밀러 사이클의 이론적 고찰
Theoretical investigation of Miller cycle characteristics
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초록
열효율의 저하를 동반하는 배기 재순환(EGR, Exhaust Gas Recirculation), 선택적 촉매 환원 (SCR, Selective Catalytic Reduction) 등의 에미션(emission) 저감 방법과 달리 밀러(Miller) 사이클은 부가적인 장치 없이 에미션 저감과 열효율의 향상(밀러 효과)을 동시에 가능하게 한다는 점에서 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 밀러 사이클에 대한 이론적 고찰을 통해 밀러 적용에 따른 열효율의 변화와 그에 따른 과급의 필요성을 도출하고, 과급 효율과 온도 효율이 밀러 효과에 미치는 영향을 검토하였다. 또한 실제 사이클에서 밀러 적용 방법(Early Miller, Late Miller)에 따라 나타나는 밀러 효과의 차이를 비교하고 설계 인자의 영향을 고찰하여 실용성을 높일 수 있는 방안을 검토하였다. 흡입 밸브 닫힘 시기 조정을 통해아트킨슨(Atkinson) 사이클을 실용화한 밀러 사이클을 적용하기 위해서는 열효율을 보상하기 위한 과급과 압축 초기 온도의 감소를 위한 중간 냉각이 필수적으로 요구된다. 이 때, 과급 효율, 온도 효율의 향상은 밀러 사이클의 효용성을 증가시킨다. 실제 사이클에서는 밸브 개방 면적에 따른 영향, 충전 공기 팽창에 의한 냉각, 충전 공기의 역류 등의 영향에 따라Early Miller와 Late Miller의 효과에 차이가 있다는 것을 분명히 하였다. 엔진의 회전 속도에 따른 성능도 고찰되었다.
Abstract
De-NOx techniques such as Selective Catalytic Reduction(SCR), Exhaust Gas Recirculation(EGR) are known to decrease the thermal efficiency of engines. The Miller cycle has received attention for its role in emission reduction and thermal efficiency improvement without the use of any additional devices. This paper is devoted to the theoretical study of the Miller cycle. Miller effects with turbo- charging and intercooling are considered. In addition, for the application of the Miller cycle to real-world cycle, the difference between Early Miller and Late Miller is examined. Further, the effect of engine speed is investigated for the improvement of the Miller cycle functionality. The Miller cycle is a practical realization of the Atkinson cycle and various inlet valve close timing is used to adjust the effective compression ratio. IN addition, turbo-charging is required to compensate for the loss of thermal efficiency, followed by intercooling to chill the air. The improvement of turbo-charging efficiency and effectiveness of intercooler increases the utility of the Miller cycle. Early Miller and Late Miller have varying characteristics owing to the influence of the valve area, expansion of charged air, and the back flow of air, on a real-world cycle. The practicability of using Early Miller or Late Miller depending on the engine speed is investigated.
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