< 엔진 연료 및 연소 >
1. 엔진 연료
자동차 엔진의 연료는 주로 화석 연료로 탄소(C)와 수소(H)의 화합물로 이루어진 파라핀계의 탄화수소 연료를 사용하며, 분자구조로 C(n)H(2n+2)로 된 체인 구조이다. 가솔린 엔진의 표준 연료는 이소 옥탄 C8H18이고, 디젤엔진의 표준 연료는 세탄(C16H34)이다.
1) 가솔린엔진의 연료
- 가솔린엔진 연료의 구비조건
기화성(휘발성)이 좋을 것 / 안티 노크성이 클 것 / 발열량이 클 것 /
부식이 없고 저장 안정성이 있을것 / 연소 퇴적물이 적을 것
- 가솔린 연료의 성질
a. 기화성 :
연료의 휘발성이 너무 좋으면 기관에서부터 복사, 열전달이 생겨서 연료관 또는 기화기가 가열되고 연료의 중기압이 높아져 대기압 이상이 되어 연료의 흐름이 막히게 되는 현상을 말한다.
b. 옥탄가 :
가솔린유의 안티-노크성을 나타내는 기준을 말한다
그리고 동일한 운전 조건에서 시험 연료로 운전한 경우와 이소옥탄으로 운전한 경우의 노크 한계에 있어서 지시 동력의 비를 백분율로 표시한다. 또한 옥탄가 100 이상에서는 이소옥탄만으로 계량할 수 없으므로 퍼포먼수를 사용한다.
c. 안티노크제 :
가솔린의 옥탄가를 높여 노크를 방지하기 위하여 연료에 혼합하는 첨가제를 말하며, 가장 널리 사용되는 것을 4 에틸 납이다.
2) 디젤엔진의 연료
- 디젤엔진 연료의 구비조건
적당한 점도를 가질 것 / 발화성이 좋을 것 / 불순물을 함유하지 않을 것
- 디젤엔진 연료의 성질
a. 발화성 :
발화 지연의 대소를 표시하기 위한 것으로 착화성의 양, 부를 결정하는 척도로 세탄가, 아닐린점, 디젤 지수 등이 있다.
b. 세탄가 :
디젤유의 발화성 또는 착화성을 정략적으로 표시하는 것을 말한다.
c. 아닐린 점 :
연료의 시료와 동일한 양의 순수한 아닐린의 혼합액을 가열하여 완전히 용해하는 최저온도로 표시한다.
d. 불순물
연료 중에 카본, 유황, 먼지 등이 적게 함유되어야 한다.
2. 연료 장치
연료 장치는 연료탱크의 연료를 연료공급 장치까지 보내는 일련의 장치를 말하며, 연료공급장치는 기화기를 이용하는 것과 분사장치를 이용하는 것이 있다. 기화기식은 기계식과 전자 제어식으로 나누어지며, 현재 자동차용으로는 일부 자동차에서 전자 제어식의 피드백 기화기가 사용되고 있다. 우리나라에서 생산되는 거의 대부분의 가솔린 엔진 자동차는 전자제어 연료 분사식이 채용되고 있다.
연료 장치의 구성은 연료탱크, 연료 중에 존재하는 찌꺼기 등을 불순물을 걸려주는 연료필터, 연료탱크 내의 연료를 연료공급 장치에 압송하는 연료펌프 및 연료를 공기와 혼합하여 실린더로 공급하기 위한 연료공급 장치 등으로 구성되어 있다.
연료공급 장치의 역할은 가장 적절한 연료와 공기의 혼합비를 조정하고, 엔진의 부하에 따라 혼합기의 양을 조절하며, 연료의 미립화에 의한 무화 혼합을 향상시켜 연소가 진행되도록 한다.
- 가솔린 엔진
a. 기화기의 원리
기화기는 유체의 유동에 관한 베르누이의 정리를 응용한다. 이는 유체가 흐르는 통로에 단면적이 작은 부분이 있을 때, 이 좁은 부분을 지나는 유체의 속도가 빨라지고, 압력은 낮아지는 원리를 이용한 것이다.
b. 기화기의 구성
기화기의 구성은 뜨개 및 니들 밸브 / 벤추리, 제트, 에어블리드 / 미터링로드, 펌프, 노즐 / 공기량을 조절하는 초크 밸브, 혼합기의 양을 조절 하는 드로틀 밸브 / 기타 보조장치로 되어 있다.
c. 기화기의 기본회로(6대 회로)
기화기는 그 동작 및 기능에 따라 기본적으로 다음과 같은 6대 회로로 구분된다.
