디젤기관 전체 요약판 | 낙서장
2003/12/16 21:22 



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1. 디젤기관의 작동

1-1. 디젤기관의 개요

◆ 디젤기관은 독일인 디젤(Diesel Rudolf) 에 의하여 개발 되었기 때문에 디젤기관이라 부른다 디젤기관은 실린더내 공기를 흡입하여 압축하고, 고온상태로 되게 한 다음,연료를 고압으로 분사하여 자연 착화시켜 동력을 발생하는 기관이다.
디젤 기관도 가솔린 기관과 같이 4행정 사이클 기관과 2행정 사이클 기관이 있으며,그 기본 적인 구조는 가솔린 기관과같으나 연료 장치가 크게 다르다.

 
디젤엔진 ·압축점화기관이라고도 한다. 먼저 실린더 내에 공기를 흡입 ·압축해서 고온 ·고압으로 한다. 여기에 액체연료를 분사하여 자연발화시킨 다음 피스톤을 작동시킴으로써 동력을 얻는 내연기관이다. 디젤기관은 1893년 독일의 기술자 R.디젤에 의해서 제작되었다. 디젤은 처음 중유(重油)를 사용했으나, 회전수(回轉數)의 증가 등 그 개량(改良)이 진전됨에 따라서, 착화성(着火性)이 양호한 경유(輕油)를 사용하게 되었다. 현재는 매분 4,000회전 이상에 이르는 것도 있다. 처음에는 육상용(陸上用)뿐이었으나, 1930년 이후 선박 ·자동차 ·철도차량에도 동력원으로서 사용되게 되었다. 열효율(熱效率)도 좋아서 현재는 50% 정도의 것이 사용되고 있다.

최초의 디젤기관은 1922년 독일에서 만들어졌는데, 자동차에 사용할 수 있을 만큼 가볍고 작다. 그래서 이전의 낮은 출력 때문에 디젤기관이 응용될 수 없었던 많은 분야에 사용되었다. 고속 디젤기관은 디젤이 개발했던 저속 연소행정방식이 아니다. 연료는 압축행정이 거의 끝날 때 실린더에 분사되고, 피스톤이 사점(死點) 근처에 있는 동안 압력이 갑자기 상승하면서 급속히 연소된다. 초기 디젤기관의 압축점화와 연료분사만이 현재의 고속 디젤기관에 남아 있다.

1940년대 중반 이후의 디젤기관은 주로 시간당 마력당 비교적 낮은 소비비로 저급연료를 사용할 수 있다. 그래서 전세계적으로 약 5,000마력의 장치에 사용되는 주요 산업의 동력원이 되었다. 이때 낮은 연료소비는 높은 압축비에 주로 기인한다. 여기서 디젤기관은 연료분사방식과 연소과정의 특성 때문에 비교적 비정제된 연료를 사용할 수 있다. 이렇게 디젤기관은 저급연료도 사용이 가능하므로 연료비가 적게 드는 장점이 있다. 반면, 마력당 중량, 초기비용, 대기오염물질과 냄새의 방출, 작동소음이나 진동 등이 크다는 단점이 있다. 

구조
가솔린기관과 마찬가지로 실린더·피스톤·크랭크축(軸) 등으로 구성되어 있다. 중유·경유 등의 저질유(低質油)를 사용하므로, 연료 기화기(氣化器)나 전기 점화장치는 사용하지 않는다. 실린더 내에 공기를 흡입하여 이것을 압축하며, 압축비를 14∼22로 크게 하고(가솔린기관에서는 4∼8), 500∼700℃의 온도로 한다. 이 고온·고압의 공기 속에 연료분사 밸브로부터 연료를 분사하여 자연발화시키도록 되어 있다. 연료는 플런저형 펌프에서 분사되며, 연료밸브는 버섯형의 포핏밸브가 많이 사용되고 있다. 니들밸브는 용수철에 의해서 밸브시트에 밀착되어 있다. 펌프에 의해서 연료가 소정의 압력이 되면 자동적으로 밀어 올려지고, 연료는 미립자상(微粒子狀)으로 되어 실린더 속으로 분사된다. 다음에 실린더 속의 고온에 의해 자연 착화되어 폭발하면, 실린더 속의 압력이 상승하여 피스톤을 밀어올려서 일을 한다. 디젤기관에는 가솔린기관과 마찬가지로 2사이클식(式) 및 4사이클식(式)의 2종류가 있으며, 단동식(單動式)·복동식(複動式)이 모두 사용되고 있다. 마력은 몇 마력부터 3만 5천 마력 정도의 것까지 있다. 또 큰 마력을 내기 위해서 과급기(過給器)를 장치하게 되어 있다. 

