디젤기관의 연소과정, 노킹, Soot

1. 디젤 기관의 연소과정

< 디젤기관의 연소곡선도 >

 

1) 착화지연 기간 : A-B

• 연료가 분사되고 실린더 내에 압축공기에 의해 가열되어 연소를 일으킬때까지의 기간(1/20 ~ 1/100초)
• 이 기간이 길면 노크 발생
• 착화지연 관련 요소 : (a) 연료 착화성, (b) 실린더 내부 온도, (c) 연료의 미립도, (d) 분사상태, (e) 공기와류

2) 폭발연소 기간(급격연소 기간) : B-C

• 착화지연 기간동안 분사된 연료가 동시에 연소되어 실린더 내 압력을 급상승 시키는 과정(정적연소)
• 실린더 내의 온도가 높으므로 연료의 착화지연 기간이 극히 짧아진다.
• 연료분사량이 많아져 압력이 급상승하고, 압력파가 발생하여 디젤 노트가 된다.

3) 직접연소 기간(제어연소 기간) : C-D

• 연료가 계속 분사됨과 동시에 연소하는 기간(C-D 압력변화를 분사량의 가감으로 조정)
• 분사된 연료가 공기부족으로 연소되지 못하고 억제되어 실린더 내로 확산되는 구간 

4) 후 연소 기간(After burning) : D-E

• D점에서 분사완료, 연소는 계속
• 공기 부족으로 불완전 연소된 연료가 공기와 혼합되어 연소되는 구간
• 후연소기간이 길면 배기온도가 상승하여 열효율 저하

 

 

 

2. 디젤 기관의 노킹

• 착화지연으로 인해, 연료의 일시점화로 기관내 압력과 온도가 급상승하여 비정상적인 압력파가 발생하는 현상

1) 영향

    (a) 출력 저하

    (b) 기관 가열

    (c) 기관 소손

 

2) 방지책

    (a). 상사점(TDC) 부근에서 연료를 분사한다.

    (b). 착화지연 시간을 짧게 

    (c). 공기의 실린더 내 와류를 유도한다.

    (d). 실린더 체적을 증가시킨다.

    (e). 세탄가가 높은 연료를 사용한다.(착화를 빠르게)

    (f).  냉각수 온도를 올려 연소실 벽의 온도를 증가시킨다.

 

 

 

 

 

반응형

 

 

 

 

 

3. 디젤 기관의 Soot

• 내연기관에서 배출되는 매연 중 검은 미세한 입자상 물질(그을음)로, 산소가 부족한 상황에서 생성된다.
• 디젤 엔지의 고온·고압 상황에서 분사된 연료는 자기착화되어, 연료와 공기의 혼합이 재대로 이뤄지지 않은 상황에서 연소가 진행되므로 Soot 발생의 원인이 된다.
• Soot의 일부분은 피스톤 링에 고착되거나, 엔진오일에 희석되지만 대부분은 배기과정에서 배출된다.

 

1) 발생원인

    (a). 부적합한 연료 및 공기 혼합비

    (b). 부적합한 연료분사 시기

    (c). 긴 아이들링 시간

    (d). 피스톤링의 마모

    (e). 에어필터 막힘(공기 부족으로 당량비가 높아짐)

    (f).  저급연료의 사용

 

2) 영향

    (a). 기관내 점성 증가로 인한 엔진성능 및 출력저하

    (b). 슬러지 생성에 의한 오일흐름 저하 및 수명단축

    (c). 필터막힘에 의한 연비저하

    (d). 엔진 과열 및 수명저하

 

3) 방지책

    (a). 배출물 생성 저감 방법

          - 균일 예혼합 압축착화(HCCI : Homogeneous compression ignition)

          - 저온 연소(LTC : Low temperature combustion)

          - 배기 재순환(EGR)

 

    (b). 후 처리 방법

          - 매연 저감 장치(DPF)   

          - 선택적 촉매변환 시스템(SCR)

 

 

 

 

4. 가솔린 기관의 노킹

- 가솔린 기관의 노킹은 압축비가 높거나 기관이 가열되었을 때 정상연소와 다른 굉음과 진동이 발생하고, 배기관으로 흑연과 불꽃을 토출하여 출력이 저하된다.

  * 노크 발생시 화염전파 속도는 300~2,000m/s (정상속도 : 15~25m/s)

 

1) 발생원인

    (a). 흡기 온도와 압력(평균제동 유효압력)이 높을 때

    (b). 실린더의 과열

    (c). 기관이 저속으로 화염전파 속도가 느릴때(연소실 모양의 불량)

    (d). 점화시기가 빠를 때

    (e). 혼합비가 농후(약12.5 : 1)할 때

 

2) 영향

    (a). 연소실의 온도상승 및 배기온도 강하

    (b). 평균 유효압력의 감소

    (c). 유효 일량 감소(프리-이그니션 발생)

    (d). 금속성 타음의 발생 및 기관 각 부분의 응력 증가

    (e). 배기색 변색(노크시 갈색, 흑색)

 

3) 방지책

    (a). 착화지연이 큰 연료를 사용(고옥탄가)한다.

    (b). 화염전파 거리를 짧게 한다.(화염전파속도 향상)

    (c). 냉각수나 급기 온도를 낮춘다.

    (d). 회전수를 증가한다.

    (e). 혼합비는 12.5를 기준으로 희박하게 한다.

    (f). 교축밸브를 교축시킨다.

    (g). 연소 말기의 혼합 가스온도를 저하시켜 자연발화를 억제한다.