내연기관 및 배기가스 측정실험

소개글

내연기관 및 배기가스 측정실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

▣ 엔진의 작동원리
가. 가솔린엔진
나. 디젤엔진

▣ 배기가스 제어장치
가. 촉매장치
나. EGR밸브(EGR:Exhaust Gas Recirculation)
2. 본론
나. 실험 시 주의사항

▣ 실험장치

▣ 실험결과와 고찰

본문내용

25°정도로 증가한다.
나. 디젤엔진
○ 디젤 기관은 가솔린엔진과 마찬가지로 기본적인 부품은 거의 같으나 크게 다른 점은 가솔린엔진에서 사용하는 저기 점화장치가 없고 대신 분사노즐과 인젝션펌프 등의 연료장치가 필요하다. 디젤엔진은 실린더에 공기만을 흡입하여 압축을 하는데 가솔린 엔진보도 높은 압축비로 실린더 내의 공기를 순간적으로 고온, 고압의 상태로 만들고 이때 압축이 최고점에 도달했을 때 분사노즐을 통해 실린더 내에 연료(경유)를 분사하면 연료는 공기의 온도에 의해 스스로 연소(자기착화)하게 되며, 그 팽창력으로 피스톤에 압력을 가하는 원리로 디젤엔진이 작동하게 된다. 이 때문에 디젤엔진이 가솔린 엔진에 비해 소음이나 진동이 크지만 가솔린엔진에 비해 힘이나 연비면 에서 좋다. 기존의 디젤 엔진은 기계식으로 연료분사시기 등을 제어 했는데 요즘 출시되는 엔진은 전자제어식으로 연료분사를 제어하여 엔진의 성능이 많이 좋아졌다.
연료장치
○ 연료분사펌프
소형트럭이나 승용디젤에 사용하는 연료분사펌프는 대형버스나 트럭에서 사용하는 펌프와는 조금 다르다.
대형차량에 사용하는 연료분사 펌프는 많은 량의 연료를 분사하기 위해 여러 가지 장치가 크고 복잡하며 분사펌프 본체 바깥에 부착되어있으나 소형디젤에 사용하는 분사펌프는 이러한 장치를 모두 펌프 하우징 안에 있어 부품수도 적고 크기도 소형이고 가벼운 점 때문에 소형 자동차의 디젤엔진에 많이 사용하고 있다.
정비업소 에서는 이장치를 인젝션펌프라고 하는데 오랜 기간 사용하다 보면 기계적인 부분의 마찰이나 진동으로 인해 문제가 발생하기도 하며 매연이나 출력저하 등의 원인이 되기도 한다.
○ 연료분사노즐
연료분사 노즐은 연료분사 펌프에서 압송된 고압의 연료를 연소시내에 가장 좋은 분무상태로 엔진의 연소실에 분사하는 역활을 한다. 노즐은 아주 미세한 구멍을 통해 연료를 분사하는데 노즐은 연소실내에 위치해서 고온고압의 상태일 때 연료가 분사되기 때문에 이러한 조건에서도 장시간 사용이 가능하도록 만들어 졌다.
하지만 노즐도 오랜 기간 사용하다보면 연소실에서 발생한 연소 중 카본이나 폭발 시 충격 등으로 인해 노즐에 손상이 되면 연료를 뿌려줄 때 분사 상태가 좋지 못하고 분사 후에도 노즐끝 부분에 연료가 맺히는 현상이 생겨 출력저하나 매연발생 등의 원인이 되기도 한다.
○ 연료여과기
연료여과기는 연료탱크와 분사펌프사이에 설치되어 연료 속에 포함되어 있는 불순물(먼지, 수분)등을 제거하는 역할을 한다.
디젤 엔진은 연료장치 중 분사펌프나 노즐과 같은 기계적인 작동이 많은 부분에 연료 자체가 윤활 역활도 하기 때문에 항상 깨끗한 연료가 공급되어야 한다.
또한 연료필터를 오랜 기간 방치해 두게 되면 연료라인의 연료가 원활하게 공급되지 못해 출력이 떨어지거나 매연 등의 원인이 될 수도 있다.