연소실의 모양에 따라 단실식(單室式)과 부실식(副室式)이 있다. 단실식은 피스톤 헤드와 실린더 커버에 둘러싸인 연소실에 연료를 분사하는 것으로 직접분사식이라고 한다. 대형기관은 대체로 직접분사식이다. 이것은 열효율은 좋지만 부실식에 비해 착화성(着火性)이 좋은 약간 고급인 연료를 필요로 한다. 부실식은 주연소실과 부실로 되어 있으며, 연소실에 공기의 난류(亂流)를 일으켜 연소를 돕도록 되어 있다. 이 방법에서는 비교적 착화성이 나쁜 연료도 사용이 가능하다. 그러나 연소실의 구조가 복잡하게 되고, 온도의 불균일에 의해 열변형(熱變形)을 일으키기 쉬운 결점이 있다. 따라서 실린더의 지름이 약 200mm 이하인 소형기관에 채택된다. 또 기동(起動)을 쉽게 하기 위해 점화장치를 갖춘 것이 많다. 핫밸브 기관(열구기관)이 소형선박 등의 동력으로 사용되고 있다. 이것은 연료·작동방식이 모두 디젤기관과 같으므로 준디젤기관이라고 한다. 연소실의 일부에 고온의 열구(熱球)를 갖추고, 기동시에는 우선 이 부분을 외부에서 가열하여 적열(赤熱)시킨다. 그런 후 연료를 이 부분에 분사하여 점화시킨다. 점화된 후에는 외부로부터의 가열을 중지해도 자연착화하여 운전이 계속된다. 취급이 쉽기 때문에 소형선박은 물론 기타 선박의 보조기구동용(補助機驅動用)으로 사용되고 있다. 

특징 ·용도 
디젤기관은 가솔린기관보다 값이 싼 중유·경유 등의 연료를 사용할 수 있고, 연료 소비량이 적으므로 운전비가 싸다. 또 기동도 쉬워서 내연기관 중에서 가장 널리 사용되고 있다. 대형은 대형선박의 주기관으로 사용되며, 5,000마력 이상으로 2사이클의 것이 많다. 중형은 발전용·선박용으로 사용되고 있다. 1,000마력 이상의 것에는 2사이클도 사용되고 있지만, 일반적으로 4사이클이 사용된다. 소형의 것은 자동차용·철도차량용·소형선박용·건설기관용 등 그 용도가 매우 넓다. 또 경운기·관개용펌프·분무기 등의 농업용이나 압축기 구동, 양수펌프 구동, 비상용 통신 전원 등에도 사용되고 있다. 이 밖에 도로공사 등에 사용되는 토사운반용 컨베이어의 구동에도 사용되고 있다. 또 큰 빌딩이나 학교·병원 등에서 정전시에 자동적으로 디젤기관이 가동된다. 이는 발전기를 회전시켜 송전함으로써 사고를 방지하는 데 사용되고 있다. 




1-2. 디젤기관의 작동원리

◆ 디젤 기관은 흡기행정에서 공기만을 흡입하고 30-50kgf/㎠ 정도를 압축하여 약500℃ 정도 의 고온이 되게 한 다음 연료를분사하여 자연착화시켜 동력을 발생하는 기관으로서, 압축 비는 16-23 정도이다

(가) 4행정 사이클 디젤 기관의 작동

(ㄱ) 흡입 행정: 피스톤이 상사점으로부터 하강하면서 실린더 내로 공기만을 흡입한다.

(ㄴ) 압축 행정: 흡기 밸브가 닫히고 피스톤이 상승하면서 공기를 압축한다.

(ㄷ) 동력 행정: 압축 행정 말 고온이 된 공기중에 연료를 분사하면 압축열에 의하여 자연착화 한다.

(ㄹ) 배기 행정: 연소가스의 팽창이 끝나면 배기 밸브가 열리고, 피스톤의 상승과 더불어 배기 행정을 한다. 4행정 사이클디젤 기관은 이와같은 사이클 과정을 되풀이 하면서 작동된다.

(나) 2행정 사이클 디젤 기관의 작동

◆ 2행정사이클 디젤기관은 가솔린 기관과 같은 모양으로, 크랭크축 1회전에 소기(흡입, 압축, 동력, 배기의 4행정을 마치면서 1사이클을 완료하게 되어 있으며, 이와 같은 사이클 과정을 반 복함으로써

3-2 디젤 노크와 세탄값

◆ 디젤 기관에서 착화성이 나쁜 연료를 사용하면 착화 지연 기간이 길어지고, 이 기간 중에 분사되어 축척된 연료가 매우급격하게 연소하여 디젤 노크(diesel knock) 를 일으키게 된다. 따라서, 착화 지연 기간이 길수록 노크의 세기는 증가한다.

착화 지연을 짧게 하기 위하여는 연료의 착화성이 좋은 연료를 사용하는 것이 요망된다. 그러므로 세탄값이 높은 연료일수록 디젤노크가 잘 일어나지 않는다. 세탄값은 옥탄값과 마찬가지로, 가변 압축비 시험기관에 의하여 시험되며, 착화성이우수한 세탄(cetane, C16H34) 의 세 탄값을 100으로 하고, 착화성이 나쁜 α-메틸나프탈린[α-methylnapthalene,C10H7(CH3) 〕의 세탄 값알 0으로 정한 다음, 이들을 각각 적당한 혼합비로 혼합하여 세탄의 체적 백분율로 세탄값을나타낸다. 이와 같이 혼합된 연료를 표준 연료로 하고, 시험하고자 하는 연료가 같은 세기의 노크를 발 생할 때 표준연료의 세탄값이 구하고자 하는 연료의 세탄값이 된다.

