자동차 전문 이야기 - 디젤 엔진

디젤 엔진이란?

디젤 엔진은 가솔린 엔진과 마찬가지로 내연 기관입니다. 내연기관은 동력이 발생되는 엔진의 주요 부품 내부에서 연료가 연소되는 기관이라는 뜻입니다. 내부 연소는 외연 기관에 비교하면 연소가 일어나는 실린더 내부에서 에너지 손실이 적기에 동력 손실이 적습니다. 이 때문에 내연기관이 외연기관보다 효율이 좋다고 얘기하는 것입니다. 

디젤 엔진과 가솔린 엔진의 차이점

가솔린과 디젤 엔진 모두 내연 기관이지만 방식의 차이가 있습니다. 가솔린 엔진(불꽃 점화 방식)에서는 연료와 공기가 실린더 내부로 분사되어 연료와 공기의 혼합물을 압축(원래 부피의 10분의 1)하여 점화 플러그로 인해 폭발이 일어납니다. 폭발로 인해 피스톤을 아래로 밀어내리게 되고 피스톤이 움직이므로 인해 피스톤과 연결되어 있는 크랭크축을 돌아가게 하고 그로 인해 동력이 바퀴로 전달되게 됩니다. 

디젤 엔진(압축 점화 방식)은 조금 더 간단하게 작동합니다. 먼저 공기를 실린더 내부로 주입하게 됩니다. 연료가 주입되기 전 공기를 원래 부피의 14~25분의 1의 부피로까지 압축을 합니다. 공기를 엄청나게 압축을 하기 때문에 엄청난 열이 발생되게 됩니다. 이렇게 공기가 압축이 되게 되면은 전자식 연료 분사 시스템에 의해 실린더 내부로 연료가 분사되게 됩니다. 공기가 엄청나게 뜨겁기 때문에 점화 플러그가 없어도 점화가 되어 폭발하게 됩니다. 이 폭발로 피스톤을 밀어내게 되고 그 힘으로 크랭크 축과 바퀴를 구동하게 됩니다.

디젤 엔진의 행정

4행정 엔진

디젤 엔진도 가솔린 엔진과 마찬가지로 4 행정 사이클을 반복하게 됩니다.

흡기 : 피스톤이 아래로 내려가면 흡입 밸브가 열려 공기가 실린더 내부로흡입됩니다.

압축 : 흡입 밸브가 닫히고 피스톤이 다시 위로 올라오면서 공기를 압축 가열합니다. 압축된 공기에 연료를 분사하여 자연 발화를 하게 됩니다. 가솔린 엔진과는 달리 스파크 플러그가 필요없습니다.

폭발 : 압축된 공기에 연료를 분사하여 점화 폭발하게 되면서 피스톤을 아래로 밀어내리게 됩니다. 그 힘으로 바퀴로 동력을 전달하는 크랭크축을 구동합니다.

배기 : 배기 밸브가 열리면서 피스톤이 다시 올라오며 배기 가스를 배출하게 됩니다.

2행정 엔진

2행정 디젤 엔진은 2스트로크 행정이 반복됩니다. 하지만 2스트로크 행정이지만 3가지의 단계로 진행되게 됩니다.

배기 및 흡입 : 흡기 밸브와 배기 밸브가 동시에 열려서 공기가 들어오면서 배기 가스를 밀어내고 흡기 배기가 동시에 일어납니다.

압축 : 흡기 밸브와 배기 밸브가 닫히면 피스톤이 올라오면서 공기를 압축 가열합니다. 피스톤이 최상단에 도달하게 되면 연료가 분사되고 점화 폭발하게 됩니다.

동력 : 압축된 공기에 연료를 분사하여 점화 폭발하게 되면서 피스톤을 아래로 밀어 왕복 운동을 회전 운동으로 바꾸어주는 크랭크 축을 구동하게 됩니다.

2행정 엔진은 4행정 엔진보다 동력 생산은 더 효율적이나 더 많은 냉각이 필요하고 마모가 심하게 됩니다.

디젤 엔진의 효율성과 연료

가솔린 엔진에 비해 최대 2배정도 효율적으로 작동됩니다. 같은 양의 연료로도 훨씬 더 많은 거리를 주행할 수 있습니다. 그 이유로는 압축 정도로나  온도 높이로나 디젤 엔진이 월등히 높습니다. 그리고 공기를 압축 가열하여연료를 좀 더 완전하게 연소할수 있게 해줍니다. 경유와 가솔린은 아주 많이 다릅니다. 경유는 더 무거운 탄화수소로 만든 저급 석유 제품입니다. 정교한 연료 분사가 필요없는 디젤 엔진은 이론상으로는 거의 모든 탄화수소 연료로도 작동할 수 있습니다. 하지만 디젤과 가솔린은 많이 다르기에 혼유를 조심해야 합니다.

디젤 엔진의 장단점

디젤 엔진은 기차, 크레인, 불도저, 잠수함까지 여러방면으로 사용되어 지는 연소 엔진입니다. 가솔린에 비해 더 간단하고 효율적으로 작용하며 경제적입니다. 그리고 경유는 휘발유에 비해 휘발성이 적고 더 안전합니다. 가솔린과는 다르게 저속에서 큰힘을 요하는 장치에 유용하게 사용됩니다. 디젤 엔진의 가장 큰 단점은 오염입니다. 디젤은 해로운 질소 산화물, 일산화탄소, 탄화수소 등 오염물질을 배출합니다. 하지만 더 적은 연료 사용으로 더 연비가 좋습니다.