연소실 내부에서 일어나는 일과 배기 밸브에서 무엇이 나오는지를 이해하는 것은 배기가스 또는 주행성을 해결하는 데 중요합니다. 문제. 그리고 현대식 엔진에서는 실화 및 배출 문제를 진단하는 것이 점점 더 어려워지고 있습니다. 점화 플러그가 연료에 점화되는 순간 무슨 일이 일어났고 어떤 일이 일어날지 이해해야 합니다. 또한 엔지니어가 완벽한 연소 현상을 만들려고 할 때 무슨 생각을 했는지 알아야 합니다.
내연기관은 결코 완벽할 수 없지만 우리는 매우 가까워지고 있습니다. 지난 25년 동안 엔진은 배기 가스뿐만 아니라 출력 면에서도 발전했습니다. 제작된 지 10년도 채 되지 않은 엔진은 오늘날 우리가 보고 있는 희박한 연소 현상으로 인해 파괴되었을 것입니다. 이것은 연료 인젝터 포트를 실린더로 이동하고 연소 이벤트를 완성함으로써 가능했습니다.
2016년 일부 자연 흡기 엔진의 압축비는 12:1입니다. 1964년 426 크라이슬러 HEMI의 압축비는 10.25:1에 불과했습니다. 1960년대 엔진 제작자는 12:1 압축비 엔진으로 HEMI를 만들 수 있었지만 "레이스 가스"가 필요했으며 기화기, 밸브 트레인 또는 점화 시스템의 오작동이 심장 박동에 엔진을 파괴할 가능성이 항상 있었습니다. 너무 희박하게 달리고 폭발 문제가 있는 경우. 최신 엔진에서 펌프 가스와 캐스트 피스톤으로 12:1을 달성할 수 있는 동시에 매우 낮은 배기 가스와 80,000마일 배기 가스 보증을 제공합니다.
무엇이 변경되었나요? 엔지니어들은 고속 카메라와 컴퓨터 모델 덕분에 연소실 내부에서 일어나는 일에 대해 그 어느 때보다 더 많이 알고 있습니다. 또한 마이크로프로세서의 컴퓨팅 속도는 15년 전보다 훨씬 빨라졌습니다. 모듈은 그 어느 때보다 더 많은 센서 입력을 처리하면서 스파크와 연료를 더 빠르게 변경할 수 있습니다. 이것은 거의 완벽한 연소 이벤트를 만들었습니다.
완벽한 내연기관 차량은 정확한 양의 연료와 공기를 연소실에 넣을 수 있습니다. 스파크 커널은 혼합물이 적절히 휘저어지고 피스톤이 올바른 위치에 있을 때 최고점에 도달합니다. 화염 전선은 고르게 퍼지고 난기류와 싸울 필요가 없습니다.
완전 연소가 발생하면 부산물로 물과 이산화탄소 외에는 아무 것도 얻을 수 없습니다. 연소되지 않은 연료나 산소는 없을 것입니다. 또한 적절한 온도에서 발생하므로 산화물(더 높은 온도에서 켜진 "과활성" 산소)이 질소 및 탄소와 결합하여 산화질소(NOx) 및 일산화탄소(CO)를 형성하지 않습니다. 이 완벽한 자동차에는 배기가스 제어 장치가 필요하지 않습니다.
우리는 아직 거기에 없기 때문에 배기 가스 재순환 시스템(EGR), 2차 공기 분사 및 촉매 변환기가 있습니다.
이론적으로 점화 플러그는 100년 동안 바뀌지 않았습니다. 실제로는 엔진에서 가장 진화된 구성 요소 중 하나입니다. 오늘날의 현대식 엔진에서는 스파크가 생성되는 영역이 전극의 훨씬 더 작고 미세한 부분인 반면 플러그 간격은 거의 동일합니다.
그러나 가장 큰 변화는 엔진이 크기는 줄어들었지만 복잡성은 25년 전보다 두 배 증가했기 때문에 현대식 점화 플러그의 배치와 직경입니다.
