기관 20 > LPG(액화 석유가스)연료장치
1. 기체(氣?)연료
내연기관에 사용하는 기체연료는 액화 석유가스(Liquefied Petroleum Gas, L. P. G.)와 액화 천연가스(Liquefied Natural Gas, L. N. G.)가 있다. LNG는 발전용 등의 대형가스기관과 시내버스용 기관에 사용하고 있으며, LPG는 승용 자동차용과 가정 연료로 많이 사용하고 있다.
1) 액화 석유가스
탄화수소 중 C3, C4, 탄화수소, 프로판, 프로필렌, 부탄, 아이소부탄, 1-부텐, cis-2-부텐, trans-2-부텐, 아이소부텐, 또는 이들의 혼합물을 상태의 여하를 막론하고 액화 석유가스라고 한다.
◆ LPG 3가지 생산 방법
① 석유정제 공정에서 생산되는 것
② 석유화학 공장에서 나프타(Naphtha) 분해공정에서 생산되는 것
③ 천연가스에서 회수되는 것이다
◆ 액화 석유가스 특성
① 수송과 저장 시에는 액체로서, 연소 시에는 가스로서의 장점을 가지고 있다.
② 유황 분이 거의 없으며 장치의 부식, 대기오염의 염려가 적다.
③ 발열량은 11,700～11,900Kcal/kg 정도이다.
④ 독성이 아주 약하며 폭발한계도 좁아서 안전하다. 그러나 비중이 공기보다 크므로 누설되면 바닥에 깔려 폭발의 위험이 있다.
⑤ 프로판의 옥탄가는 112(리서치 법). n-부탄은 96.1(리서치 법)로 매우 높다.
2) 천연가스 :
천연가스는 자연현상에 따라 발생하는 가스의 총칭이며 메탄을 주성분으로 하고 있다. 생산은 유전에서 원유와 같이 생산되는 것이 있고 가스 전(田)에서 단독으로 산출되는 것이 있다. 수용성 천연가스는 지하수 중에 용해되어 있어서 지하수를 퍼 올려서 채취한다. 가스전에서 단독으로 산출되는 천연가스는 -160℃이하에서 액화 천연가스(Liquefied Natural Gas)로 만들어 사용한다.
◆ 천연가스의 특성
① 발열량이 13,700Kcal/kg으로 매우 높다.
②) 냄새가 없으며 연기와 회 성분이 없다. 또한 유황 성분이 거의 없고 유독, 유해한 성분을 함유하지 않으므로 중독과 공해의 염려가 없다.
③ 폭발범위가 좁고 가스비중(0.6)이 낮아 확산하기 쉽다.
④ 취급이 간단하며 연소의 조절이 쉽다.
천연가스를 자동차 연료로서 사용한 것은 산출지에서는 오래 전부터였으나 압축하여 사용하기 때문에 이외의 지역에서는 운반이 어려워 사용하지 않고 있었다. LNG는 배기가스에 의한 대기오염이 적어 값싼 연료탱크의 제조 문제가 해결되면 자동차용 연료로서 많이 이용할 것이다.
LNG는 열 안정성, 안전성의 면에서도 우수하여 초음속 항공기의 연료로 사용하기 위한 연구가 추진되고 있다.
2. LPG 차량의 특성
1) 장점
① 연소효율이 좋으며 엔진이 정숙하다
② 경제성이 좋다
③ 엔진 오일의 수명이 길다
④ 대기 오염이 적고 위생적이다.
⑤ 퍼콜레이션(Percolation)이나 페이퍼록(Vaper Lock)현상이 없다.
⑥ 연소실에 카아본 부착이 적어 점화 플러그의 수명이 길다.
⑦ 엔진 오버홀 기간이 길어진다
⑧ 유황분이 적기 때문에 연소후의 배기가스의 의한 금속의 부식 ald 배기관, 머플러등의 손실이 적다
⑨ 연료 자체 증기압 이용하므로 연료펌프가 필요 없다.
⑩ 옥탄가가 높아 노크가 잘 일어나지 않는다.
2) 단점
① 트렁크 사용공간 협소
② 증발잠열로 인한 동절기 시동이 곤란하므로 쵸크장치와 스타트 솔레노이드로 보완
③ 연료의 취급과 공급절차가 복잡하고 보안상 문제
3. 가솔린과 액화 석유가스의 비교
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항 목 |
가 솔 린 |
프로판(C3H8) |
부 탄(C4H10) |
|
저 발열량(kcal/kg) |
10,600 |
11,70 |
10,290 |
|
가스 비중(공기 1) |
|
1,562 |
2,001 |
|
액체 비중(물 1) |
0.740 |
0.562 |
2.001 |
|
액화 압력(kg/cm2, 상온) |
|
7 |
2 |
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기화열(kcal/kg) |
|
107 |
91.5 |
|
이론 혼합비(kg/kg) |
15 |
15.71 |
15.47 |
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가연 한계(체적 %) |
|
2.37～3.50 |
1.86～8.41 |
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착화 온도(℃ 대기압) |
250～650 |
460～520 |
430～510 |
|
화염속도(m/s) |
0.83 |
0.81 |
0.825 |
|
옥탄가(리서치법) |
90～98 |
125 |
91 |
1) LPG 연료제어 전체 구성도
1) 점화스위치 ON시 엔진 ECU에 전원을 공급하며 동시에 메인 릴레이는 여자코일에 “+”전원을 공급받아 자하 되므로 스위치 접점을 ON 시켜 LPG 스위치까지 밧테리 전원 연결한다.
2) LPG 스위치를 ON되면 메인 릴레이로부터 공급받은 밧테리 전원은 LPG 봄베측의 긴급차단 솔레노이드 밸브 및 연료차단 솔레노이드 밸브 여자코일에 전원이 공급된다
3) 엔진 ECU는 배전기내에 설치되어 있어 CAS 입력신호로 엔진 회전을 감지하며 회전수가 약64RPM 이상시 ECU는 엔진 WTS의 입력값에 따라 냉각수온이 약 14℃ 이하일 경우에는 초기 시동성 향상을 위하여 긴급차단 솔레노이드 밸브 및 연료공급 솔레노이드 밸브 기상 밸브 측에 “-”전원을 인가하여 LPG 봄베내에 있는 기체상태의 연료를 공급한다. 이때 ECU는 기상램프 점등시킨다.
4) 엔진 구동중 냉각수온이 20℃이상 상승하면 기상 솔레노이드 작동을 OFF하고 액상 솔레노이드 밸브에 전원을 공급하여 액체상태의 연료를 공급한다
5) 연료 제어도
