기관 26 > 디젤기관의 본체·연소실·연료장치개요

1. 디젤기관 본체의 구조

     디젤 기관의 본체 구조는 가솔린 기관과 기본적으로는 같으나, 연소 최고 압력이 가솔린 기관 보다 높고 압축비도 높으므로,기관 실린더 블록, 실린더 헤드 및 관련부품의 강도가 큰 것이 요망된다. 실린더 블록 및 실린더의 구조는 가솔린 기관과 같으며, 피스톤은 기관 연소실 형상에 알맞은  형상의 헤드를 가지고 있다. 피스톤과 커넥팅 로드, 크랭크축, 밸브 기구, 밸브의 개폐 시기 등 의 구조는 가솔린 기관의 경우와 같으므로, 여기서는 연소실에 대해서만 다루기로 한다.

 

2. 디젤 기관의 연소실

     디젤 기관은 가솔린 기관과 달리 압축된 공기와 분사된 연료가 균일하게 혼합되어 연소실 내 에서 완전 연소시킬 수 있는  구조의 연소실을 갖추고 있어야 한다. 디젤 기관의 연소실은 다음 과 같은 여러 가지 형식이 사용되고 있다.

1) 직접분사 :직접 분사식(direct injection type) 은 그림과 같이 피스톤과 실린더 헤 드로 둘러싸인 연소실에  분사 밸브로부터 직접 연료를 분사하는 형식이다.  연소 가스에 와류를 형성하여 혼합 및 연료의 증발을 촉진 할 수 있도록 피스톤 헤드에는 반구형 또는 구형 연소실을 만든 것도 있다.

2) 예연소실: 예연소실식(precimbustion chamber type)은 그림과 같이 주연소실 외에 실린더 헤드에 예  연소실을 가지고 있는 연소실로서, 한랭시의 시동을 용이하게 하기 위하 여 예열 플러그를 설치한다. 분사  밸브로부터 예연소실로 분사된 연료는 그 일부가 착화 연소 하여 예연소실 내의 압력을 높인다. 그러므로 예연소실 내로부터 고온 가스가 작은 구멍을 통 하여 주연소실로 분출하여 완전 연소한다.

3) 와류실식 : 와류실식(turbulence chamber type) 은 그림과 같이 주연소실 외에 압축 행정 중의 공기 와류를 일으키도록  실린더 헤드에 와류실을 설치한 방식이다. 와류실은 구 형으로 되어 있고, 피스톤 면적의 2∼ 3% 정도의 통로로 주연소실과 연결된다.

4) 공기실식:  주연소실 외에 공기실 있으며  연료는 주연소실 안에 분사되며 그 일부가 공기실로 들어가 연소되어 이 연소 로  인하여 분출 에너지를 크게 한다.                                     

 

5) 연소실의 장단점

연소실

장         점

단           점

직접

분사식

1. 실린더 헤드가 간단하고 열효율이 높다

2. 시동이 용이하고, 예열 플러그 필요없다

3. 연소실 용적에 대한 표면적 비율이 작아서 냉각손실이 적다

1. 양질의 연료를 사용해야 한다

2. 연료의 분사 압력이 높다

3. 부식실에 비하여 와류가 약하므로 고속 회전에적합하다

 

예연소실식

1. 여러 가지 연소 연료를 사용할 수 있다

2. 연료 분사압력이 80-150kgf/㎠로 낮게 할 수 있다.

3. 디젤 노크 발생이 적고 진동.소음이 적다

1. 실린더 헤드에 예연소실이 있으므로 구조가 복잡

2. 핸냉시 예열 플러그가  필요하다

3. 연효율. 연료소비율이 직접분사식 보다 나쁘다.

와류실식

1. 압축 공기의 와류를 이용하므로 공기와 연료의

    혼합이 양호하다

2. 비교적 고속 회전에 알맞다.

3. 연료 분사 압력이 낮다.

1. 와류실이 있으므로 실린더 헤드의 구조가 복잡

2. 열효율, 연료 소비율이 나쁘다.

