가솔린엔진 화염전파와 점화시기, 혼합비의 관계

1)  혼합비와 화염전파의 관계

  동일 조건에서 공기과잉율이 낮을수록, 즉 연료가 농후할수록 화염전파속도는 높아진다. 이론공연비는 공기 14.7: 연료1인데 공기의 비율이 12로 낮아질 때까지 화염전파속도는 점점 빨라지다가 다시 떨어지게 된다.

  농후한 조건에서는 연료가 많다는 것을 의미하며, 투입되는 산소의 거의 100%가 연소에 사용되며 연소가 잘 된다는 것을 의미한다. 연소가 잘 되면 화염전파속도 역시 빨라지게된다. 하지만 이는 배출가스 증가로 이어지고 연비 역시 나빠지게 된다. 

 

 

2) 점화시기와 화염전파의 관계

 엔진의 회전속도가 빠를 때 화염전파속도 역시 빨라지게 된다. 따라서 점화시기와 화염전파 속도의 관계를 논할 때 엔진의 속도를 같이 봐야한다. 화염속도는 엔진의 회전속도가 상승할수록 빨라지므로 피스톤이 상사점을 지나는 부근에서 연소실의 최대 압력을 얻기 위해서는 엔진의 회전속도에 맞게 점화시기를 진각해야한다. 

 

 동일한 엔진 회전속도에서 점화시기가 너무 빠르면 피스톤이 상사점에 도달하기 전 연소가 이뤄지게 되고 연소가 비정상적으로 진행되어 최대압력이 상승하고, 동시에 격렬한 압력 변동을 수반하게 된다. 이로 인해 발생되는 현상이 바로 노킹이다. 반면 점화시기가 너무 늦으면 피스톤이 상사점을 지나 하사점 방향으로 갈 때 연소가 이뤄지게 된다. 연소실 체적이 클 때 연소가 일어나며 피스톤에 작용하는 압력이 낮아지고, 엔진의 출력도 낮아지게 된다. 따라서 점화시기가 늦는 것은 화염전파 속도에 좋지 않다. 

 

 

관련 문항: (차량기술사 2021년 123회차 1교시 3번 문제)

가솔린엔진 연소에서 점화시기와 혼합비가 화염전파에 미치는 영향을 설명하시오.