[건설기계기술사 제140회 2교시 6번]

2교시 6번 · 25점 · 6문제 중 4문제 선택 · 100분

건설기계용 디젤기관에 대한 아래 각 사항의 정의, 연소특성 및 배출가스에 미치는 영향에 대하여 설명하시오.

공연비(Air-Fuel Ratio)
연공비(Fuel-Air Ratio)
당량비(Equivalence Ratio)
과잉공기비(Excess Air Ratio)

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답안 구조

서론
공연비(Air-Fuel Ratio)의 이해
연공비(Fuel-Air Ratio)의 이해
당량비(Equivalence Ratio)의 이해
과잉공기비(Excess Air Ratio)의 이해
각 비율의 상호관계 및 디젤기관 적용
결론

용어 정의

건설기계용 디젤기관: 건설 현장에서 사용되는 장비에 동력을 공급하는 내연기관으로, 높은 토크와 내구성이 특징이며 연료 효율과 배출가스 규제가 중요시된다.
이론공연비: 연료가 공기 중의 산소와 완전 연소하는 데 필요한 최소한의 공기량과 연료량의 질량비로, 완전 연소 조건을 나타낸다.
불완전 연소: 연료가 산소 부족 등으로 완전히 연소되지 못하여 일산화탄소(CO), 미연소 탄화수소(HC), 매연 등을 배출하는 현상.

핵심 내용

1)

공기 질량 대 연료 질량의 비율
이론 공연비의 개념 및 완전 연소 기준
희박 및 농후 혼합 연소 시의 특징과 영향
질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 및 매연 배출 영향

공식: $(A/F) = \frac{m_a}{m_f}$

2)

연료 질량 대 공기 질량의 비율
공연비와의 역수 관계 및 상호 변환
연소 효율 및 엔진 출력에 미치는 영향
배출가스(NOx, CO, HC, 매연) 생성과의 관계

공식: $(F/A) = \frac{m_f}{m_a}$

3)

실제 연공비와 이론 연공비의 비율
실제 공연비와 이론 공연비의 역수 비
$\\phi < 1$ 희박, $\\phi > 1$ 농후 혼합 상태 판단 기준
최대 연소 온도, 질소산화물(NOx) 및 불완전 연소 생성물 영향

공식: $\phi = \frac{(F/A)_{actual}}{(F/A)_{stoichiometric}} = \frac{(A/F)_{stoichiometric}}{(A/F)_{actual}}$

4)

실제 공급 공기량과 이론 공기량의 비율
실제 공연비와 이론 공연비의 비율
디젤 기관의 항상 높은 과잉 공기 운용의 특징
연소 온도 감소, 질소산화물(NOx) 생성 억제 및 매연 감소 효과

공식: $\lambda = \frac{(A/F)_{actual}}{(A/F)_{stoichiometric}} = \frac{m_{a,actual}}{m_{a,stoichiometric}}$

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출처: 한국산업인력공단, Q-Net 자료실 · 공공누리 제1유형 · 원문(Q-Net)

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