디젤 엔진이란? - 정의, 작동원리, 종류, 장단점

디젤엔진이란?

Rudolf Diesel의 이름을 따서 명명된 디젤 엔진은 기계적 압축의 결과로 실린더의 공기 온도가 상승하여 연료가 점화되는 내연 기관입니다. 따라서 디젤 엔진은 소위 압축 점화 엔진입니다. 이것은 가솔린 엔진이나 가스 엔진과 같이 공기-연료 혼합물의 점화 플러그 점화를 사용하는 엔진과 대조적입니다.

디젤 엔진은 공기 또는 공기와 배기 가스의 잔류 연소 가스만 압축하여 작동합니다. 공기는 흡입 행정 동안 챔버로 유입되고 압축 행정 동안 압축됩니다. 이것은 실린더의 공기 온도를 증가시켜 연소실에 분사되는 분무된 디젤 연료를 점화시킵니다.

연료는 연소 직전에 공기 중으로 분사되기 때문에 연료의 분포가 고르지 않습니다. 이것을 불균일 공기-연료 혼합물이라고 합니다. 디젤 엔진에서 생성되는 토크는 공연비(λ)를 조작하여 제어됩니다. 디젤 엔진은 흡입 공기를 조절하는 대신 분사되는 연료량의 변화에 ​​의존하며 공연비는 일반적으로 높습니다.

디젤 엔진은 팽창률이 매우 높고 고유한 희박 연소로 인해 실제 내연 기관 또는 외연 기관 중 가장 높은 열효율(엔진 효율)을 가지고 있어 과잉 공기를 통해 열을 발산할 수 있습니다.

밸브 오버랩 동안 연소되지 않은 연료가 없으므로 연료가 흡기/분사에서 배기로 직접 전달되지 않기 때문에 직접 분사 가솔린 엔진에 비해 적은 효율 손실도 피할 수 있습니다.

저속 디젤 엔진은 최대 55%의 유효 효율을 달성할 수 있습니다. 복합 사이클 가스터빈은 디젤 엔진보다 효율이 높은 내연 기관이지만 질량과 크기로 인해 차량, 선박 또는 항공기에는 적합하지 않습니다.

 

디젤 자동차 작동원리

디젤 차량은 내연 기관을 사용하기 때문에 가솔린 차량과 유사합니다. 한 가지 차이점은 디젤 엔진에는 대부분의 가솔린 차량에서 사용하는 스파크 점화 시스템이 아니라 압축 점화 분사 시스템이 있다는 것입니다.

압축 착화 시스템에서 디젤 연료는 엔진의 연소실로 분사되고 가스가 엔진 피스톤에 의해 압축될 때 달성되는 고온에 의해 점화됩니다.

가솔린 차량의 배기 가스 제어 시스템과 달리 많은 디젤 차량에는 미립자 물질을 줄이고 위험한 질소 산화물(NOx) 배출을 무해한 질소와 물로 분해하는 추가 후처리 부품이 있습니다. 디젤은 일반적인 운송 연료이며 여러 다른 연료 옵션은 유사한 엔진 시스템 및 구성 요소를 사용합니다.

 

디젤 엔진은 어떻게 연료를 동력으로 전환할까?

4행정 엔진

가솔린 엔진과 마찬가지로 디젤 엔진은 일반적으로 피스톤이 사이클 동안 두 번 위아래로 움직이는(즉, 크랭크축이 두 번 회전하는) 4단계 또는 스트로크의 사이클을 반복하여 작동합니다.

흡입
피스톤이 아래로 내려갈 때 오른쪽의 열린 녹색 공기 흡입 밸브를 통해 공기가 실린더로 유입됩니다.

압축
흡기 밸브가 닫히고 피스톤이 위로 이동하여 공기 혼합물을 압축 및 가열합니다. 연료(진한 파란색)는 중앙 연료 분사 밸브를 통해 뜨거운 가스에 주입되고 자발적으로 점화됩니다. 가솔린 엔진과 달리 점화 플러그가 필요하지 않습니다.

폭발
공기-연료 혼합물이 점화되고 타면서 피스톤을 아래로 누르고 크랭크축을 구동하여 바퀴에 동력을 전달합니다.

배기가스
왼쪽의 녹색 배기 밸브는 리턴 피스톤에 의해 배출되는 배기 가스를 방출하기 위해 열립니다.

 

2행정 엔진

2행정 디젤에서는 피스톤이 위아래로 한 번만 움직이는 전체 사이클이 발생합니다. 혼란스럽게도 2행정 사이클에는 실제로 세 단계가 있습니다.

배기 및 흡기
신선한 공기가 실린더 측면으로 불어넣어지고 오래된 배기 가스를 상단의 밸브를 통해 밀어냅니다.

압축
흡기 및 배기 밸브가 닫힙니다. 피스톤이 위로 이동하여 공기를 압축하고 가열합니다. 피스톤이 실린더 상단에 도달하면 연료가 분사되어 자연 발화됩니다.

