자동차공학)엔진의 연료 (가솔린)

자동차용 연로에는 가솔린, 경유, LPG 및 천연가스가 있다. 가솔린, 경유, LPG 중 가솔린에 대하여 알아보자. 자동차의 사용조건은 주위 대기온도가 -30도에서 40도이고, 압력은 0.5 ~1 atm 정도이다. 이런 폭 넓은 조건하에서 자동차의 성능을 충분히 발휘하기 위해서는 연료의 품질도 매우 중요하다.

1. 가솔린

자동차는 추운 겨울에도 시동하기 좋게 연료의 기화성이 좋아햐 한다. 또 더운 여름철에는 연료 파이프에서 베이퍼 록 현상이 일어나지 않도록 기화성이 너무 좋아도 안된다. 따라서 가솔린은 품질기준으로 적당한 휘발성과 옥탄가를 갖도록 증유성상이 규정되어 있다. 가솔린의 구비조건은 아래와 같다.

 

- 적당한 휘발서을 갖고 발열량이 높을 것

- 앤티녹성이 크고 부식성이 없으며 연소퇴적물의 생성이 어려울 것

- 배기정화장치에 악영향을 미치지 않을 것

 

우리나라에서는 보통 휘발유와 고급 휘발유의 2종이 판매되고 있으며, 차이점은 옥탄가와 육안으로 식별하기 쉽게 색만 다르고, 증유성상, 증기압, 납 함량, 올레핀 함량 등 나머지는 모두 동일하다.

 

휘발성 : 연료의 휘발성 평가는 ASTM증유법 (American Society for Testing Master-ials)과 평형공기증유법(equilibrium air distillation)의 2가지 방법이 있다. ASTM증유법에 사용되는 장치는 대기압하에서 연료의 증유과정을 조사하여 온도 10도마다 유출량을 측정하여 횡축에 유출량 %, 종축에 증유온도를 취하여 곡선으로 나타내어 표를 구성한다. 증유성상에 의해 10%의 온도가 높으면 한냉시의 시동이 잘 안되고, 너무 낮으면 더운 여름철에 베이퍼 록(vapour lock)이 발생하기 쉽다. 50%점부근의 증류 온도가 낮은 가솔린은 엔진 웜업(warm up)이 빠르고 가속성이 좋지만 퍼코러이션(percolation)을 일으키기 쉽다. 반대로 50%점이 높으면 웜업에 시간이 걸리고 급가속할 때 실화하기 쉬우며 가속성도 나쁘게 된다. 90%점이 낮은 가솔린은 윤활유를 희석시키기 쉽고 오일의 소비량이 증가하여 기관의 출력을 저하시키는 경향이 있다. 우리나라 휘발유 품질기준은 10%유출온도, 50%유출온도, 90%유출온도를 각각 70도 이하, 125도 이하, 175도 이하로 규정하고 있다.

 

베이퍼록 : 증기 폐쇄란 의미로서 연료의 휘발성이 너무 높으면 엔진으로부터 복사 및 열전달에 의해 연료 파이프내의 연료가 가열되어 가솔린의 증기압이 높아져 대기압 이상이 되면 연료증기가 발생하여 연료 흐름을 차단하는 현상이다.

 

퍼코레이션 : 고온에 의해 기화기 플로트실의 가솔린이 비등하여 혼합기가 과농해지는 현상을 말한다. 원인은 플로트실의 가솔린이 비등하여 발생한 기포가 메인 노즐에서 가솔린을 압출하는 것과 플로트실 내부의 가솔린 증기가 벤트 튜브를 통하여 기화기 내부로 유입되기 때문이다.

 

옥탄가 : 가솔린 엔진에서 이상연소, 녹킹(knocking)에 미치는 인자는 압축비, 연소실 모양 등 여러가지가 있으나, 그 중 녹킹을 일으키기 어려운 성질을 나타나는 연료의 앤티녹성이 가장 크게 영향을 미친다. 가솔린의 앤티녹성을 나타내는 척도가 옥탄가(octane number)이다. 옥탄가는 앤티녹성이 가장 큰 이소옥탄을 100으로 하고, 노킹을 일으키기 쉬운 노말 헵탄을 0으로 하여 이 두 연료를 혼합한 임의의 옥탄가의 표준 연료를 만들어서, 이것과 시험하려고 하는 연료의 노킹 발생 특성을 비교하여 그 연료의 옥탄가를 정한다. 예를 들어 이소옥탄 90%, 노말 헵탄 10%를 혼합한 표준 연료와 임의의 가솔린에 대하여 같은 압축비에서 같은 세기의 노킹을 발생시켰다면 이 연료의 옥탄가는 90이다. 현재 가솔린 엔진의 압축비는 9~11정도이고, 여기에 맞는 가솔린의 옥탄가는 91~94정도이다. 엔진의 압축비를 1정도 올리려면 옥탄가는 5~6정도 높여야 노킹을 피할 수 있다.