3. 시동시 예열 플러그 필요

 

 

3. 윤활 장치 

  디젤 기관의 윤활장치의 기본 원리는 가솔린 기관과 동일하며, 오일 펌프에는 기어펌프와 트 로코이드 펌프가 사용된다. 윤활장치 내의 유압은 3∼4㎏f/㎠ 정도이며, 대형 기관에서 그림과  같은 윤활유 냉각기 (oil cooler)를 사용한다.

 

 

 

         

 

4. 연료 장치 개요

   디젤기관의 연료 분사 장치는 그림 같이 연료 탱크, 연료 공급 펌프, 연료 분사 펌프,  연료 여과기, 연료 분사 밸브 (노즐) 등으로 구성되어 있다. 디젤기관의 연소의 양부는 연료의 착화성 외에 연료의 분사 압력이나 분무의 상태에 따라서 크게 달라진다. 연료를 분사하여 미립으로 만들고, 연소하기 쉽도록 압력을 가하여 각 실린더의 연료 분사밸브로 압송하는 장치를 연료 분사 장치라고 한다.

 

 

1) 연료 분사 조건 : 연소실 내에서 연료가 신속하게 완전 연소하기 위하여 다음과 같은 조건을 갖추어야 한다.

① 무 화 : 연료의 증발과 연소는 연료 입자가 작아질수록 신속하게 이루어지므로, 연료 입자를 미세한 입자로 만들어 주는 것이 필요하다. 이와 같이 분사 노즐에서 분사되느 분무 의 연료 입자를 미세하게 깨뜨려서 미립화하는 것을 무화(atomization)라고 한다.

② 관통력 : 연소실 내로 분사되는 연료는 연료의 미립자가 가능한 한 먼 곳까지 관통하여 도달할 수 있는 힘이 있어야 한다.이와 같이 연료 분무 입자가 압축된 공기 중을 관통하여 도달하는 능력을 관통력(penetration)이라고 한다. 연료  입자가 지나치게 작으면  압축 공기 속을 관통할 수 없어서 노즐 주위에 연료 입자들이 모이게 되고, 이러한 현상은 불완전 연소나 디젤 노크를 일으키는 원인이 된다.

③) 분 포 : 분사된 연료의 입자가 연소실 내의 구석까지 균일하게 분포(distribution)되어 알맞게  공기와 혼합되어야 한다. 이  밖에도 연료가 분사된 후 열분해를 일으키지 않고 그대로 기화되어 균일한 혼합기가 만들어져야 한다.

 

5. 연료 여과기  

 ◆  디젤 기관은 연료에 의하여 분사 펌프를 윤활하므로 연료 여과기의 기능은 매우 중요하다.  연료 여과기는 연료 속에 들어  있는 이물질과 수분 등의 불순물을 여과하여 분리하는 일을 한다. 그림에서. 연료 계통 내의 압력이 규정 압력 이상이 되면      오버플로 밸브가 열려서 연료 를 탱크로 보내어 연료 여과기 및 파이프 접속부등에 과도한 압력이 걸리지 않도록 한다.

 

6. 연료 펌프  

  연료 펌프는 연료 탱크로부터 연료를 압송하는 펌프로서그림과 같은 구조로 되어 있다. 캠축의 회전에 의해 태핏푸시 로드, 피스톤을 작동시키면 입구 밸브 및 출구 밸브가 작동하여 연료를 한쪽방향으로만 송출하는 구조로 되어 있다.

 그림에서. 프라이밍 펌프(priming  pump) 는 연료 계통의 공기를 제거 하거나 배관 내에 기포를 없에고 연료를가득차게 할 때  사용되는 펌프로서, 여과기를 교환하거 나 탱크 내의 연료를 배출시킨  후  연료를 다시 넣을 때 사용된다.

 연료 펌프의 작동과정은, 피스톤의 작동에 의하여  출구 밸브로부터 송출된 연료가  외실(outer chamber)에 충만한   상태로 있다가 피스톤이 하향  행정을 하면 새로운  연료가 흡입 밸브로 흡입되면서   분사  펌프 쪽으로 연료를  송출 하도록 되어 있다.