◆ 세탄값 47 = 세탄 체적 47%, α-메틸나프탈린의 체적비율이 53%



3-3 디젤 노크의 방지

◆ 노크의 원인되는 요소 : 연료의 종류, 연소실 모얄, 회전수, 압축비, 연료 분사시기, 기관의 부하, 분사량, 분무장치등

가) 연료의 종류 : 연료가 실린더 안에 분사된 다음 착화 연소하끼 가지는 일정한 기간이 필요하다. 이 기간을 착화 지연기관이라 하며 연료에 따라 차이가 있다. 따라서 노킹 방지를 위하여 착화성(세탄가 높은)이 좋은 연료를사용 하여야 한다.

나) 압축비 : 압축비를 크게하면 압축온도와 압력이 높아져 노킹을 방지 하는데 도움이 된다. 그러난 압축비를 너무 크게하면 기관의 시동 토크가 커지고, 연소최고 압력도 높아지고, 기계계효율도 저하되므로 어는 한도 이상은불리하다.

다) 연료의 분사량 :분사초기에 연료량을 적게하면 최초에 착화되는 연료가 적으므로 압력 상승도 급격하지 않고 노크도줄일 수 있다.

라) 연소실 모양 :착화지연을 짧게하여 급격한 압력 상승을 방지하기 위하여 적당한 연소실을 사용한다.

마) 분사시기 : 분사시기는 어는정도 빨리해도 착화시기에는 한도가 있으며, 기관의 온도가 낮을 경우 또는 회전속도가느릴 경우에는 압축온도가 낮아져 착화지연 기간이 길어지기 때문에 노크가 일어나기 쉽다.



4. 기관 본체

4-1 기관 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.



4-2 디젤 기관의 연소실

◆ 디젤 기관은 가솔린 기관과 달리 압축된 공기와 분사된 연료가 균일하게 혼합되어 연소실 내 에서 완전 연소시킬 수 있는구조의 연소실을 갖추고 있어야 한다.연료분사를 위해 보통 연료분무와 공기를 충분히 혼합시키기가 곤란하다. 혼합을 촉진하는 목적으로 다음과 같은 형식의 연소실이 디젤기관에서 사용되고 있다. 이와같이 디젤기관의 연소실은 다음과 같은 여러형식의 연소실이 사용되고 있다.

(가) 예연소실식(豫燃燒室式):주연소(主燃燒)와는 별도로, 틈새부피(clearance volume)의 20~40%인 예연소실 속에 연료를 분사하여 여기서 연료의 일부가 연소하고, 그 연소가스에 의해 나머지 분무연료(噴霧燃料)를 주연소실에 분출하여 완전연소시키는 것이다. 연소는 분무의 성질에 둔감하기 때문에, 분사압은 낮아도 되고 노즐도 분무특성을 생각할 필요가 없다. 또 연소속도가 빠르므로 고속회전이 가능하여 자동차 엔진에 널리 사용되고 있다. 유해(有害) 배기가스 속에 있는 질소산화물의 발생량은 직접분사식에 비해 1/3~1/5로 적다. 그러나 다른 연소실에 비해 주실(主室)과 부실(副室)을 연결하는 통로에서의 단면수축 손실이 크고, 연소실의 면적이 넓기 때문에 시동(始動)이 곤란하여, 가열밸브를 가지는 것이 보통이다.

(나)와류실식(渦流室式):틈새부피의 60~70%에 이르는 와류실을 두어, 압축행정 중에 넣어지는 공기는 강한 와류가 된다. 이 강한 와류의 흐름에 연료를 분사하여 충분히 혼합시키려는 것이며, 연소는 대부분 이 와류실 속에서 이루어진다. 비교적 단면수축손실이 적어 최근 많이 채택되고 있다.

(다)직접분사식:연료는 주연소실 안으로 직접 분사되고, 부실은 없다. 연소실은 실린더 헤드 또는 피스톤 헤드에 만들어지는 오목한 부분에 의해 구성되는 경우가 많다. 단면수축손실이 없으므로 연료 소비율이 우수하고, 시동도 비교적 수월하다. 단지 공기와의 혼합이 불충분하기 때문에 연소속도가 느리며, 주로 대형 저속의 선박용 기관에 채택되고 있다. 또 불완전연소하기 쉽고, 과부하(過負荷) 때 매연이 발생하기 쉽기 때문에, 분무특성(噴霧特性)이 뛰어난 다공(多孔) 노즐을 사용하여 높은 분사압력을 가해야 한다. 

(라) 공기실식: 주연소실 외에 공기실 있으며 연료는 주연소실 안에 분사되며 그 일부가 공기실로 들어가 연소되어 이 연소로 인하여 분출 에너지를 크게 한다.


