박정원 【현대·기아 남부정비연수원】
기존 일반엔진은 흡입 공기량에 따라 연료 분사 시간을 ECU에서 제어하는 방식으로 이론 공연비 14.7:1에서 연소를 유도한다. 그러므로 모든 운전 구간에서 안정된 출력을 유지하는 장점이 있다. 그러나 상대적으로 린번엔진에 비해 연료의 소모가 많다는 단점이 있다.
린번엔진이란 이론 공연비(공기:연료=14.7:1)보다 희박(Lean) 상태(공기:연료=22:1)의 혼합기를 안정적으로 연소(Burn) 시키는 기술로 연비를 향상시켰다
특히 2세대 린번은 2000년 10월 1일부터 발효된 ‘코리아 2000’ 배기가스 규제강화 법규에 대응하기 위해 EGR 장치 등의 신규부품을 적용함으로써 NOx(질소산화물) 저감(0.62 →0.25g/km)을 목표로 함과 동시에 일반연소 구간에 정확한 피드백 제어를 위해 일반 산소센서가 추가적으로 적용되었다. 또한 기존 린번 작동 조건이 바뀌었다.
●2세대 린번 엔진 적용 시점 및 변경 내용
·적용 시점
·변경 내용
●린번엔진 구성 요소
·와류조정밸브(MTV: Manifold Throttling Valve)
린번(공연비 22:1) 상태에서 안정적인 엔진작동을 위해서는 최적의 혼합기 형성과 화염 전파속도가 관건이다. 린번 조건에서는 혼합기 중 연료의 밀도가 낮기 때문에 일반 상태에서와 동일한 조건으로 점화를 시켜서는 출력 뿐 아니라 배기가스에도 불리하기 때문에 와류를 이용한 연료의 불균질 분포 즉 성층화(Stratification)를 가능하게 했다.
이는 흡기밸브가 열리는 특정 기간 동안 스월 운동을 하는 흡기의 일정부분에 연료를 분사하게 되면 이 강력한 와류에 실려있는 과농한 연료의 띠(Fuel Band)는 흡기의 다른 희박한 부분들과 혼합이 제한되게 되어 압축말기까지 연료의 성층화(밀도차)가 유지되는 것을 이용한 것이다.(그림 3 참조)
따라서 이 성층화된 연료 띠를 점화시기에 맞추어 점화 플러그 주위로 유도함으로써 혼합기 전체로는 희박 혼합기(연료 밀도가 낮음)이나 점화 플러그 주위에는 농후한 혼합기(연료 밀도가 높음)가 형성되어 점화 때 강력한 초기화염을 형성하고 이 화염이 나머지 희박 혼합기를 연소시킴으로써 린번 조건 때 안정적인 연소를 행한다.
☞ 와류조정밸브(MTV) 작동
진공탱크와 MTV 액츄에이터 통로 사이에 있는 솔레노이드 밸브가 엔진 ECU 제어에 의해 열리고 닫혀 MTV 액츄에이터를 작동시킨다.(그림 4 참조)
① MTV 작동단계
② MTV 작동영역
매니폴드 스로틀 밸브가 닫히는(샤프트가 짧아짐) 조건
-린번 조건 때: 린번 때 화염 전파속도 저하로 인한 정상 연소 및 출력 문제를 해결하기 위해 흡기 포트 및 피스톤 헤드 형상 변경으로 첫째, 점화 때 점화 플러그 주위에 상대적으로 농후한 공연비 형성으로 강력한 초기화를 형성하고 둘째, 유동속도 증대로 급속한 연소를 실행한다.
-EGR 작동 때: 린번 작동영역에서와 마찬가지로 스월 밸브를 닫아 연소실내 스월을 형성시켜야 20% EGR 상태에서도 안정된 연소를 행한다.(일반엔진에서는 EGR율 즉, 배기가스 회수율 10%가 한계이다)
-엔진 시동 때: 시동 때에는 희박연소는 아니지만 시동성 향상을 위해 MTV 밸브를 작동시켜 시동 때 플러그 주위에 농후한 혼합기를 형성시켜 시동성을 좋게 해준다.
·광역 산소 센서(LSU: Lambda Sensor Universal)
기존 산소센서의 제어영역은 약 0.9 < λ < 1.1 이다. 하지만 광역산소센서는 약 0.7≤λ≤1.7의 광범위한 영역에서 조건에 따라 희박 및 이론 공연비 피드백이 가능해 중부하 이하에서는 희박 공연비로 제어해 연비개선 및 NOx를 저감하기 위해 광역산소센서를 사용하고 있다.
기존의 광역산소센서 출력에 비해 2세대 린번엔진의 광역산소센서는 일반 산소센서 추가로 그 출력 특성이 바뀌었다.(그림 5, 6, 7 참조)
※ 공기과잉률(람다: λ)
‘λ=실제공연비/이론공연비’로 연료를 1g으로 간주 때 실제 공기량(Xg)/이론 공기량(14.7g)을 나타내고 결국 λ는 완전연소를 위해 연료 1g당 요구되어지는 공기량에 대해 실제 얼마만큼의 공기가 더 들어 갔는지(배기가스 중에서)를 나타내므로 공기 과잉률이라고 하며 λ값이 클수록 공기가 많은 희박(Lean) 상태이다.
●1·2세대 린번 엔진 비교
① 진입조건
② 해제 조건
③ 린번 작동 램프 점등/소등 조건
·EGR 작동 조
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