등을 수정하여 가급적 낮게 한다
압축비를 크게한다 다만 노킹을 유발할수 있으니 최고압력으로 기계적부하의 대용특성으로
엔진의 구조적인 면에서 장애를 일어키지 않으만큼 그 범위를 제한한다
공기과잉률 λ = 0.9 정도의 농후(진한) 혼합기를 사용한다
마찰손실을 최소화 하고 보기류동력을 최적화 함으로써 기계효율을 향상시킨다
배기밸브 직후의 배기 압력을 낮게하여 배기 가스의 잔류가스량을 감소 시킨다
흡, 배기때의 유동저항을 감소시켜 흡기유량의 증대와 고속때의 체적효율감소를 막는다
2.총행정체적의 증대
보어가 크면 흡/배기 밸브의 지름이 커질수 있고 밸브가 2개 일땐 밸브의 최대 지름이 0.5d이지만
4밸브로 하면 밸브수의 증가와 밸브의 지름도 0.4d로 할수 있어 2밸브엔진에 비해 약 30%정도의
밸부통로면적이 증가하여 고속시에 흡기의 체적효율 저하를 막을수 있다
<SOHC보다 DOHC가 고속에서 마력이 월등한 이유도 이와 같다>
또한 총행정체적을 늘리지 않고도 같은 효과를 내는것이 흡기유량의 증대를 하는것인데 이는 밸브수의 증가 이외에 유로의 저항을 저감시켜 흡기압력을 낮아지게 하는것이다
배기가스의 잔류량을 줄임으로써 통로벽의 온도상승을 막아 흡기유량을 증대 시키는 방법이외에 과급기를 사용하는 방법과 흡배기관내의 흡기유동의 동적효과(맥동효과)를 이용하여 체적효율을 향상기킨다 그러나 보어가 지나치게 크면 연소실이 표면적과 연소실의 체적의 비인 S/V가 커져서 냉각손실의 증대와 연소때 부분적으로 발생할수 있는 소염현상이 발생되어 연소효율이 낮아질뿐 아니라 미연소가스로 인한 탄화수소(HC) 증가의 원인이 된다
대체로 2L까지의 엔진은 4기통으로 하는것이 좋으며 그 이상으로 총행정체적이 증가하면 실린더 수를 늘리는 것이 엔진의 고속화를 도모하고 운전의 정숙성에 좋다
그런데 실린더의 수가 많아지면 각 실린더 사이의 냉각불균형이 생기고 보어가 작아지면 연소실 또한 작아져 연소가 빨리 종료되고 이로써 노킹의 유발이 쉽게 된다
3.회전속도의 증가
엔지의 회전속도를 증대시키면 출력은 회전속도에 비례하여 어느정도 상승한다
그러나 왕복운동엔진의 경우 회전속도가 커지면 연소에 따른 뮨제 이외에도 평균피스톤 속도가 커지고 왕복운동부의 관성력이 증대 되면서 밸브동작기구를 비롯한 마찰손실의 증가등 문제가 생긴다
회전속도의 증대에 따른 장애요인
연소가 악화된다
흡기효율이 저하된다
열부하가 커져 열적인 내구성이 악화된다
기계효율이 저하된다
진동이나 소음이 커지고 기계적 내구성이 악화된다
평균 피스톤 속도
흡기의 통로를 유동하는 가스의 유속이 음속에 달할때 초킹현상으로 인하여 유량이 증대되지 않는다 엔진의 경우 흡기관이나 흡기포트, 밸브 등을 통과 할때 유속이 음속에 달하지 않고 얼마만큼의 공기량을 흡입할수 있느냐가 중요하다
여기에 흡기의 유속은 피스톤속도에 의해 지배되고 또한 흡기밸브의 지름과 함께 흡기능력이 결정된다 엔진을 4밸브로 하고 실린더헤드를 반구형으로하여 보다 지름이 큰 밸브를 상용할 경우 평균피스톤속도가 커질수 있고 NA엔진의 출력향상은 이 평균피스톤속도를 높이는 기술에 따른 영향이 크다 엔진의 출력은 회전속도에 정비례하나 피스톤속도의 한계가 있으므로 배기량의 제한이 있을때 출력을 증대시키는 방법은 행정을 짧게하여 회전속도를 높이는 것이 유리하다
평균피스톤속도 = {2x행정(스트로크)x회전속도} / 60
= {행정(스트로크)x회전속도} / 30 [cm/s]
= {행정(스트로크)x회전속도} / 3000 [m/s]