5-1 연료 분사 조건

◆ 연소실 내에서 연료가 신속하게 완전 연소하기 위하여 다음과 같은 조건을 갖추어야 한다.

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

(나) 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. 연료입자가 지나치게 작으면 압축 공기 속을 관통할 수 없어서 노즐 주위에 연료 입자들이 모이게 되고, 이러한현상은 불완전 연소나 디젤 노크를 일으키는 원인이 된다.



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



5-2 연료 여과기

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



5-3 연료 펌프

◆ 연료 펌프는 연료 탱크로부터 연료를 압송하는 펌프로서

그림과 같은 구조로 되어 있다. 캠축의 회전에 의해 태핏

푸시 로드, 피스톤을 작동시키면 입구 밸브 및 출구 밸브

가 작동하여 연료를 한쪽방향으로만 송출하는 구조로

되어 있다.

프라이밍 펌프(priming pump) 는 연료 계통

의 공기를 제거 하거나 배관 내에 기포를 없에고 연료를

가득차게 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 충

만한 상태로 있다가 피스톤이 하향 행정을 하면 새로

운 연료가 흡입 밸브로 흡입되면서 분사 펌프 쪽으로

연료를 송출 하도록 되어 있다.


5. 연료 장치

5-4 연료 분사 펌프

◆ 연료 분사 펌프 (fuel injection pump) 는 연료를 연소실 내로 분사하기 위하여 필요한 높은 압력으로 압축하여 폭발 순서에 따라서 각 실린더의 분사 노즐로 압송하는 펌프이다. 연료 분사펌프에는 연료 분사량과 분사 시기를 조정하는 조속기와 분사시기 조절기(타이머)가 붙어 있다.

◆ 연료 분사 펌프 종류

직렬형 : 직렬형은 각 실린더용 펌프를 한데 모 아서 펌프 하우징에 직렬형으로 조립하여 일체로 만든 것으로서, 고속디젤기관에 가장 많이 사용된다

분배형 : 분사형은 모든 실린더에 대하여 하나의 펌프를 사용하고, 분배기에 의하여 각 실린더로 분해하는 것으로서,펌프와 분배기가 하우징에 조립되어 있다.


(1) 분사량의 조정

◆ 분사 펌프의 분사량의 조정은 그림과 같이 플런저의 작동에

의하여 이루어 진다. 플런저는 분사 펌프 캠축의 캠에 의하여

플런저 배럴 내에서 상하 운동하면서 연료를 송출하는 작용을

한다. 플런저가 하강하여 흡입구 를 열리 면 배럴 내에 연료가

흡입되고, 플런저가 상승하여 흡입구를 막으면 연료가 압송

된다.

플런저의 리드 (경사지게 파진 홈)가 흡입구와 겹쳐 지면 압송

되는 연료는 연료압 배출구로 되돌아 와서 압송은 중지된다.

따라서, 분사량은 플런저가 상승하여 플런저 끝이 흡입구를 막을

때부터 플런저 리드가 배출구에 겹쳐질 때까지의 길이, 즉

플런저의 유효 행정에 따라서 변한다. 플런저 배럴은 본체에 고

정되어 있으므로 제어 래크와 피니언에 의하여 플런저가 회전함

에 따라서 유효 행정이 변화 되어 분사량을 바꿀 수 있다. 플런저

는 분사량을 변화시키기 위하여 경사지게 파진 홈인 리드와 연료

가 송출되는 중심 구멍이 가공되어 있는 플런저와 리드가 곡선형

으로 가공되어 있는 수직형 홈이 있는 플런저가 있다.



2) 딜리버리 밸브

딜리버리밸브(deliveryvalve)는 플런저로부터 연료를 분사관으로

송출하는 작용과 송출이 끝날 때 분사관의 유압이 저하되면 스프링에

의해 밸브가 급격히 닫혀 연료의 연류 방지 및 후적을 방지하는 일

을 한다


3) 조속기

◆ 조속기(governor)는 연료 분사량을 가감하여 기관의 회전속도를 제어하는 역할을 하며. 오버런(over nin) 이나 엔진 정지를방지한다

◆ 조속기 종류 : 기계식, 공기식, 서보식, 유압식 및 전자식.

◆ 조속기 분류 : 최고 및 최저속도만 조절하는 조속기(기계식)와 모든 회전속도 범위를 조절하는 전속도 조속기(진공식)

① 기계식 조속기

기계식 조속기는 그림과 같이 분사펌프 구동 캠축에 부착된 원심

추가 받는 원심력과 조속기 스프링의 장력이 이루는 변위를 이용

하여 연료 분사 펌프의 제어 래크를 움직여서 분사량을 조절하는

것으로서, 원심식 조절기라고도 한다. 기관을 시동할 때에는 제어

레버가 그림 A쪽으로 작동하면 조속기 스프링 장력은 최대로 되고,

연료 래크는 시동 연료 위치로 된다. 시동 연료 위치는 최대 토크

속도보다 약 25%정도 많은 연료가 보내진다. 기관이 중속일 때에

는 그림 B쪽으로 움직어, 회전하는 원심추의 원심력과 조속기

스프링이 평형되는 위치에 있으며, 연료 래크는 ½ 연료 위치에

있게 된다.






