자동차공학)엔진의 연소 (디젤)

디젤 엔진의 연소에 대하여 알아보자.

디젤 엔진은 대기압하의 공기를 교축함이 없이 실린더 내로 흡입 압축하고, 고온 고압이된 공기중으로 연료를 분사하여 연소시키는 압축착화기관이다. 디젤 엔진은 공기를 교축하지 않으므로 흡입 공기량이 항상 일정하여 부하의 조절은 연료의 분사량으로 행하는데 대하여, 가솔린 엔진은 교축밸브(Throttle vavle)의 개도에 의한 흐빕 공기량을 조절하여 행하고 있다.

 

디젤 엔진의 연소 과정 : 디젤기관의 압축비는 일반적으로 16~23:1로서 압축행정말기의 공기압력은 40~50기압, 온도는 500~700도 까지 상승한다. 경유의 자연 발화온도는 200~300 정도 이므로 이곳에 연료를 분사하면 자연착화가 일어난다.

 

착화지연기간 : 디젤 엔진에서 가솔린 엔진의 점화시기에 상당하는 것은 연료분사시기이다. 연료는 피스톤이 상사점에 도달하기 전에 높은 분사압력으로 수개(직분식인 경우. 4~7개)의 분사공으로부터 연소실 ㄴ로 분사된다 분무상의 연료는 증발하여 공기와의 혼합기를 형성한 후 자발화 온도에 도달한다(물리적 지연기간). 자발화 온도에 도달한 혼합기는 서로 반응하여 자연착화가 일어난다. 이 기간을 화학적 지연기간이라 한다. 분사 개시부터 자연착화에 이르기까지 1~6ms을 착화지연기간이라 한다.

 

급격연소기간 : 연료가 착화되면 그때까지 분사된 연료가 동시에 연소되어, 실린더 내의 압력은 급상승하고 고온이 된다. 착화지연기간이 길면 분사된 양이 많고, 이 양이 일시에 연소가 일어나게 되어 정상적인 경우보다 압력상승이 더욱 커진다. 이 현상을 디젤 녹이라 한다.

 

제어연소기간 : 실린더내는 연소가 진행되고 있고, 계속해서 상사점후 20~30도까지 분사된 연료는 착화지연기간이 짧아 분사와 동시에 연소하지만, 연소상태는 연료와 공기와의 상호 확산속도에 지배되는 확산연소를 행한다. 결국 이기간은 연료의 분사율이 그대로 연소율이 되므로 연료의 분사량으로 연소를 제어할 수 있어 제어연소기간이라 하고 주연소기간, 확산연소기간이라고도 한다. 

 

후기 연소 기간 : 연료가 분사가 완료된 후에는 연료, 공기 및 중간 생성물의 농도는 점차 감소하고, 분문가 밀집된 부분은 확산 및 공기유동에 의해 혼합기가 형성되어 연소를 계속하는 후연(after burning)의 상태가 된다. 후연은 유효한 일로 사용되지 못하고 배기온도를 높혀주는데 불과하다. 후연은 연료입자의 분산 또는 고나통도가 좋지 못한 데 기인되거나 노즐의 완전 닫힘의 불량에 따른 누설 또는 노즐의 마모, 분사시기가 늦일 때 일어나기 쉽다.

 

디젤 녹 : 디젤 엔진은 착화지연기간이 길어질수록 분사된 연료량이 많아 착화가 일어날 때는 일시에 많은 연료가 동시에 연소되므로 압력이 급격히 상승하게 된다. 그 결과 엔진은 충격력으로 급격히 진동하여 금속성의 소음이 발생한다. 이것을  을 디젤 녹(dissel knock)이라 한다. 따라서 디젤 녹의 발생기구는 가솔린 엔진의 노킹과 완전히 다르다. 디젤녹의 발생원인은 연료의 세탄가가 낮거나, 분사시기가 빠르거나, 엔진에 저온, 저속일 때 일어나기 쉽다. 따라서 디젤 녹을 방지하기 위해서는 착화지연을 가능한 한 짧게 하거나, 세탄가가 높은 연료를 사용하면 좋다.