자동차공학과, 자동차정비기능사 등 내연기관 필수과목 자동차기관 요점 40강. 희박연소 엔진 개요

40강. 희박연소 엔진 개요

 

희박연소 기관이란 기존의 기관 보다 연료 소비량을 감소시킬 목적으로 개발된 것이
며, 기존의 기관은 혼합비를 이론 혼합비 14.7 : 1의 상태에서 주로 연소시키도록 되어
있는데 비해 희박연소 기관은 이것보다 훨씬 희박한 혼합비(공연비)인 22 : 1상태에서
연소 할 수 있도록 한 형식이다. 즉 희박한 혼합비 상태에서도 작동이 가능하도록 흡
입 포트 2개중 1개의 포트를 개폐할 수 있는 매니폴드 스로틀밸브(M.T.V : manifold
throttle valve)를 설치하여 한쪽 흡입 통로를 닫으면 나머지 한쪽으로만 공기가 쏠려
들어가므로 흐름속도가 빨라지고 강한 와류(swirl)가 형성되므로 희박한 혼합비에서도
양호한 연소가 가능해 진다.
그러나 이러한 희박연소는 기관의 전체 작동영역에서 이루어지는 것이 아니며 또 희
박연소 상태에서는 회전력이 저하하고 연소할 때 질소산화물(NOx)의 발생이 증가하는
문제점이 있다. 이를 방지하기 위해 매니폴드 커플 촉매컨버터(MCC : manifold coupled catalytic converter)라 부르는 촉매컨버터보다 더욱 더 용량이 큰 크로스 커플 촉
매 컨버터(CCC : close coupled catalytic converter)를 배기 다기관에 가깝게 설치하
여 어느 정도 질소산화물 감소를 도모하고 있다.

위 그림은 희박연소 상태에서의 혼합비와 회전력 및 질소산화물과의 관계를 나타낸
것으로 회전력은 13.4 : 1 부근에서 가장 높게 나오고, 혼합비가 희박해지면 점차 감소 하는 것을 알 수 있다. 또 질소산화물은 16~18 : 1에서 가장 많이 배출되고 22 : 1 정도
가 되면 급격히 감소한다. 희박연소 기관의 장점은 다음과 같다.
① 일반 기관보다 연료 소비율 개선 효과가 11~12% 정도이다. - 희박 운전을 할 때
연료 소비율이 향상되는 이유는 펌핑손실(pumping loss)의 저하 및 연소 최고 온
도 감소에 의한 연소실에서의 냉각손실 감소에 기인한다.
② 질소 산화물이 70% 정도 저하한다.
③ 공전상태에서 매니폴드 스로틀밸브를 닫아 급속연소를 유도하면 공전속도를 700rpm정도까지 저하시킬 수 있으므로 연료 소비율이 향상되고 공전상태도 안정된다.