② 공기식 조속기

공기식 조속기는 소형 디젤기관에 사용되는 것으로서,

엔진의 회전속도와 흡기 다기관 진공 변화에 의해 연료

분사량을 조절하며 모든 회전속도 범위를 제어하는

전속도 조속이다]

공기식 조속기는 제어래크가 다이어프램에 연결 되어

있고, 다이어 프램에 의해 진공과 대기압실로 형성된다.

진공실은 스로틀 보디의 벤튜리에 연결되어 있고,

대기압실에는 스톱레버 및 앵글라이히 스프링을 톨해

제어랙을 눌러 최대 분사량 위치에 있게한다.

기관 회전수가 증가하면 벤투리부의 진공실(부압실)의

진공도가 증가하여 메인 스프링 장력을 이기고 제어

래크를 감소 방향으로 이동 시킨다.



③ 유압식 조속기

유압식 조속기에서, 연료 래크의 작동 원리는 유압작용

을 이용한 것이다.



④ 전자식 조속기

전자식 조석기 (electronic governor)는 기관의 모든 작동 조건에 알맞은 연료를 전자제어 유닛을 통하여 제어하는조속기이다. 이것은 전자제어 유닛, 솔레노이드 액추에이터(solenoid actuator), 기관 속도 센서, 컨트롤 로드 등으로구성되어 있다.



4) 앵글라이히 장치

◆ 제어랙이 동일한 위위에 있어도 회전속도가 빨라짐에 따라 분사량은 증가 하지만 연소에 필요한공기는 소량이 흡입 되게때문에 회전 속도의 모든 범위에 공기와 연료의 균일한 비율을 유지 하기 의한 장치이다.

◆ 공기식 조속기의 앵글라이히 장치는 대기실에 설치 되어있는 앵글라이히 스프링은 주스프링에 의해 압축되어 최대분사량 위치에 제어랙을 밀고 있다가 엔진의 회전 속도가 빨라지면 진공실의 진공이 높아 지므로 앵글라이히 스프링이팽창하여 재어 레크를 감소방향으로 움직이게 한다.

◆ 기계식 조속기는 시프트가 접촉되는 부분에 공전 스프링 대신 앵글라이히 스프링을 설치하여 저속시에는 스프링이 팽창하여 래크를 최대분사 의치에 있게 있도록 하고 고솟시에 원심추에 의해 시프터를 밀어 앵글라이히 스프링을 압축하며제어 래크는 감소 방향으로 되돌아 온다.

5) 분사시기 조정장치(Timer)

◆ 연료가 분사되어 발화 연소하여 피스톤에 유효

한 일을 시킬 때까지는 어느정도 시간이 필요하

다. 따라서 엔진 회전 속도 및 부하에 따라 분사

시기를 변화 시켜야 한다. 허브는 캠축에 설치되

어 구동 프랜지에 의해 원심추를 사이에 두고 회

전 한다.

타이머 스프링은 원삼추 호올더에 고정된 베어

링 핀과 구동 플랜지의 저어널은 원심추의 곡면

에 설치되어 있고 원심추는 베어링 핀을 중심

으로 요동 할 수 있게 되어 있으며 플랜지

저어널을 사이에 두고 조정기 스프링에 의해

밀려 붙여져 있다.

엔진의 회전 속도가 증가되면 윈심추에 작용되는 원심력이 커져 스프링을 압축한다. 이에따라 저어널은 원심추면을 섭동하여 베어링핀이 당겨지면 베어링핀은 분사펌프 캠축을 어느 각도만큼 회전 시켜 분사시기를 진각 한다.



(나) 분배형 분사 펌프

◈ 소형 디젤 기관이 진보됨에 따라 분사 펌프의 크기, 무게, 가격 등이 차지하는 비중이 크기 때문에 한층 간단하고 소형이며, 가벼운 분사 펌프가 필요하여 만든 것이 분배형 분사 펌프이다. 그 특징은 열형 분사 펌프가 각 실린더마다 독립된플런저를 가지고 있어, 펌프의 캠축의 1회전에 1행정을 끝내는 데 대해 분배형 펌프는 1개의 플런저가 회전을 하면서 왕복운동을 하여 각 실린더에 연료를 분배한다. 또열형 분사 펌프는 이러한 장치가 모두 펌프 하우징 안에 결합되어 있다.부품수도 열형 펌프의 반 이하이므로 소형이고 가벼운 점에서 소형 자동차용 디젤 기관에 널리 쓰이고 있다.