*뜨개 회로 : 뜨개실 내의 연료 유면을 일정하게 유지하는 기능을 하며, 뜨개와 니들 밸브를 사용한다.
*공전 및 저속 회로 : 공회전 및 저속 운전 중일 때 연료의 공급 경로에 해당되는 것으로, 공전 포트와 저속 포트가 있다.
*고속 회로(부분부하 회로) : 저부하에서 작동하는 회로로 드로틀 밸브가 약간 열렸을 때의 경우이며, 연료공급은 저속 포트와 메인 노즐의 일부로 공급된다.
*고속 회로(전 부하 회로) : 고부하에서 작동하는 회로로 드로틀 밸브가 많이 열렸을 경우이며, 메인 노즐로부터 연료가 공급된다.
*가속 회로 : 급가속을 할 경우에 드로틀 밸브가 급격하게 열렸을 때 연료의 부족 현상 방지를 위하여 가속 펌프로 연료를 추가 공급하는 역할을 한다.
*초크 회로 : 겨울철 등 냉각 상태에서 동작하는 것으로 농후한 공기-연료비를 형성 해 시동을 쉽게 해 준다.
d. 전자제어 가솔린 분사 장치
*목적
가솔린 엔진에서 실린더에 공급되는 혼합기는 기관의 여러 조건(유해 배출가스의 감소, 연료소비량의 감소, 출력 향상 등)을 만족시키기 위하여 고정밀도의 제어를 필요로 한다.
혼합기의 형성방법으로 기화기를 사용할 경우 모든 운전조건에 적응하는 혼합기의 생성에 한계가 있으므로 기관의 작동상태에 필요로 하는 공기-연료의 혼합기를 가장 최적의 상태로 공급할 수 있는 것이 전자제어 연료 분사 장치이다.
가솔린 분사 방법에는 실린더 내에서 직접 분사하는 직접분사식 / 흡기관에서 분사하는 흡기관 분사식이 있다.
*분류
> 연료분사 제어 방식
제어 방식으로는 연료분사 압력을 조절하여 연속 분사를 행하는 기계식과 연료분사 시간을 조절하여 간헐 분사를 행하는 전자 제어 식이 있다. 전자 제어식은 흡입 공기량을 측정하여 이 공기량에 맞는 연료량을 분사하는 방법인데 다음과 같은 종류가 있다.
@Mono-jetronic (SPI, TBI) :
흡기 다기관 입구 또는 드로틀 밸브의 몸체에 연료를 분사하여 각 실린더로 분배된다
@D-jetronic :
흡입 공기량을 간접 계측하는 방법으로 흡기 다기관에 부압 센서를 설치하여 흡기 다기관의 진공도에 의해 공기량을 측정하는 방식이다.
@L-jetronic :
흡입 공기량을 직접 측정하는 방법으로 공기 계량기를 설치하여 질량 유량 또는 체적 유량을 직접 측정한다.
@Motronic
연료분사와 점화시기를 동시 제어하는 방법으로 공기량을 측정하여 연료 분사량을 제어하고, 또한 점화장치를 ECU가 동시에 저아한다.
> 인젝터의 설치 위치와 수
흡기 다기관의 입구 한 곳에 연료를 분사하여 각 실린더로 분배하는 SPI(Single Point Injection : 일점 분사)와 각 실린더의 흡기 밸브 직전에 연료를 분사하는 MPI (Multi Point Injection : 다점 분사)가 있다.
> 흡입 공기량 계측 방법
@직접 계측식
매스 플로우식으로 공기 계량기를 사용하여 측정하며, 베인식, 칼만 와류식, 열선식이 있다.
@ 간접 계측식
MAP(Manifold Absolute Pressure) 센서를 사용ㅎ여 흡기관의 부압과 엔진의 회전수를 기초로 하여 공기량을 측정하는 스피드 덴시티식과 드로틀 밸브의 열림 정도와 엔진의 회전수를 기초로 하여 공기량과 측정하는 드로틀 스피드 식이 있다.
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