가솔린 엔진의 약점을 극복하는 밀러 사이클 엔진

가솔린 엔진의 약점을 극복하는 방법을 찾다.

가솔린 엔진이 한 사이클을 도는 동안에 효율을 잃어버리게 하는 요소는 크게 3가지이다. 1) 진공 상태에서 흡기를 빨아들이는 펌핑, 2) 피스톤으로 공기를 압축하는 일, 3) 노킹이 일어날 수 있어서 가장 효율이 좋은 점화 시기보다 더 늦은 시점에 연소를 시작해야 하는 약점이 있다. 

Mazda 2.3 V6 Milenia 엔진 - 최초의 밀러 사이클 엔진

1993년 마쯔다에서 처음 선을 보인 밀러 사이클 엔진은 이 약점을 과급기와 흡기 밸브가 닫히는 타이밍을 조절하는 것으로 해결했다. 일단 공기를 흡기 관내에서 과급기를 통해 필요한 공기의 1.5배로 압축한다. 그 상태에서 흡기를 하니 굳이 진공에서 빨아 들일 필요가 없어 펌핑 손실이 줄어든다. 

자동차 엔진은 이렇게 작동한다. - 강주원님 자료 참조

보통의 가솔린 엔진은 흡기 행정이 끝나면 흡기 밸브를 닫고 압축 과정으로 넘어간다. 그러나 밀러 사이클 엔진에서는 1/5 지점까지는 밸브를 열어 둔 상태로 진행해서 압축 없이 진행해 준다. 남은 4/5 행정 동안은 밸브를 닫고 압축해주지만, 그만큼 과정이 줄어들고 최대 압축 압도 낮아서 압축 행정에 드는 에너지를 아낄 수 있다.

그리고 연소를 시작하는 시점에서의 온도와 압력이 낮은 것은 노킹이 발생할 위험을 줄일 수 있다. 그래서 점화 시기를 가장 효율이 좋은 MBT (Maximum Brake torque Timing)에 맞추어 튜닝할 수 있어 그만큼 효율이 증가한다. 일반적으로 밀러 사이클 엔진은 동급의 일반 엔진에 비해 10~15% 정도 연비가 개선된다고 알려져 있다. 

2015년 출시한 아우디 2.0 TFSI 엔진 - 밀러 사이클이 적용된 대표적인 엔진이다. 

대신 과급기가 붙고, 실린더로 들어온 연료와 공기가 다시 역류하는 과정에서 공기량 제어하는 것이 훨씬 복잡하기 때문에 배기가스 규제에 대응하는 것이 더 어려운 단점이 있다. 그러나 가변 밸브 타이밍 기술이 발전하면서 아우디를 비롯한 많은 차에 적용되고 있다.