1) 연료의 공급회로

◈ 분배형 분사램프의 연료 공급회로는 아래그림과 같이 연료탱크의 연료를 리프트 펌프(lift pump)가 빨아 올려 여과기를거쳐 펌프 하우징 내의 과급펌프에 보내진다. 리프트 펌프는 기관의 캠축에 의해 구동되는 다이어프램 펌프가 일반적으로 쓰이며, 수동으로도 작동할 수 있는 레버가 설치되어 연료회로 내의 공기 빼기l 등에 사용된다. 그리고 펌프실에서는 플런저와 분배기구가 고압의 연료를 만들어 알맞는 시기에 분사노즐을 통하여 실린더에 연료를 분사하게 한다

2) 분사펌프의 구조 및 작동

◈ 펌프의 구동축은 공급펌프, 거버너 구동기어, 캠플레이트, 플런저를 동시에 회전시킨다. 롤러 홀더는 하우징에 고정된다.

캠플레이트의 캠은 기관의 실린더 수와 같은 수의 페이스 캠(face cam)이 달려 있고, 고정되어 있는 롤러 위를 회전하면서 규정된 양정(cam lift)만큼 왕복 운동을 한다. 따라서 캠 플레이트와 접촉하고 있는 플런저는 회전 운동과 왕복운동을 하여, 연료를 흡입한 다음 분배 압송한다. 연료의 압송은 플런저가 더 상승하여 플런저의 컷오프 구멍(cut off port)이 제어 슬리브에서 벗어나 펌프실 안에서 개방된 때에 완료한다.분사 펌프의 윗부분에 있는 원심식 조속기는 플라이 추 홀더에 플라이 추가 결합되어 조속기 축에 부착되어 있다.조속기는 구동축에 부착된 기어로 구동하고, 조속기 축에는 조속기 슬리브가 접동(sliding)할 수 있는 구조로 결합되어 있다.

분사 펌프의 아랫부분에 있는 타이머는 펌프실 안의 연료 압력에 의해 작동하여, 타이머 피스턴이 롤러 홀더를 움직여서진각하여 분사시기를 제어한다.


3) 연료의 압송과 분사

◈ 구동축은 공급 펌프, 캠 판 및 플런저를 동시에 구동한다. 플런저 스프링은 플런저와 캠 판을 고정된 롤러 위에 밀어붙이고 있다. 캠 판이 회전하면 페이스 캠이 롤러 위로 올라가 플런저는 회전 왕복운동을 한다.

① 흡입 행정 : 플런저가 하강 행정에서 배럴의 흡입

구멍(intake port)과 플런저의 흡입

홈(intake slit)이 만날 때, 공급펌프

에서 가압된 연료가 고압실과 플런저

내부로 흡입된다.

② 분사 행정 : 플런저가 더 회전하면 페이스 캠이

롤러 위로 올라가고, 플런저가 상승

하여 연료를 압송하기 시작하고, 분배

밸브(delivery valve)스프링을 밀어

올려 노즐에서 연소실에 연료가 분사

된다.



③ 분사 완료 : 플런저가 캠 판에 의해 더 상승하면, 플런저의 컷오프 구멍이 펌프실 안으로 개방되어, 플런저 내부의 고압연료는 컷오프 구멍에서 펌프실 안으로 되돌아가고, 압력이 저하되어 연료의 압송이 끝난다.

④ 균얍 행정 : 플런저가 더 회전(180°)하면 균압 홈이 배출 통로와 만나, 배출 통로 안의 연료 압력을 펌프실의 연료 압력과같게 한다. 이 균압 행정은 분사시의 압력 간섭을 방지하게 되므로 안정된 분사를 할 수 있다.

4) 분사량 조절 작용

◈ 연료의 증감은 제어 슬리브를 접동시켜서 한다. 즉, 제어 슬리브의 이동으로 유효행정(연료압송 개시부터 압속 완료까지플런저 행정)이변한다. 제어 슬리브가 왼쪽으로 이동하면, 유효 행정이 적어져 분사량이 감소한다.

반대로, 오른쪽으로 이동하면 유효 행정이 커져 분사량은 증가한다. 즉, 연료의 분사 개시는 항상 일정하고 분사 완료는제어 슬리브를 이동시켜 분사량을 조절한다.

5) 연료 컷 솔레노이드

◈ 연료 컷 솔레노이드(fuel cut solenoid)는 분사 스위치의 ON, OFF 조작으로, 실린더의 흡입 구멍으로 통하는 연료통로를 개방하거나 차단한다.

6) 조속기의 구조와 작동

◈ 분사 펌프의 윗부분 안에 기계식 진속도 조속기가

들어 있다. 기어와 일체로 된 플라이 추 홀더는

조속기 축에 결합되어 있어, 구동축의 기어에 의해

증속 구동한다. 플라이 추 홀더 안에는 4개의 플라이

추가 결합되어 있고, 플라이 추 홀더가

구동되면 원심력이 발생하여 조속기 슬리브를 밀어

낸다.

