자동차 디젤엔진 작동원리와 특징

디젤 엔진(Diesel Engine)은 불과 몇 년 전까지 인기가 많은 엔진이었습니다. 특유의 공기를 고압으로 압축할 수 있기 때문에 연료의 효율이 좋고, 저속에서 탁월한 토크 성능을 발휘합니다. 오늘은 디젤엔진은 무엇이고, 어떻게 작동하는 원리에 대해서 자세하게 포스팅하겠습니다.

자동차 디젤엔진

 

 

목차

 

 

1. 자동차 디젤엔진 (Diesel Engine)

 

 

디젤 엔진은 내연기관의 한 종류입니다. 연료로는 경유를 사용합니다. 일반적으로 저속에서 높은 토크 성능을 발휘합니다. 그래서 특히 무거운 하중을 운반하는 버스나 트럭에 적합한 엔진입니다. 지금도 대부분의 버스나 트럭은 디젤엔진을 주로 사용하고 있습니다. 디젤엔진의 가장 큰 단점은 진동과 소음이 크다는 단점이 있습니다. 최근에는 기술 발전으로 이러한 단점을 보완하고, 저공해 녹색 디젤 차량의 개발도 이루어졌습니다. 공기를 고압으로 압축하여 연료를 분사하고 자체 발화(폭파)시켜 동력을 발생합니다. 이러한 과정에서 고출력과 연비가 뛰어나며, 특히 오랜 주행거리와 상대적으로 저렴한 유지보수 비용으로 인해 상업용 차량 및 큰 승용차(SUV)에 널리 사용됩니다. 디젤 엔진은 가솔린 엔진과 달리, 고압 연료 분사 시스템을 사용하여 고압으로 분사하여 연소시킵니다. 보다 효율적인 연소와 높은 열효율의 장점이 있습니다. 경유 연료의 발화점이 가솔린보다 높기 때문에 더 많은 압축이 가능합니다.

 

디젤엔진의 발명과 발전과정

디젤 엔진은 1892년 독일의 발명가 루돌프 디젤(Rudolf Diesel)이 개발한 내연기관입니다. 디젤은 당시 증기 기관보다 효율적이고 경제적인 연료를 찾고 있었습니다. 디젤은 엔진의 열효율을 높일 수 있는 새로운 원리를 연구했습니다. 디젤은 기존의 증기 기관과 다르게 고압 연소를 이용한 내연기관을 개발하고자 했습니다. 그리고 1892년 첫 번째 디젤 엔진을 개발하였습니다. 기존의 증기 기관과 달리, 압축하면 발열 원리를 이용하여 연료를 연소시킵니다. 디젤 엔진은 고압 연료 분사 시스템과 고압 압축 공기를 이용하여 연료를 발화 방식을 사용합니다. 디젤 엔진의 초기 모델은 상용화되지 않았지만, 그 이후로 디젤 엔진은 발전해 왔습니다. 20세기 초반에 상업용 차량 및 선박 등에서 사용되기 시작했습니다. 이후 20세기 중반까지, 기계 및 전기 발전소 등에서도 사용되었습니다. 저 출력부터 고출력까지 다양한 크기와 종류가 개발되어 왔으며, 최근에는 환경 문제와 함께 저공해 녹색 디젤 차량이나 디젤 엔진의 발전 및 개선에 대한 노력이 이루어지고 있습니다.

 

 

 

2. 작동원리

 

자동차 디젤 엔진은 공기와 연료를 혼합하여 폭발시켜 동작합니다. 아래는 디젤 엔진이 작동하는 단계입니다. 가솔린 엔진과 가장 큰 차이점은 점화 장치가 없이 공기의 압축에 의해 자체 발화가 가능하다는 점입니다.

1. 공기 흡입 : 엔진 작동을 위해 공기가 흡입됩니다. 공기 청정기를 통해 흡입되고, 필터에서 먼지와 오염물질 등이 제거됩니다.
2. 압축 : 고압 압축기를 사용하여 공기를 압축합니다. 압축된 공기는 열에 의해 높은 압력과 온도가 발생합니다.
3. 연료 분사 : 고압 분사기를 통해 실린더 내부로 분사됩니다. 분사기는 디젤 연료를 고압으로 압축하여 분사구를 통해 실린더 내부로 분사합니다.
4. 연소 : 압축된 공기와 분사된 연료에 의해서 자체적으로 발화가 되어 연소됩니다. 디젤 연료는 분사된 공기와 혼합되어 폭발합니다. 폭발은 디젤 연료가 고온, 고압 상태에서 일어나며, 폭발에 의해 엔진은 작동됩니다.
5. 배기 : 폭발 후 발생한 가스는 배기관을 통해 배출됩니다. 배기가스에는 오염 물질이 포함되어 있으므로 배기가스를 정화하는 여러 가지 장치가 장착되어 있습니다.

 

 

3. 디젤엔진의 특징

 

1) 디젤엔진의 장점

1. 뛰어난 연비 : 디젤 연료는 가솔린보다 에너지 밀도가 높기 때문에 동일한 용량의 연료로 더 많은 거리를 이동할 수 있습니다. 일반적으로 가솔린 엔진보다 연비가 뛰어나며, 연비가 좋습니다.
2. 저속에서 높은 토크 : 디젤 엔진은 가솔린 엔진보다 저속에서 높은 토크를 발생시킬 수 있습니다. 이는 상업용 차량이나 대형 SUV 같은 무거운 차량에서 효과적입니다.
3. 높은 열효율 : 연료를 고압 압축공기로 압축하여 연소시키는 방식으로 작동합니다. 이에 따라 열효율이 높아지며, 이는 가솔린 엔진보다 더 많은 에너지를 생산하게 됩니다.
4. 작은 탄소 배출량: 디젤 연료는 가솔린보다 탄소 배출량이 적습니다. 이는 연료당 더 적은 탄소를 생성하고 연비가 뛰어나기 때문입니다. 최근에는 친환경적인 저공해 디젤 차량이 개발되어 더욱 많은 이들에게 인기가 있습니다.

 

2) 디젤엔진의 단점

1. 진동과 소음 : 가솔린 엔진보다 진동이 강하고 소음이 큽니다. 높은 압축비로 인해서 폭발할 때 소음과 진동이 가솔린 엔진보다 크게 발생합니다.
2. 비용이 높음 : 디젤 엔진은 보통 가솔린 엔진보다 비쌉니다. 이는 고압으로 인해서 엔진을 튼튼하게 만들어야 하고, 고압 연료 분사 시스템과 탈취 장치 등의 추가 부품을 설치가 필요합니다.
3. 높은 유지보수 비용 : 고압 연료 분사 시스템과 탈취 장치 등의 추가 부품을 유지보수가 필요하기 때문에 비용이 상대적으로 높습니다
4. 오염물질 배출 : 탄소의 사용량은 가솔린 엔진 대비 작지만, 더 많은 질소산화물(NOx)과 먼지를 발생시킵니다. 최근에 이는 대기 오염 주범으로 인식되어서 점점 디젤엔진의 선호도가 떨어지고 있습니다.
5. 초기 시동의 어려움 : 디젤엔진은 압축공기에 의한 자연발화를 하고 있습니다. 그래서 낮은 온도에서는 초기에 시동에 많은 어려움이 있습니다. 과거에는 많은 어려움이 있었지만, 시스템의 발전으로 인해서 최근에는 대부분의 문제가 해결되었습니다.

 

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