디젤 엔진(Dieselengine)은 독일에서 디젤(Diesel)이 발명한 내연기관으로 공기를 높은 온도로 압축을 하고 경유, 중유 같은 연료를 실린더 안에서 분출하여 자연적인 발화로 인해 점화되어 피스톤이 움직여 작동하는 장치이다.
개요
디젤 엔진은 실린더 안에 공기를 온도를 높여서 압축을 하는데 이때 연료를 분사하여 자연 발화로 구동 에너지를 얻어 작동한다.
온도를 높여서 압축 할 때는 실린더 내부 압력이 약 100kg/cm2 정도가 나오고 연료를 연소 할 때는 화학 에너지가 열에너지로 바뀌면서 온도가 2,480C 정도까지 올라간다.
실린더 내부 높은 온도로 압축된 공기로 연료가 점화되기 위해서는 실린더 내부의 온도가 일정 온도 이상이 되어야만 한다. [1]
역사
디젤 엔진을 발명한 사람은 독일인 발명가 루돌프 디젤(Rudolf Diesel)이다. 디젤 이란 이름도 루돌프(Rudolf Diesel) 디젤이란 이름에서 따왔다.
원리
디젤 엔진의 원리는 높은 온도로 압축된 공기로 연료를 분출하여 발화 하는 압축 발화 방식을 사용한다. 디젤 엔진 연료의 특성 상 가솔린보다 낮은 온도에서 발화가 가능하다(즉 발화 점이 낮다)는 점에서 압축 방화 방식이 가능하다. [2]
종류
디젤엔진의 종류에는 2행정 기관 그리고 4행정 기관이 있다 대부분의 디젤 엔진은 4행정 기관이고 나머지 대형 기관은 2행정 기관이다.
[3]
4행정기관
각 피스톤의 순서가 아래에서 위 그리고 다시 아래에서 위로 올라가는 순서를 가진 사이클이다. 첫번째 아래로 갈때 공기를 흡입하여 실린더에 주입하고 피스톤이 올라가는 과정에서 공기를 압축하는과정을 거치고 또다시 아래에서 위로 올라가는 과정이 있는데 이때는 두번째 하강 과정에서 연료를 분출하여 폭발 시키고 두번째 올라가는 과정에서 연소된 배기가스를 빠져나가게 한다 이렇게 하강 상승 하강 상승을 하면서 4단계로 거친 행정을 하는 기관으로 4행정 기관이다.[4]
2행정기관
각 피스톤 순서가 아래에서 위로 올라가는 형태의 사이클이다
2행정 기관은 4행정 기관 과는 다르게 피스톤이 크랭크 축을 회전하여 구동하고 배기 벨브로 동시에 열리는 내연기관이다. 피스 톤이 순서가 아래 일때 실린더가 열리면서 배기 가스를 배출하고 그러면서 동시에 정화된 깨끗한 공기를 흡입한다. 이 연소된 배기 가스는 배기 밸브가 열리면서 빠져나간다.
2행정 기관은 하강 상승의 과정을 거친 행정만 하여 2행정 기관이다. 2행정 기관은 큰 힘이 필요한 기계에 사용한다.
[5]
연소실 종류
직접분사식
직접분사식(Direct Injection Type)은 단일 연소실에서 고압으로 연료를 분출하여 주로 분출하는 속도에 의해서 공기와 혼합 시키는 형식이다.
예연 소실식
예연 소실식(PreCombustion Chamber Type)은 연료가 예연소실식 에서 먼저 분사 되어 연소 되고 예연소실에 의해 생긴 압력 때문에 나머지 연료를 실린더 내로 분출 시켜 연소 와류에 의해 공기와 혼합되는 형식이다.
와류실식
와류실식(Turbulence Chamber Type)은 연소실을 특수한 형상으로 하여 압축 행정에 의해서 그 속에 일어난 공기 와류 중에 연료를 분사하여 완전 연소를 시키기 위한 형식이다.
공기실식
공기실식(Aircell Combustion Chamber Type)은 압축 행정 중에 공기를 밀어 넣고 이것을 향해서 연료를 분사하여 공기실 내에서 연소를 일으키고 그에 의해서 생긴 압력에 의해서 주연 소실로 가스를 분출 시켜 와류를 발생 시키는 형식이다.
[6]
가솔린 엔진과의 비교
디젤 엔진 과 가솔린 엔진의 차이는 먼저 작동 원리부터 차이가 있다.
가솔린 엔진은 먼저 연료와 공기를 흡입하고 흡입한 연료와 공기를 압축을 한다. 이때, 압축 비율은 10분의 일이다 압축한 연료와 공기를 섞은 후 실린더에서 점화 플러그의 스파크로 점화 시키고 폭발하여 연소를 시키고 그다음 구동 에너지를 얻는다. 그리고 연소 가스를 배출한다.
디젤 엔진 은 앞에서 계속 설명 했듯이 공기를 먼저 흡입하고 이 공기를 압축한다. 이때 압축 비는 20분의 일이다. 여기서 압축 비율이 가솔린 엔진이 공기를 압축하는 비율과 다르다는 차이 가 있다. 그리고 연료를 공기에 분출하고 자연 발화를 하여 점화 시키고 구동 에너지를 얻는다. 이때 팽창 방식이 가솔린 엔진이 팽창 방식과 다르다. 그리고 또 다른 차이점이 있는데, 연료를 가솔린 엔진은 가솔린 즉 휘발유를 사용하고 , 디젤 엔진은 경유를 사용한다.
[7]
장점
디젤 엔진은 경유를 사용하는데 경유는 휘발유보다 가성 비 가 좋다. 연소할 때 운동에너지가 열에너지로 전환이 되는데, 휘발유는 열에너지의 30% 운동에너지로 전환하는데 디젤은 45%인 휘발유보다 더 많은 양을 운동에너지로 전환한다.
그리고 경유는 휘발유 보다 안전한데, 경유는 휘발 가능성이 낮아 인화성 수증기를 많이 발생 시키지 않고 폭발하지 않는다 그리고 윤활성이 좋고 오래쓸수 있다.
디젤 엔진은 불필요한 열을 잘 발생 시키지 않는다.
단점
각주
참고자료
같이 보기
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