1. 희박 연소 엔진

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삼원 촉매에 의한 배기 정화 시스템은 공연비를 이론 공연비로 유지, 유해 성분의 산화, 환원 반응을 동시에 일으킨다고 하는 것이 특징이다. 그렇게 하면, 이 시스템에 의해 배기 정화를 행하는 것이 제한되고, 사용되는 연료는 엔진 운전 상태에 따라 자동적으로 결정되어 버린다는 뜻으로, 가능한 한 적은 연료로 큰 동력을 얻는다고 하는 엔진의 개량 여지는 없는 것으로 된다.

그러한 가운데에, 배기 정화를 저울질하면서, 동시에 연비 개선을 당연히 도모하는 개발이 지속되고 있는 것이 희박 연소 시스템이다. 연비를 좋게 하는 것은 장래의 중요한 기술이고, 이 희박 연소 엔진은 그중에서 최고로 주목되고 있는 것 중의 하나이다.

혼합기중의 가솔린을 점점 희박하게 하여 공연비를 크게 하여 가면, 배기중의 유해 성분인 일산화탄소, 탄화 수소, 질소 산화물의 3가지는 어떻게 될까. 당연히 생각되는 것이지만, 연료에 대해서 산소가 충분히 있다는 뜻이므로 일산화탄소의 발생은 적게 되든지, 또는 가능하게 되어도 대부분이 곧 무해한 이산화탄소로 된다. 탄화 수소도 대부분 완전히 연소하여 이산화탄소와 물로 되고, 이러한 2가지 유해 가스는 곧 적게 된다. 남는 것은 질소 산화물로, 이 처리를 중점적으로 생각하면 좋다는 뜻이다.

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질소 산화물은 공연비가 크게 되면, 산소가 많음에 의한 연소 온도 상승 때문에 공연비 16전후에서 최고로 많게 되고, 그 이상으로 공기 비율이 증가하여 가면 차제에 연소 온도는 떨어져 엔진으로부터 발생하는 토크도 작게 되어 간다. 더욱 더 공연비를 크게 하여 가면, 연소가 불안정하게 되어, 토크의 변동이 크게 되기 시작하여, 다음으로는 착화하기 어렵게 된다.

TOYOTA는 이 희박 연소에 의한 토크 변동에 주목하여, 실린더내의 연소 압력을 검출하는 연소압 센서를 채용하여 토크 변동이 일어나기 조금 전의 공연비로 엔진을 운전하고, 저연비와 질소 산화물을 적게 하는 것의 양립을 도모한 엔진을 신세대 희박 연소 엔진으로서 양산하고 있다. 단 희박 연소는 부하가 작고, 토크가 작아도 좋은 운전 조건일때로, 가속중 등 부하가 높은 곳에서는 이론 공연비로 삼원 촉매를 사용한 배기 정화를 행하도록 되어 있다.

각사는, 흡기 시스템 및 연소실을 중심으로, 상용 회전역은 공연비가 16∼20 정도라고 하는 희박 혼합비로 하여, 연비 개선의 노력을 계속하고 있고, 이러한 연소를 양호하게 유지하면서 배기 문제를 잘 처리한 엔진이 갈수록 등장하고 있다.