내연기관의 역사와 그 미래

소개글

내연기관의 역사와 그 미래에 대한 보고서 자료입니다.

목차

⑴ 증기자동차의 출현
⑵ 전기자동차의 역사
⑶ 가솔린 및 경유 내연기관
⑷ 대체연료
㈀ 수소(Hydrogen)
㈁ CNG(Compressed Natural Gas) or NGV(Natural Gas Vehicle)
㈂ Alcohol계 연료
㈃ Bio-Diesel
⑸ 에탄올
(6) 하이브리드 자동차
㈀ 하이브리드 자동차의 종류
㈁ 하이드브리드 자동차의 구조
㈂ 하이브리드 자동차의 동작 매커니즘
㈃ 하이브리드 자동차의 장점
㈄ 하이브리드 자동차의 과제
(7)Fuel Cell
(ㄱ)Fuel Cell의 종류
(ㄴ)Hydrogen
(ㄷ)Fuel Cell의 장단점
(ㄹ)Fuel Cell Vehicle간의 비교

본문내용

대체연료들에 대해 장단점을 살펴보기로 한다.
㈀ 수소(Hydrogen)
수소 자동차의 가장 큰 특징은 배출가스가 전혀 유해하지 않은 라는 것이다. 물론 이는 이상적인 경우이며 실제로는 등이 발생을 하기도 한다. 하지만 지구 온난화의 주범인 등의 배출을 획기적으로 줄일 수 있다는 점에서 한때 큰 관심을 받았다.
또한 높은 옥탄가로 인해 기관의 열역학적 효율을 매우 높일 수 있다는 점은 고성능 수소연료 기관의 가능성을 제시하기도 하였다. 수소는 지구상의 물이나 화석연료 등에서 추출할 수 있다. 물에서 수소를 얻을 수 있다는 점은 추출 방법을 고려하기 이전에 너무나도 큰 매력이 아닐 수 없다. 또한 수소는 지구상에서 가장 가벼운 물질이기 때문에 누출이 일어나도 바로 대기 중으로 날아가므로 안전성 및 안정성 면에서도 많은 잇점을 지니고 있다. 하지만 고압으로 압축하여 액화시켜 보관해야 하는 이유로 저장용기의 개발이 간단하지 않은 문제이며 연료의 재주입이 쉽지 않다는 등의 문제를 극복해야 한다. 액화 수소탱크에 또 다른 액화수소를 주입하기 위해 800bar 이상의 고압으로 액화수소를 가압시키는 것은 그리 간단한 문제가 아니다.
결정적으로 수소는 낮은 밀도로 인해 체적효율이 매우 나쁘다. 비록 높은 옥탄가로 인해 열효율을 높일 수는 있지만 낮은 체적효율로 인해 전체적인 출력을 높이는데는 한계가 있는 것이 사실이다. 이 밖에도 폭발의 위험성은 수소의 사용을 꺼리게 되는 이유이다. 가볍기 때문에 누출이 되어도 공기 중으로 금새 날아가지만 제한된 공간에서 부득이하게 수소가 갖힌 경우 그 위험성은 너무도 크기 때문에 양날의 검이라고 할 수 있다.
㈁ CNG(Compressed Natural Gas) or NGV(Natural Gas Vehicle)
CNG 또는 NGV는 메이커의 상표에 가깝다. 최근 버스등에서 자주 볼 수 있는 이 두가지 연료는 모두 한가지 개념이며 다시 말해 천연가스를 사용한다는 것을 의미한다.
천연가스는 수소와 마찬가지로 옥탄가가 매우 높아 120을 상회한다. 이로서 높은 열효율을 얻을 수 있는 공통의 장점이 있다. 휘발유와 디젤엔진에 비해 배출가스가 적게 나온다는 장점이 있으며 천연가스 자체가 세계적으로 고른 매장 분포를 보인다는 점에서 지금과 같은 연료전쟁의 문제는 다소 완화될 수 있다. 그러나 현재 공급선이 정착되어 있지 못하다는 점과 연료의 에너지 밀도가 낮다는 점이 문제로 꼽힌다. 수소와 마찬가지로 액화하여 저장해야 하기 때문에 저장용기의 문제가 발생한다. 물론 수소의 경우처럼 초고압의 액화는 아니지만 액화 후 밀도가 낮은 문제로 인해 가솔린 대비 같은 양의 일을 뽑아 내기 위해 상대적으로 40%~50% 이상의 연료탱크가 필요하다. 이는 공간상 제약이 큰 승용차에서 상대적으로 짧은 주행거리를 의미하게 된다. 연료의 재주유시 필요한 시간이 가솔린과 같은 액화연료에 비해 긴 편이지만 이보다 더 문제는 연료의 균질성을 들 수 있을 것이다. 채취 지역에 따른 연료의 성분편차가 가솔린이나 경유보다 불규칙하다는 점은 자동차 메이커의 고민거리로 남게 된다.