조속기 레버 어셈블리는 하우징 바깥쪽에서 2개의

피벗핀(m1)으로 지지하고, 접촉 레버의 하부는 2개의

스프링으로 눌려 있고, 상부는 전부하 조전 나사에

눌려져 있다. 접촉 레버의 안쪽에는 텐션 레버와 시동

레버가 결합되어 그 하부는 공통된 축(m2)으로 지지

하고 있다. 텐션 레버와 시동레버 사이에는 시동 스프

링(판 스프링)과 시동 공전 스프링이 부착되어 있다.

조속기 레버 어셈블리 아랫 부분에는

볼 헤드 핀(ball head pin)이 달려 있어, 플런저 위를 접동하는 제어 슬리브의 핀 구멍 에 끼어 있으므로, 조속기의 작동이제어 슬리브에 전달되어 분사량을 제어한다.

7) 타이머

◈ 타이머(automatic timer)는 조정 밸브로 제어된 펌프실 압력에 의해

작동하는 유압식 타이머이다.

타이머 피스턴은 펌프 하우징 안에 펌프 구동축과 직각이 되게 결합

하여 송유 압력의 변화와 타이머 스프링 힘의 균형에 의해 타이머

하우징 안에서 접동한다. 피스턴의 작동은 슬리브 핀을 통해 원통형

롤러 링크를 회전시키는 운동으로 변하게 한다.

타이머 스프링은 타이머 피스턴을 분사지연 방향으로 밀고 있으면

기관의 회전속도가 빨라지면 펌프실의 연료압력이 높아져 피스턴은

타이머 스프링의 힘을 이기고 밀린다. 이 피스턴 작동에 의해 롤러

홀더는 구동축의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하여 분사 시기가

빨라진다





8) 분사량의 불균율

◈ 다(多)실린더 기관에서 각 실린더에 공급하는 매(每)분사량에 차이가 있으면 폭발 압력에 차가 생겨서 진동이 발생하고,기관에서 나쁜 영향을 준다. 따라서 각 플런저의 분사량을 균등하게 하는 척도로 다음과 같은 불균율을 측정하여 불균율이 규정된 범위 안에 오도록 분사량을 조정한다.

여기서, 평균 분사량=

옆의 불균율은 보통 전부하시에 3~4%이고 ,

무부하시에 10~15%정도이며, 이범 안에 들도록

제어 랙의 위치에 대한 제어 슬리브의 관계 위치를

조정한다.


9) 조속기의 속도 변동률

◈ 기관이 전부하 최고 회전 속도로 운전할 때 어떤 원인으로 기관의 부하가 감소하면 기관의 회전 속도는 급격히 빨라진다.

이러한 경우에는 조속기가 분사량을 감소하여 회전 속도를 제어하게 되는데, 이 제어가 잘 못되고 못됨, 즉 조속기의 기능이 좋고 나쁜것은 부하가 급격히 감소했을 때의 회전속도의 급상승률로 난타난다. 회전 속도가 급상승한 비율을 속도 변동률이라 하며, 다음 식으로 나타낸다.

이 식에서 속도 변동률의 값이 적을 때는 조속기의 기능이 민감함을 나타

내고, 반대로 클 때는 기능이 둔하면 회전 속도의 급상승이 심하면 오버

런(over run)할 우려가 있다.

이 속도 변동률은 보통 10%정도이다.


5-5 연료 분사 밸브(injection nozzle)(노즐)

◆ 연료 분사 밸브는 분사 펌프로부터 고압의 연료를 연소실

내로 분사하는 장치로서, 노즐과 이 것을 고정하는 노즐 홀더

로 구성되어 있다. 옆의 그림은 연료 분사 밸브와 노즐의

구조를 나 타낸 것이다. 분사 펌프로부터 공급된 연료는

노즐 끝의 압력실이 들어가서 압력을 받으면 니들 밸브

(needle valve)를 밀어 올려 연료를 분사 한다. 분사 후 남은

연료는 오버플로 파이프를 통하여 연료 탱크로 되돌아 간다.

연료 분사 노즐(injection nozzle)은 연료의 압축 압력을 이

용하여 연소실 내에 미립자로 분사하는 노즐로서,

핀틀 노즐(pintle nozzle), 스로틀 노즐(throttle nozzle),

홀 노즐(hoie nozzle) 등이 있다.

(가) 홀 노즐 : 노즐 본체에 1개의 구멍 또는 여러개의 연료 분사

구멍이 있는 노즐로서, 구멍이 1개인 것을 단공

노즐, 여러 개인 것을 다공 노즐이라고 한다.

주로 직접 분사식 기관에 많이 사용된다. 다공

노즐에서 구멍의 수는 소형 기관은 2∼4개,

중·대형 기관은 5∼10개 정도이고,연료 분사 개시

압력은 170∼300㎏f/㎠ 정도이다.

(나) 핀틀형 노즐 : 노즐 본체로부터 연료 분사 구멍이 1개이며,

니들밸브 끝이 바깥쪽으로 확산되는 구조를

가지고 있다. 연료 분사 개시 압력은 100∼140

㎏f/㎠ 정도이며, 주로 예연소실, 와류실식에

사용된다.




