압축착화기관인 동력기관의 배기가스 성분을 설명하고 이를 감소하기 위한 대책 중 고압연료분사펌프의 사용에 대하여 설명하시오.

1) 동력기관의 배기가스 성분

- 디젤 엔진의 배기가스 성분 : 이상적 연소의 생성물은 CO2, H2O, O2, N2

  체적비 : N2 > CO2 , H2O > O2 > 기타

 

- 엔진부하가 증가하면서 이상적 연소 생성물인 CO2, H2O의 비율은 증가하고 O2는 비율 감소

- 오염물질 : CH(unburned hydrocarbons, 불연소 탄화수소), CO(일산화탄소), NOx, Sox, PM(Particulate matter, 미세먼지)

- 오염 물질 생성 이유 : 비이상적인 연소(불완전 연소, 다양한 물질의 추가 반응, 윤활유 연소, 탄화수소(CH) 이외 이물질의 연소)

 

2) 고압연료분사펌프의사용

- 장점 ;

① 단시간 (약 3/1,00초)에 다량의 연료를 분사시키므로 고출력을 내는데 유리하고 기관 증량 대 출력 비율이 다른 형식의 기관에 비해 월등히 향상되어 경량화에 크게 이바지하고 따라서 저연비 및 배기 가스 정화에 이바지함으로써 시대의 요구에 따른 방식이며 시장 요구 (needs)를 민감하게 포착한 방식이다.

② 연소실의 구조가 간단하기 때문에 냉각 면적이 적어 열효율 높고 따라서 연료 소비량도 다른 형식에 비하여 적다.

③ 실린더 헤드의 구조가 간단하기 때문에 열변형이 적다. 특히 큰 출력을 내는 기관에 적합하다.

④ 연소실 체적에 대한 표면적비가 작기 때문에 냉각 손실이 적다.

⑤ 시동이 용이하다. 흡기 매니폴드에 흡기 히터를 설치하면 냉각 시동이 용이해진다.

 

- 단점 :

고압 분사 방식에서는 연료와 공기를 혼합시켜 주는 것은 주로 분사 노즐에 의존하며 그밖에 피스톤 헤드부의 형상을 고려하여 그 와류를 이용하고 있다. 그 결과 다음과 같은 결점이 있다.

① 분사 압력이 상당히 고압 1,000(㎏/㎠) 이므로 분사 펌프, 노즐, 연료 파이프 등에는 이 압력에 대응하는 성능을 가질 필요가 있다.

② 다공식 노즐을 상용할 필요가 있으므로 가격이 비싸다.

③ 분사 노즐의 상태가 다소 변화하면 엔진의 성능이 크게 좌우된다.

④ 사용 연료의 변화에 대하여 민감하다.

⑤ 디젤 노크를 일으키기 쉽다.

⑥ 엔진의 회전수, 부하의 변화에 대하여 민감하다.

 

- CO2 & CO감소에는 유리하나 NOx는 오히려 증가 됨