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Ignition Control (7) --- 점화시기와 배출가스(Emissions)
공기와 가솔린 연료가 일정 혼합비율로 혼합되어 있는 혼합기 중에 전기적인 불꽃을 발생시켜 안정된 연소화염을 형성시키는 점화는 연소실 내에서 일어나는 동력의 발생과 매우 밀접한 연관성이 있습니다. 이 동력의 발생은 바로 연료가 가지고 있는 화학적 에너지를 열에너지로 변환시키는 연소과정에서 얻어지는 것입니다. 연소실 내부에서 일어나는 연소과정은 점화의 품질에 의해 영향을 많이 받습니다. 그러므로, 가솔린엔진에서 동일한 연료를 소모하면서 얻어내는 동력의 정도는 바로 점화의 품질에 의해서 결정됩니다. 점화의 품질은 점화에너지와 점화시기를 말합니다.
동일한 엔진에서 동일한 상태로 엔진이 운전된다고 하더라도 흡입공기의 온도나 밀도의 변동, 점화에너지의 미세한 차이, 실린더 내 혼합기의 유동 차이 등으로 인해 매 사이클마다 변동이 발생합니다. 이런 변동을 Cycle-to-cycle variation이라고 합니다. 점화의 품질 측면에서 충분한 에너지가 점화를 통하여 공급된다면 엔진의 폭발과정마다 존재하는 변동에도 불구하고 안정된 연소과정을 얻을 수 있고, 그 결과 배출가스 측면에서도 양호한 결과를 얻을 수 있습니다. 물론, 점화시스템에 공급되는 전기에너지가 동일하다고 하더라도 점화 현상은 점화플러그의 특성에 따라서도 달라질 수 있습니다. 예를 들면, 점화플러그의 전극 간격은 불꽃방전으로 형성시키는 초기 화염핵의 크기를 달라지게 합니다. 또, 전극의 모양이나 크기는 불꽃방전이 일어나는 위치나 열손실 정도를 달라지게 합니다. 이런 미세한 차이들이 모두 점화 품질에 영향을 줍니다. 결국 혼합기에 전달되는 점화에너지에 의해서 연소가 달라지고, 그 결과 연소현상의 결과물인 배출가스의 조성 또한 달라지는 것입니다.
점화 품질의 또 다른 측면인 점화시기도 배출가스와 연료 소모의 특성에 영향을 미칩니다. 그 영향을 아래 표에 정리합니다.
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점화 시기 진각(Advance) |
이 유 |
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HC |
HC 증가 |
점화시기를 진각할수록 배기가스의 온도가 낮아져서 미연연료가 후연소되지 않고 그대로 배출됨. |
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CO |
- |
기본적으로 CO의 발생은 공기-연료 혼합비에 의존함. |
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NOx |
NOx 증가 |
점화시기를 진각시키면 연소온도가 높아져서 NOx의 발생이 많아짐. |
연료 소모의 특성은 대체로 배출가스와는 반대의 경향을 보입니다. 점화시기 변화에 따른 연료 소모량 변화는 아래 그림과 같습니다. 혼합기가 연료가 농후한 경우에는 점화시기의 변화에 따른 연료소모량의 변동이 적지만, 희박영역에서는 점화시기 변화에 따라 연료소모량의 변동이 큽니다.
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