㈂ Alcohol계 연료
알콜계 연료의 가장 큰 특징은 연료의 자원, 즉 source가 상당히 다양하다는 점을 들 수 있다. 또한 알콜 연료 연소시 발생하는 등의 배출가스는 이미 알콜등의 근원지인 식물이 대기중에서 흡수한 것이라는 점에서 지구상의 전체적인 가스량이 늘지 않는다는 점이다. 이는 냉정히 평가하여 반쪽짜리 친 환경적 연료라고 비하할 수 도 있지만 최소한 더 이상 추가적인 온실가스를 배출하지 않는다는 점을 결코 간과할 수는 없을 것이다.
대체로 알콜계 연료들은 옥탄가가 높은 편이다. 또한 기존의 가솔린 및 경유 엔진에 비해 전체적으로 배출가스의 양이 적은 편이라 할 수 있다. 이 밖에도 유황의 성분이 낮아 이산화황등의 산성비 원인 물질의 배출양이 상대적으로 줄어든다.
이후 보다 상세히 설명하겠지만 메탄올과 에탄올로 대표되는 알콜계 연료는 그 단독으로 사용하기 보다 기존 전통적인 내연기관과의 호환성을 고려하여 10%~85% 정도의 비율로 혼합하여 사용한다. 이로서 휘발유의 사용량을 상당량 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
위에 언급한 대체연료중에서 가장 상용화가 쉬운 연료중의 하나인 알콜계 연료가 난항을 겪는 이유는 다음과 같다.
우선 낮은 에너지 밀도 (HV=20050KJ/Kg)을 들 수 있다. 앞서 수소 및 천연가스의 경우와는 다소 다른 경우이지만 결과적으로 제한된 저장용기를 고려할 때 자동차의 주행거리가 단축되는 영향을 끼친다. 실례로 가솔린 자동차에 비해 동급의 메탄올 혹은 에탄올 자동차의 경우 주행거리가 40%~60% 수준임을 감안할 때 국내는 물론 미국과 같은 훨씬 더 넓은 국가에서 상용화하기에는 무리가 있을 수 밖에 없다. 지금의 주유소보다 더 촘촘한 간격으로 공급선을 마련하기란 쉬운 일이 아니기 때문이다.
그러다 이보다 더 어려운 문제는 바로 수분이다. 연료가 수용성을 띈다는 점은 엔진에 치명적이기 때문이다. 이는 공기와의 혼합가스가 불안정하다는 것을 의미한다. 따라서 연소의 불균일문제가 대두된다. 대체 연료는 기존의 연료 및 엔진 시스템을 그대로 사용할 때 의미가 있다는 점에서 알콜계 연료가 극복해야 할 문제가 있다. 연료시스템에 사용되는 고무 부싱 및 호스등을 녹이는 성질이 첫 번째이고 앞서 설명한 대로 휘발유와 섞어 사용한다는 점에서 두개의 연료탱크를 사용해야 한다는 점이다.
물론 알콜계 연료를 사용할 수 있는 전용자동차로 설계, 제작이 된다면 그리 어려운 문제는 아니지만 기존의 자동차에 바로 적용하기에는 쉽지 않은 문제가 될 것이다.
화학적으로는 알데하이드의 생성이 문제가 된다. 알데하이드는 마취의 효과를 지니는 화학물질로서 운전자에게 치명적인 위해요소가 될 수 있다. 이와 비슷한 예로 자동차 경주에서 NO 가스를 사용하는 경우가 있지만 이는 매우 위험하다. 엔진 배기가스에서 배출되는 질소산화물의 일부가 객실내로 유입이 되어 운전자가 실신할 위험성이 있기 때문에 현재 불법으로 간주되고 있다.
㈃ Bio-Diesel
올 6월부터 우리나라에도 바이오 디젤이 시판되었다. 이에

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