(가) 스로틀 노즐 : 연료 분사 구멍부에 끼워지는 노즐 끝 모양이 가는 원통형 또는 원추형으로 되어 있는 구조로서, 노즐 끝의 핀 부분이 본체 로부터 약간 돌출되어 있다. 분출 구멍의 크기는 1∼2mm이고, 분무각은 1∼45°분사 개시압력은 80∼120㎏f/㎠ 정도 이다.


6. 과급기

◈ 대기압보다 높은 압력으로 기관에서 공기를 압송하는 것을 과급이라 한다. 과급하면 배기량이 같은 기관에도 실제로 대량의 공기를 충전할 수 있기 때문에 연료의 분사량도 증가 할 수 있으며, 따라서 그 출력을 증가 할 수 있게 된다.

2사이클 디젤 기관은 이 밖에도 소기 작용을 하기 위해 반드시 과급이 필요하다.

6-1 과급기 종류

① 배기 터보식 과급기(turbo charger) : 배기가스 이용하여 터빈 구동

② 루츠 블로어식 과급기(roots blower) : 기관동력(크랭크축 기어)을 이용하여 구동

6-2 터보 차저

◈ 터보 차저의 구조는 그림과 같으며 배기가스에 의해 도는

터빈과 실린더에 공기를 압송하는 블로어가 하나의 축에

회전자(rotor)로 결합되어, 이것이 터빈 케이스, 블로어

케이스 및 베어링 케이스 안에 들어 있다. 터보 차저의 작동

은 다음과 같다. 기관의 배기가스는 배기 다기관에서 터빈

케이스로 들어가 터빈을 고속 회전(50,000 rpm이상)시킨다.

이때 터빈과 같은 축에 부착되어 있는 블로어도 동시에 고속

회전하여 블로어 케이스의 공기 흡입구에서 공기를 빨아들

인다. 흡입된 공기는 가압 및 가속되나 디퓨저(diffuser)를

지나는 사이에 속도가 떨어져 속도 에너지가 압력으로 바뀌어

블로어 케이스의 출구에서 흡기 다기관으로 가압 공기가 되어

압송된다.



6-3 블로어

◆ 루츠 블로어의 구조는 그림과 같이 화살표 방향으로 회전하는 2개

의 로터가 하우징 안에 들어 있고, 양단은 베어링으로 지지되어

있다. 터의 뒤쪽 끝에는 2개의 로터를 돌리기 위해 로터 기어

(구동기어와 피동기어의 1쌍을 로터 기어라 한다)가 부착되어

있고, 구동 기어(drive gear)에는 완충 작용을 하는 스프링 서포

트(spring support)가 결합되어 있다.

로터의 좌우에는 베어링이나 로터 기어의 윤활용 오일이 새는 것을

방지하기 위해 기름막이 장치로 래빌린드 링(labylinth ring)이

부착되어 있다.

루우츠 블로어의 구동은 다음과 같다. 그림과 같이 배치되어 있는

크랭크축 기어의 회전이 아이들 기어를 통해 약2배의 속도로 블로

어 기어에서는 양단에서 세레이션(serration: 톱날 모양)이 파져

있는 구동축으로 스프링 서포트에 전달된다.

스프링 서포트에서는 로터 기어, 로터의 순으로 구동된다.



7. 예열장치

◈ 예열 장치는 겨울에 외기의 온도가 낮을 때나 또는 기관이 냉각되어 있을 때는, 공기의 압축열이 실린더 및 실린더 헤드에흡수되어 연료가 착화할 수 있는 고온이 되지 않으므로 예연소실 안의 공기를 미리 가열하여 시동이 용이 하게 하는 장치이다. 예열 장치에는 일반적으로 직접분사식 연소실에 사용하는 흡기 가열식(intake air heater type)과 복실식(예연소실식,와류실식, 공기실식) 연소실에 사용하는 예열 플러그식(glow plug type)이 있다.

7-1 흡기 가열식 예열 장치

◈ 흡입 공기를 가열하는 열원에 따라 흡기 히터를 분류하면, 연소식과 전열식으로 대벌할 수 있다.

1) 연소식 히터

◈ 연료 탱크와 흡기 히터로 구성되어 있으며, 연료 여과기에서 보낸 연료를 흡기 다기관 안에서 연소시켜 흡입 공기를 가열하여 기관의 온도가 낮을 때 시동이 잘 되게 한다. 이것은 흡기 히터용 연료 탱크가 흡기 다기관의 윗 부분에 부착되어 있고,히터는 흡기 다기관 안에 부착되어 있다.

2) 전열식 흡기 히터

◈ 흡입 공기의 통로에 설치한 흡기 히터와 히터의 통전을 제어하는 히터 릴레이, 히터의 적열 상태를 운전석에 표시하는표시등(indicator)으로 구성되어 있다.

흡기 히터는 흡기 다기관의 도중에 설치 되어 있으며, 적열된 히터 코일로 흡입 공기를 데워준다.

3) 예열 플러그식

◈ 연솔실에 설치되어 흡입된 공기를 가열하는 방식