모두가 Ford 5.4 Triton V8의 점화 플러그를 제거하기 어렵다고 불평하지만 처음부터 왜 거기에 넣었는지 묻는 사람은 거의 없습니다. Triton의 점화 플러그는 길고 좁기 때문에 전극은 배기 및 흡기 밸브 근처에 완벽하게 배치되고 캠축, 밸브 및 흡기 포트에 방해가 되지 않도록 배치됩니다. Ford는 전극 스트랩이 통합된 골무가 있는 12mm 플러그를 사용했습니다. 화염 전면이 연소실 전체에 고르게 퍼지고 모든 연료가 연소되도록 컴퓨터 모델링으로 배치를 결정했습니다. 즉, 촉매 변환 장치가 미연 탄화수소를 처리할 필요가 없습니다.
EGR 시스템은 온도를 제어하기 위해 연소실에 소량의 불활성 가스를 넣습니다. 배기 가스는 일반적으로 연소되지 않기 때문에 연소 온도를 낮추고 엔진의 NOx 배출량을 줄입니다.
연소실에서 온도가 약 1,300°C 또는 2,500°F로 가열되면 산소와 질소가 서로 결합하기 시작하여 NOx와 CO를 형성합니다.
연소실에 배기 가스를 넣으면 공기/연료 혼합물이 불활성 배기 가스에 의해 희석됩니다. 이것은 연소 과정을 느리게 하고 NOx가 형성되지 않는 수준으로 연소 온도를 낮춥니다.
배기 및 흡기 캠축 모두에 가변 밸브 타이밍이 있는 최신 차량은 배기 밸브를 통해 흡기 행정 동안 소량의 배기 가스가 챔버로 다시 흡입되도록 타이밍을 조정할 수 있습니다. 이것은 캠축의 타이밍과 리프트를 작동하여 수행됩니다. 수년에 걸쳐 차량은 캠축을 더 빠르게 전진시키고 감속시킬 수 있었고 액추에이터는 더 큰 회전 각도를 갖게 되었습니다.
완전 연소 이벤트의 문제는 광범위한 엔진 및 공기 온도에서 발생해야 한다는 것입니다. 최신 엔진은 여전히 냉간 시동 상태에서 시동을 걸고 배기 가스를 제어하는 데 어려움을 겪고 있습니다.
2차 공기 분사 시스템은 외부 공기를 배기 흐름으로 펌핑하여 미연소 연료를 연소할 수 있도록 합니다. 초기 시스템에는 벨트 구동식 공기 펌프가 있었습니다. 최신 흡기 시스템은 배기 펄스에 의해 생성된 진공을 사용하여 공기를 파이프로 끌어들입니다. 최신 시스템은 전기 모터를 사용하여 공기를 펌핑합니다. 이러한 시스템은 촉매 변환기의 수명에 매우 중요합니다.
이상적인 조건에서 3원 촉매는 NOx 배출량의 50~95%, 미연소 연료의 99.9%를 줄일 수 있습니다. 오염 물질의 마지막 정거장이며 배기 가스 시스템 상류 센서가 손상되면 배기관 배기 가스가 증가하기 전에만 보상할 수 있습니다.
고배출 차량을 제대로 진단하려면 때때로 엔지니어처럼 생각해야 합니다. 최신 엔진은 감지, 제어 및 적응할 수 있기 때문에 폭발과 궁극적인 연료 효율성 사이의 들쭉날쭉한 가장자리에서 작동할 수 있습니다.
감지 부분은 업스트림 및 다운스트림 산소 센서와 같이 차량에 더 많은 센서가 있음을 의미합니다. 이 센서는 더 민감하고 훨씬 더 많은 해상도를 보여줄 수 있습니다. 또한 정보를 처리하는 모듈은 정보를 신속하게 사용하여 연료 트림, 스파크 곡선 및 밸브 타이밍을 매핑할 수 있습니다.
가변 밸브 타이밍, 전자 점화 및 직접 분사로 연소 이벤트 제어가 더 쉬워졌습니다. 이러한 기술은 정확한 공기/연료 혼합물이 연소실에 있고 가장 효율적이고 강력한 연소 이벤트를 달성하기 위해 최적의 시간에 점화되도록 합니다.
최신 엔진은 또한 거의 실시간으로 연소 이벤트를 감지하고 제어하여 연료 품질, 주변 온도, 운전자 요구 사항의 변화와 같은 조건에 더 잘 적응할 수 있습니다.