폭발
공기-연료 혼합물이 점화되면 피스톤을 아래로 누르고 크랭크축을 구동하여 바퀴에 동력을 전달합니다.

2행정 엔진은 4행정 엔진보다 작고 가벼우며 회전당 한 번(4행정 엔진처럼 2회전마다 한 번이 아닌) 전기를 생성하기 때문에 더 효율적인 경향이 있습니다. 이는 더 많은 냉각과 윤활이 필요하고 마모가 더 심함을 의미합니다.

 

디젤 엔진의 종류

1. 소형 디젤 엔진
소형 엔진의 출력 값은 188kW 또는 252마력 미만입니다. 이것은 가장 일반적으로 생산되는 디젤 엔진 유형입니다. 이 엔진은 자동차, 경트럭, 일부 농업 및 건설 분야와 소형 고정식 발전기(예: 유람선) 및 기계 구동 장치에 사용됩니다. 그들은 일반적으로 직접 분사, 인라인, 4기통 또는 6기통 엔진입니다. 대부분은 애프터쿨러로 터보차지됩니다.

2. 중형 디젤 엔진
중형 엔진은 188~750kW 또는 252~1,006마력 범위의 출력 용량을 갖습니다. 이 엔진의 대부분은 대형 트럭에 사용됩니다. 일반적으로 직접 분사, 인라인, 6기통 터보차저 및 애프터쿨링 엔진입니다. 일부 V-8 및 V-12 엔진도 이 크기 그룹에 속합니다.

3. 대형 디젤 엔진
대형 디젤 엔진의 정격 출력은 750kW를 초과합니다. 이 독특한 엔진은 해양, 기관차 및 기계 구동 애플리케이션과 발전용으로 사용됩니다. 대부분의 경우 직접 분사, 터보 차저 및 애프터 쿨링 시스템입니다. 신뢰성과 내구성이 중요한 경우 분당 500회전 정도로 작동할 수 있습니다.

 

디젤 엔진의 응용 및 용도

디젤 엔진은 일반적으로 기계 엔진, 발전기 및 모바일 드라이브로 사용됩니다. 기관차, 건설 장비, 자동차 및 수많은 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 그들의 영역은 거의 모든 산업으로 확장되며 지나가는 모든 것의 내부를 들여다보면 매일 관찰할 수 있습니다.

산업용 디젤 엔진 및 디젤 동력 발전기는 몇 가지만 예를 들면 건설, 해양, 광업, 병원, 임업, 통신, 지하 및 농업 분야에 사용됩니다. 주 또는 예비 백업 전력을 위한 발전은 오늘날 디젤 발전기의 주요 응용 분야입니다.

 

디젤 엔진의 장점

디젤 엔진은 다음과 같은 이유로 가솔린 엔진에 비해 훨씬 더 효율적이고 바람직합니다.

▷ 더 견고하고 신뢰할 수 있습니다.
▷ 연료가 자동 점화되므로 스파크가 발생하지 않습니다. 스파크 플러그 또는 스파크 와이어가 없어 유지보수 비용 절감
▷ 생산된 킬로와트당 연료 비용은 가스 엔진보다 30~50% 낮습니다.
▷ 1800rpm 수냉식 디젤 장치는 주요 유지 보수가 필요하기 전에 12,000~30,000시간 동안 작동합니다. 1800rpm 수냉식 가스 장치는 일반적으로 서비스가 필요하기 전에 6000-10,000시간 동안 작동합니다.
▷ 디젤은 연비가 좋습니다. 일반적으로 유사한 성능의 가솔린 ​​엔진보다 25~30% 더 나은 연비를 제공합니다.
▷ 디젤 연료는 오늘날 이용 가능한 가장 효율적이고 에너지 밀도가 높은 연료 중 하나입니다. 휘발유보다 더 많은 사용 가능한 에너지를 포함하기 때문에 더 나은 연비를 제공합니다.
▷ 디젤 엔진은 고압축의 혹독함을 견디도록 제작되었습니다. 결과적으로 주요 수리가 필요하기 전에 일반적으로 가솔린 차량보다 훨씬 오래 지속됩니다.

디젤 엔진의 단점

▷ 디젤 연료가 휘발유보다 저렴했지만 지금은 종종 같은 금액 또는 그 이상의 비용이 듭니다.
▷ 디젤 연료는 휘발유 차량처럼 배기관으로 열을 내보내는 것이 아니라 열을 에너지로 변환하기 때문에 더 효율적인 것으로 간주되지만 화려한 고속 성능으로 이어지지는 않습니다.
▷ 디젤은 계속 운행하려면 정기적인 유지 관리가 필요합니다. 오일과 에어, 오일, 연료 필터를 교환해야 합니다.
▷ 유지 관리를 소홀히 하고 연료 분사 시스템이 고장 나면 디젤 엔진은 기술적으로 더 발달했기 때문에 가솔린 시스템을 수리하는 것보다 수리하는 데 더 많은 비용을 지불해야 할 수 있습니다.