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[연소사이클차이]
4사이클엔진은 크랭크샤프트가 2회전할때 행정을 순차적으로 진행하며, 흡기행정시 가솔린엔진은 공기와 가솔린의 혼합기를 흡입하고 출력은 혼합기의 흡입량에 따라서 변한다.
그러나 디젤엔진은 공기만을 흡입하며 연소실로 분사되는 연료량에 따라서 출력이 조절된다.
또한, 가솔린엔진은 실린더내의 혼합기를 9분의 1정도를 압축하여 그압축혼합기에 전기불꽂으로 점화하지만, 디젤엔진은 실린더내에 흡입한 공기만을 20분의 1정도로 압축하여 공기가 수백도에 달했을때 경유를 수백기압이라는 고압으로 분사하여 연소시킨다.
출력은 경유의 분사량으로 조절하지만, 분사량이 과다하게 되면 공기부족으로 흑연이 발생하며, 폭발 및 배기행정은 가솔린엔진과 디젤엔진이 동일하다.
[엔진구조의 차이]
디젤엔진은 구조상 가솔린엔진에서 혼합기를 발생시키는 기화기나 가솔린분사장치, 점화장치가 없으며, 그대신 엔진으로 구동되는 연료분사펌프, 연료분사노즐이 있으며, 피스톤상면은 연소에 적정한 凹모양이며 압축비가 20전후가 되도록 설계되어 있는점이 가솔린엔진가 다른다.
소형디젤의 경우는 연소실에 직접 연료를 분사하면, 곧 연소실벽에 도달하여 연소가 잘되지 않기 때문에 부연소실을 두고 이곳에 연료를 분사하며, 이에따라 고속운전도 가능하진다.
또한, 가솔린엔진의 연소가스 최고폭발 압력은 최고 60kg/㎠정도이지만, 디젤엔진은 최소한 70kg/㎠ 이상이 되기 때문에 실린더 압력이 걸리는 부품은 디젤엔진이 훨씬 강성이 커야하며, 실린더 헤드가스켓도 고압에 견뎌야 한다.
그외 압축비가 높고 압축으로 인한 공기온도 상승을 이용해서 착화하는 메카니즘이므로 강력한 스타터와 배터리가 필요하다.
[배기가스의 차이]
배기가스성분으로 문제가 되는 것은 불완전연소에 의해서 생성되는 일산화탄소(CO) 탄화수소(HC)와 질소와 산소가 고온에서 결합하여 생성되는 질소산화물(NOx)이다.
가솔린엔진에서는 연료-공기 혼합비에 따라 배기가스의 성분이 크게 변한다. 공연비가 15보다 큰 공기과잉측에서는 완전연소에 가까와 CO, HC의 배출가스가 적어지지만, NOx는 연소가스 온도가 가장 높은 이론공연비보다 조금 공기과잉일때 가장많이 발생한다.
엄격한 배기규제를 극복하기 위해서 개발된 각종연소방식도 종래의 구조에 연소실내의 가스의 선회운동등을 가미하는 것으로 대체되고 있다.
경량소형차에는 EGR을 주체로 하는 배기가스대책이, 이것보다 큰 승용차에서는 NOx의 환원과 CO, HC의 산화를 동시에 수행하는 삼원촉매의 채용이 일반화 되어 있다.
디젤엔진에서는 노즐에서 분사된 연료의 하나의 유적주위로 범위를 제한하여 고찰해보면 가솔린엔진의 경우와 마찬가지로 생각할 수가 있다.
즉, 고온의 공기중에서 연료미립자는 증발하여 주위의 공기와 혼합기가 되어 연소되지만, 연료입자 주위에는 공연비가 각기 다른 부분이 존재하므로 배기가스의 성분이 균일하지는 않다.
스모크가 발생하지 않을 정도로 연료분사량을 억제하면 공기가 매우 과잉되어 불완전연소가 되므로 CO, HC의 발생은 줄어들지만, NOx는 미시적으로는 다량 발생되는 부분도 있다.
대책은 연료분사를 늦게하는 것이며, EGR도 NOx의 대책으로 효과적이지만,경유중에 포함된 유황분에 의한 아황산가스 및 매연도 함께 재순환되므로 부작용도 크다.
터보엔진의 경우는 실린더내의 가스를 인터쿨러를 이용한 냉각으로 실린더내의 온도를 내려서 NOx저가에 효과적이며, 엄격해지는 미립자의 배출규제에 대응하기 위해서, 필터에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다.
[소음의차이]
가솔린엔진의 경우는 출력을 적게하면 혼합기의 흡입량이 감소하여 실린더내 압력이 떨어지고, 스파크플러그에서 연소가 시작되기 때문에 압력상승도 완만하다.
그러나 디젤엔진은 항상 공기를 가득 흡입하고, 연료가 분사되자 마자 착화되지 않고 연료액적 표면에서 증발한 연료가 공기와 혼합하여 연소조건이 충족되면 자연발화가 일어나기 때문에, 많은 연료가 일시에 연소하여 실린더내의 압력이 급상승하며 두드리는 듯한 독특한 음이 발생한다.
시동직후 엔진이 차가울 때는 착화지연이 크기 때문에 연소소음이 특히 크다.
승용차에서 많이 사용하는 소형 부실식 디젤경우는 분사노즐에서 연소실 벽까지의 거리가 짧아 연료분무는 차가운 연소실 벽까지 거의 연소 없이 도달해 버리기 때문에 착화지연이 크며 시동직후는 특히 시끄럽다.
그러나 일단 엔진이 더워지면 고온의 연소실 벽에서 연료가 빠르게 증발하고, 부연소실에서 피스톤 상면부의 주연소실로 통로가 좁게되어 있어 직접분사엔진보다 조용한 경우가 많다.
그대신에 연소실 간의 통로가 있고 연소실표면적이 증대되는 등으로 인해서 연소가 늦고 열손실이 커서 열효율은 직접분사식보다 낮아진다.
[진동의 차이]
피스톤이 왕복운동하는 엔진은 기본적으로 진동이 많으며, 진동에는 두종류가 있다. 하나는 피스톤 상하운동에 기인하는 발란스 악화에 의한 것으로 엔진의 중심은 움직이지 않는데 피스톤의 운동으로 그중심이 조금씩 이동하기 때문에 진동하는 것이다.
디젤엔진의 경우는 피스톤을 비롯한 운동계 부품이 가솔린엔진보다 튼튼하고 무겁기 때문에 진동도 크며, 따라서 엔진부품도 견고할 필요가 있다.
또하나의 진동은 크랭크축의 회전으로 피스톤이 실린더를 단속적으로 치는데서 기인하는 것으로 토크반력에 의한 진동이 있다.
디젤엔진은 출력을 줄여도 공기를 가득흡입하여 20분의 1정도로 압축하므로 크랭크축의 회전이 부드럽지 못하므로 타이어에 전달되는 구동계가 진동을 일으킨다. | |