디젤 차량 특히 커먼레일 엔진은 연료라인에 수분이 들어가면 고장이 나게 된다. 연소실내부로 고압의 연료를 분사하는 과정에서 연료대신 수분이 들어가면 미세하고 정밀한 부품들이 녹이 슬거나 미세한 부품들의 마모로 인해 인젝터 등의 고장을 일으킨다. 디젤 차량은 수분경고등이 있는데 수분경고등이 들어오면 즉시 차량을 멈추고 연료필터에 있는 수분제거 콕크를 열어 수분을 빼주어야 한다. 이를 무시하고 계속주행을 하게 되면 엔진의 고장원인이 되기도 한다.
▣ 배기가스 제어장치
가. 촉매장치
○ 배기가스 제어 장치에는 배기가스 재순환 장치(EGR)와 촉매장치가 있다. 촉매란 자신의 상태는 변하지 않고 일정 조건하에서 반응 물질을 변화시키는 성질이 있는 물질로 산화촉매와 환원촉매 그리고 삼원촉매 등이 있다.
삼원촉매의 장착위치는 배기파이프의 중간 부분에 위치하며, 배기가스에 포함된 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOX)을 동시에 단일 촉매로 산화 및 환원을 통하여 배출가스를 정화하는 장치이다.
삼원촉매의 정화률을 높이기 위해서는 항상 공기와 연료의 혼합비를 이론공연비에 가깝게 하여야 한다. 그러므로 배기다기관에 산소센서를 설치하여 배출되는 연소가스 중의 산소의 농도차를 감지하고 이를 기준으로 항상 이론공연비에 가깝게 공연비를 유지한다.
또한 실화를 일으키게 되면 삼원촉매 장치가 과열되어 정화 능력이 감소되고, 특히 납성분이 포함된 유연 연료를 사용해서는 절대로 안된다.
나. EGR밸브(EGR:Exhaust Gas Recirculation)
○ 배기가스 재순환 장치(EGR:Exhaust Gas Recirculation)는 배기가스 중의 일부를 배기계에서 흡기계로 재순환시키고 공기와 연료의 혼합기에 혼합하여 연소실에 공급하는 시스템을 말한다. 배기가스를 재순환시키면 새 혼합기의 충진효율은 낮아지고 재순환된 불활성 가스(H2O, N2, CO2) 등이 많이 포함되어 있어 연소온도가 낮아지게 되어 질소산화물(NOX)의 생성을 억제시킬 수 있다. 즉 배기가스를 재순환시킴으로 질소산화물의 발생을 억제시키기 위해서 사용하는 것이 EGR 시스템이다.
적정량의 EGR은 펌프손실의 저감 및 연소가스 온도저하에 의한, 냉각수로의 방열손실 저감, 작동가스 조성에 의한 비열비의 증대에 따른, 사이클 효율 향상 등의 효과가 있으므로 점화시기를 적절히 제어하면 열효율 개선의 효과를 기대할수 있다. 그러나 EGR 량이 증가하면 연소의 안정도가 저하되고, HC의 발생이 증가되어 연비도 악화된다. 따라서 질소산화물의 배출량이 많은 엔진의 운전조건에서 적절량의 EGR을 제어하는 것이 필요하다.
EGR 제어시스템은 EGR 가스를 흡기계의 어느 위치로 주입하는 가에 따라 상류EGR, 하류EGR이 있다. 상류 EGR은 스로틀밸브의 상류에 주입하는 것으로 EGR 가스 취출구의 배압과 스로틀밸브 상류부 입구의 압력차에 의해 지배되어 혼합기와 EGR 가스를 거의 일정비율로 용이하게 제어할 수 있지만, 저온 시 수분이 스로틀밸브에서 결빙되는 현상이 일어나거나 오염물질이 퇴적되는 현상이 일어날 수 있으므로 주의가 필요하다. 하류 EGR은 저부하일수록 흡기 부압이 높게 되어 압력차가 커지기 때문에 EGR 율이 커지게 된다.
따라서 넓은 운전 조건에 적절헌 EGR 율을 요구하는데 불합리한 특성이 있기

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