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흡배기장치의 기능은 대단히 중요하다.
혼합기의 통로와 배출가스의 통로, 대기오염을 없애기 위해서도 빼놓을 수 없는 부분이다.
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엔진구조중 마지막 부품을 들자면 배기가스통로인 배기관이라는 것이 있다.
공해문제가 거론되기 이전에는 엔진에서 배출된 배기가스는 동시에 배기음을 방출하기 때문에 소음기를 설치한 정도가 고작이었으나, 거의 그대로 대기중에 방출되었었다.
현재는 배기가스는 엔진의 흡입장치와 마찬가지로 가능한 대기오염의 원인이 되지 않도록 처리하고 있다.
여기에서는 이러한 흡입, 배기에 관한 기구와 터보챠저에 대해 알아보기로 하자.
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 에어크리너
에어크리너는 흡입공기중의 먼지, 이물질을 제거하여 엔진내부를 보호해주는 기능을 수행한다. 또한 뒷편에 언급될 공해대책장치의 하나로서 엔진이 토출해내는 가스를 또 한번 혼합기와 동시에 실린더내로 보내주는 기수 (PCV장치)등이 부속된것으로 배기가스중의 오염까지도 처리해주지 않으면 안된다.
에어크리너는 일반적으로 아래그림과 같은 구조를 가지고 있다. (그림은 캬부레타 사양의 경우임)
엘레먼트는 오물이 부착되는 부품으로 원형과 각형이 있다.
일반적으로 자동차용 엘레먼트는 교환식으로 되어 있으며, 교환시기는 주행거리 또는 기간에 따라 결정되어 진다.
엘레먼트가 허용량 이상으로 오염되면 흡입된 공기가 원활하게 통과하지 않으므로 엔진출력저하와 연료소비량이 증대된다.
또한 에어크리너에는 기온이 낮은 경우 혼합기의 연소상태를 보다 좋게하기 위해 배기관 근처의 따뜻해진 공기를 흡입하여 사용하는 난기흡입장치가 설치되어 있다.
INTAKE, EXHAUST MANIFOLD (흡입, 배기관)
INTAKE MANIFOLD는 연료장치편에서도 여러번 언급되었었다.
INTAKE MANIFOLD 내지 EXHAUST MANIFOLD의 위치관계는 아래의 그림과 같다.
첫번째 그림과 같이 실린더헤드에 2개의 MANIFOLD가 같은 방향으로 부착되어 있는것을 COUNT FLOW TYPE이라고 부른다. (연소실의 형상은 웨지타입이 되기 때문에 DOHC에는 이방식이 없다.)
이방식의 특징은 혼합기가 EXHAUST MANIFOLD의 열료 가열되어 기화가 용이해진다는 것이다.
그반면 흡입과 배기가 실린더 내에서는 서로 역방향으로 흐르므로 간섭이 발생하는 것이 결점이다.
두번째 그림은 STRAIGNT TYPE (CROSS FLOW)으로 흡입, 배기가 스므스하게 유입되도록 해주기 때문에 엔진성능향상에 좋은 영향을 미친다.
결점으로서는 혼합기의 기화촉진을 위해 엔진냉각수가 흡입관 밑으로 통과하도록 하는등의 연구가 필요하다.
그러나 DOHC엔진이 유행한다고 하는것은 다시말해 메이커의 엔지니어가 고출력을 얻기위해 CROSS TYPE의 엔진을 설계한다고 하는 것이다.
흡입관은 일반적으로 알루미늄 재질이, 배기관은 주철제가 사용되고 있다.
배기파이프, 머플러
배기관으로 배출된 배기가스는 EXHAUST PIPE(배기관)를 경우하며, 머플러(소음기)를 통해 대기주으로 방출된다.
또한 배기관 중에는 배기가스중의 유해성분을 처리하는 삼원컨버터가 부착되어 있다.
촉매컨버터는 산화촉매라고 불리는 타입과 삼원촉매라고 불리는 타입이 있다.
한편, 머플러는 내부가 여러개의 파이프를 조합한 구조로 되어 있으며, 배기가스는 그 속에서 벽에 부딪힌 다음 다시 가는 파이프를 통과한 후 대기중으로 방출된다. 이렇게 하여 배기가스의 온도와 소음을 낮춤으로써 환경에 대한 영향을 줄여준다. 배기파이프 내지 머플러는 차종에 따라 2등분 또는 3등분되어 볼트로 연결되어 있다.
배기가스 정화장치
배기가스중의 유해성분은 일반적으로 CO(일산화탄소), HC(탄화수소), NO X(질소산화물)의 3종류가 주류를 이루고 있다.
배기가스 대책의 초기에는 동력성능을 저하시키는 것도 감수하였지만, 현재에는 엔진의 연소상태를 근본적으로 다시 생각함과 동시에 흡배기장치를 개선하며, 더구나 새로운 기구를 추가함으로써 동력성능저하에 대처하고 있다.
흡배기장치중 대표적인 대책장치는 배기가스중의 유해성분을 화학변화시키는 촉매컨버터와 엔진내에서 뿜어져 나오는 연소가스를 다시 한번 실린더내로 유입시키는 BLOW BY GAS 환원장치, 그 외에 EGR장치 등이 장착되어 있다.
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적은 배기량엔진은 아무리 흡기밸브의 크기를 키워 흡입효율을 올리더라도 결국은 실린더 하나의 행정용적분만쿰 공기를 유입시킬 능력밖에 없다.
그런데 기체는 액체와는 달리 간단히 압축하는 것이 가능하다.
터보챠저는 배기가스의 압력으로 팬을 회전시켜, 그 힘으로 실린더에 강제적으로 공기를 흡입시킨다.
또한 유입된 공기량에 적합한 연료를 혼합시킨 혼합기를 연소시킴으로써 배기량을 키운것과 같은 효과가 나오게 된다.
- 배기가스의 압력을 이용하여 터빈을 회전시킨다.
- 터빈의 회전으로 콤푸레샤를 돌려, 흡입공기를 압축한다.
- 터빈과 같은 축에 연결되어 있는 A터빈과 같은 축에 연결되어 있는 콤푸레샤B를 합친 부분이 터보 유니트이다.
- 콤푸레샤에서 엔진사이에 인터쿨러를 장착한 것도 있다.
원래 터보챠저는 항공기가 상공의 희박한 공기층을 비행하기 위해 공기를 압축시켜 엔진으로 유입시킬 필요성 때문에 만들어진 것으로 자동차용으로서는 경주용차부터 발전되었다.
또한 쓸모없이 배출되던 배기가스를 유효하게 사용하여 엔진출력을 20~50%정도 향상시키는 것이 가능하기 때문에 현재에는 경자동차부터 대형트럭까지 광범위하게 적용되고 있다.
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