앳킨슨 사이클
Atkinson-cycle


앳킨슨사이클은 용적형내연기관을 기초로, 압축비보다도 팽창비를 크게하여 열효과를 개선한 내연기관의 일종이다. 제임스 앳킨슨에 의해 1882년 개발되었다.

기본원리

열역학제2법칙에 의하면, 열기관이 열에너지를 역학적 에너지로 변환할 때의 효율(열효율)은, 열에너지가 이동후의 온도차가 클수록 높다. 즉, 내연기관에서는 연소온도가 높게 배기온도가 낮을수록 효율이 높아진다. 팽창행정은 단열변화로 간주하기 때문에, 연소가스의 체적（≒上死点에 있어서의 용적）과 배기개시시의 체적（≒下死点에 있어서의 용적）의 비(팽창비)가 높을 수록 효율이 높아지는 것이 된다.

오토사이클에서는 흡기를 아북하는 용적부(압축비)와 팽창비는 같기 때문에, 압축비가 높을수록 열효율은 높아지지만, 통상의 가솔린엔진은 압축비를 너무 높게하면, 압축행정으로 혼합기가 과열하여 이상연소(노킹)가 발생하여버리기 때문에, 높아도 9-11의 범위로 억제하고 있다. 그 때문에, 팽창비 만으로 보다 열효율을 개선한 것이 앳킨슨 사이클이다.



구조

당초의 앳킨슨 사이클은 폐링크기구와 크랭크기구를 병용하여 상/하사점의 위치를 매 스트로그 때마다 변화시키는 것으로, 팽창비가 압축비보다도 커지는 상태를 실현했지만, 구조가 너무 복잡해지기 때문에, 고회전화가 곤란해서 최고출력의 향상에 한계가 있었기 때문에, 레시프로엔진의 주류로 되지 못했다. 실제로는 압축비를 14정도까지 높인 오토사이클에 대해, 흡기밸브가 닫히는 타이밍을 하사점의 전후에 겹치지 않도록 조정하는 것으로 실질적인 압축비를 작게 억제하여, 당초의 것과 동등의 원리를 재현한 것이 R.H.Miller에 의해 제한 되어, 미러사이클으로써 실용화되어있다. 오토사이클과의 차이점은 밸비의 캠형태만으로, 종래의 부품이 거의 그대로 사용할수 이쓴 큰 이점이 있다. 그러나 동일 배기량의 오토사이클과 비교하면, 흡입할수 있는 혼합기(=발생열량)이 제한되어버리기 때문에, 발생시킬수 있는 출력은 낮아져버린다. 이것을 보충하기 위해 과급기를 장치하는 것으로 기관중량대출력을 향상시킨것이 실용화 되어있다.

열기관의 사이클으로써 논할 경우, 미러사이클은 앳킨슨사이클로 포함시켜 생각할수 있지만, 내연기관으로써의 기구를 논하는 경우에는 구별된다.

응용예

거의 모든 극저속회전의 대형선박용 2스트로크기관 Uniflow scavenging Diesel engine에 사용되고 있다. 중소규모의 코제네레이션(2개 이상의 에너지를 만들어 내어 이용하는 시스템)용 가스발전기의 동력원으로써 응용이 진행되고 있다. 넓은 출력범위가 요구되는 자동차용의 엔진으로써는, Lysholm compressor와 편성하여 미러사이클엔진을 탑재한 마쯔다/유노스800과 전동기와 편성한 도요타 프리우스이외에, 가변밸브타이밍기구를 장치하여 비슷한 효과를 가지게 하는 BMW(밸브트로닉)이 있다.



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