디젤 기관의 작동 원리

디젤 기관의 작동 원리

공기를 빠르게 압축하면 온도가 올라가는 단열 압축의 원리를 응용한 것으로, 실린더 안에 흡입한 공기만을 고압으로 압축한 다음, 연료를 노즐로부터 분사하면 자연적으로 착화하여 연소된다. 따라서 디젤 기관은 전기적인 점화 장치가 필요 없는 대신 연료를 분사하기 위한 연료 분사 펌프와 연료 분사 노즐이 필요하다. 4행정 사이클 디젤 기관의 각 행정은 아래와 같다. ① 흡입 행정 흡입 밸브가 열리면서 공기만 흡입한다. ② 압축 행정 흡·배기 밸브가 닫힌 상태에서 흡입한 공기를 압축한다. ③ 폭발 행정 압축되어 고온이 된 공기 중에 고압 연료를 분사하여 자연 착화시킨다. ④ 배기 행정 배기 밸브가 열려 연소된 가스가 저압의 대기 속으로 분출된다.

■ 디젤 기관의 연소실
① 직접 분사식

실린더 헤드와 피스톤 사이에 연소실을 형성하고 그 속에 연료를 직접 분사하는 방식으로 구조가 간단하고 시동이 용이하다. 주로 2행정 사이클 디젤 기관에 사용하며, 압축비는 13 ∼16 : 1, 분사 압력은 200∼300kg/㎠ , 노즐은 다공형을 사용한다. 직접 분사식의 특징은 다음과 같다. · 실린더 헤드의 구조가 간단해 열효율이 높고, 연료 소비율이 낮다. · 연소실 체적에 대한 표면적의 비율이 작아 냉각 손실이 작다. · 엔진 기동이 쉽다. · 분사 압력이 가장 높으므로 분사 펌프와 노즐의 수명이 짧다. · 엔진의 회전 속도 및 부하의 변화에 민감하다.

② 예 연소실식

실린더 헤드에 예 연소실을 만들고 연료를 분출시켜 착화시킨 후, 여기서 발생한 고온·고압의 가스를 주 연소실에 분출시켜 공기와 혼합하면서 완전 연소시키는 방식이다. 이 방식은 냉각 면적이 커서 열손실이 많고, 시동시에 예열 플러그가 필요하다. 예 연소실의 체적은 전 압축 체적의 30∼40%이며, 압축비는 15∼20 : 1, 분사 압력은 100∼120kg/㎠ 이다. 예 연소실식의 특징은 다음과 같다. · 분사 압력이 낮아 연료 장치의 고장이 적고, 수명이 길다. · 운전 상태가 조용하고, 디젤 노크 발생이 적다. · 실린더 헤드의 구조가 복잡하다. · 연료 소비율이 비교적 크다.

③ 와류실식

실린더 헤드에 전 연소실 부피의 70∼80%를 차지하는 구형 연소실을 마련하여, 압축 행정에서 접선 방향으로 들어오는 공기에 따라 와류를 일으키고, 이 와류 속에 연료를 분사하여 연료와 공기의 혼합을 촉진하는 방식이다. 와류실의 체적은 전 압축 체적의 50∼60% 정도이며, 압축비는 15∼17 : 1, 분사 압력은 100∼140 kg/㎠ 이다. 와류실식의 특징은 다음과 같다. · 압축 행정에서 발생하는 강한 와류를 이용하므로 회전 속도 및 평균 유효 압력이 높다. · 엔진 회전 속도 범위가 넓고, 운전이 원활하며, 연료 소비율이 낮다. · 실린더 헤드의 구조가 복잡하고 저속에서 디젤 노크 발생이 많다. · 엔진 기동시 예열 플러그가 필요하다.

④ 공기실식

실린더 헤드에 공기실이 있어, 압축 행정에서 이 속에 공기를 압입하고 연료를 분사하는 방식이다. 공기실의 체적은 전 압축 체적의 6.5∼20%이며, 압축비는 13∼17 : 1, 분사 압력은 100 ∼140kg/cm2 정도이며, 연료의 일부는 공기실에서 연소한다. 공기실식의 특징은 다음과 같다. · 연소가 천천히 일어나 압력 상승이 낮고, 소음이 적다. · 기동이 쉽고 폭발 압력이 낮다. · 분사 시기가 엔진 작동에 영향을 준다. · 연료 소비율이 크고 엔진의 회전 속도 및 부하 변화에 대한 적응성이 낮다.

▲ 디젤 기관의 연소실

 

 

<출처:네이버오픈백과>