거버너(GOVERNOR)의 구조 및 기능

거버너(GOVERNOR)의 구조 및 기능

디젤 엔진에서는 최고 회전을 제어하고 엔진에 무리가 가는 것을 방지함과 동시에 저속 시의 회전을 안정시키기 위하여 거버너를 사용하고 있습니다. 특히 저속 회전 시의 연료 분사량은 매우 적은 양이기 때문에 제어 래크의 약간의 움직임에 대해서도 분사량의 변화가 커지므로 회전수가 크게 변하게 됩니다. 또한 엔진의 부하 변동에 의해서도 거버너가 없으면, 그것에 추종할 수 없기 때문에 시동이 꺼지기 쉽고 원활한 운전을 할 수 없습니다. 그 때문에 엔진의 회전수나 부하가 변화한 경우, 자동적으로 제어 래크를 움직여서 분사량을 제어하며, 회전을 안정시키는 거버너가 필요로 하게 됩니다. 거버너는 회전수와 부하에 따라 변동하는 흡기 매니폴드 내의 부압을 이용하는 공기식 거버 나와 회전 중의 원심력을 이용하는 기계적으로 작동하는 기계식 거버너가 있습니다. 이밖에도 공기식 거버너와 기계식 거버너를 조합시킨 복합식 거버너도 있습니다. 또한 작용상으로 분류하면, 최고와 최저 회전수만을 제어하는 최고 최저 속 거버 나와 최고, 최저 회전수 및 전범위에 걸쳐서 조속 작용하는 전속도 거버너가 있습니다. 공기식 거버너는 그 구조상으로 전속도 거버너에 속하지만, 기계식 거버너는 최고 최저 속 거버너와 전속도 거버너로 나누어집니다.

 

거버너부품

 

기계식 거버너

기계식 거버너는 일반적으로 인젝션 펌프의 캠 축의 뒷부분 끝에 장치되어 있으며, 캠 축과 함께 회전하는 플라이 웨이트, 슬라이딩 볼트, 액셀 페달과 플라이 웨이트의 작동을 제어 래크에 전달하는 플로팅 레버 및 링크 등으로 이루어져 있습니다. 캠축이 회전수가 높아지면 플라이 웨이트는 원심력이 증가하여 플라이 웨이트의 작동을 규제하는 거버너 스프링의 스프링력을 이겨내고 바깥쪽으로 벌어지며, 벨 크랭크를 움직여 슬라이딩 볼트를 오른쪽으로 움직이므로 플로팅 레버는 제어 래크를 왼쪽으로 끌어당겨 연료 분사량을 감소시켜 엔진의 회전수를 감속시킵니다.

 

또한 엔진의 회전수가 감속되면 플라이 웨이트의 워너 심력이 감속하므로 플라이 웨이트는 거버너 스프링의 스프링력으로 안쪽으로 오무라들어 플로팅 레버를 거쳐서 제어 래크를 오른쪽으로 움직여 연료 분사량을 증가하여 엔진의 회전수를 상승시킵니다. 엔진의 회전수가 상승하면 플라이 웨이트의 원심력이 증가함으로 그림에 나타낸 것과 같이 거버너 스프링의 스프링력을 이겨내고 플라이 웨이트를 바깥쪽으로 벌어지게 하여 제어 래크를 또다시 연료 분사량 감소 그이 방향으로 끌어당겨 일정한 회전수를 지속할 수 있도록 작동합니다.

 

최고 최저 속도 거버너의 기능

이 거버너는 엔진의 최고 회전수(MAXIMUM RPM)을 규제하는 고속 제어와 아이들 시의 회전수(MINIMUM RPM)를 원활하게 안정시키는 저속 제어를 자동적으로 하는 것으로 그 이외의 중간 범위에서는 운전자 자신이 액셀 페달의 밟는 양을 가감하여 엔진의 회전을 제어하는 것입니다.

 

앵글라이히 장치 [angleichen device system]

디젤 엔진의 공기흡입 효율은 일반적으로 고속 회전이 되면 저하하는 경향이 있습니다. 한편, 분사펌프에 있어서 플런저의 1 행정 당 분사량은 제어 래크 위치가 동일해도 회전수가 높아짐에 따라 증가하는 특징이 있습니다. 저속 회전 시에 충분한 출력이 얻어지도록 분사량을 세트 하면, 고속 회전 시에는 분사펌프 특성에 의해 분사량 과로 공기량 부족이 되기 때문에 불완전 연소하여 흑연의 배출하게 됩니다. 또한 반대로 고속 회전 시에 완전히 연소하도록 분사량을 세트 면 저속 회전 시에는 충분한 공기량이 있어도 엔진의 성능을 충분히 발휘하도록 할 수가 없습니다. 이와 같이 엔진의 흡입 공기량과 분사펌프의 분사량과의 관계를 적절하게 하여 저속 회전 역에서는 큰 토크가 얻어지도록 분사량을 세트 하고 고속 회전 역에서는 분사량을 조정하여 흑연을 방지하고 있는 것이 앵글 라이히 장치입니다. 

가버너사이드

 

거버너의 속도변동율

지금 엔진이 전부 한 최고 회전수로 운전하고 있는 경우, 무엇인가의 원인으로 엔진의 부하가 감소하면, 엔진의 회전수가 갑자기 상승하려고 합니다. 이와 같은 경우에는 거버너가 분사량을 감소시켜 회전수를 제어하지만, 이 제어의 양부, 즉 거버너의 기능의 양부는 이상과 같이 갑자기 부하가 감소하는 경우에 발생하는 회전수의 도약 비율로 나타내고 있습니다. 속도 변동률이 작을 때는 거버너의 기능이 민감한 것을 나타내며, 반대로 클 때는 거버너의 기능이 둔해져 회전수의 도약이 커지며, 엔진이 오버런을 일으킬 우려가 있는 것을 나타내고 있습니다. 또한 속도 변동률은 일반적으로 약 10% 정도입니다. 

 

타이머 필요성

연료가 연소실 내에 분사된 다음에 착화하기까지에는 다소의 시간이 걸립니다. 이것을 착화 지연기간이라고 하는데, 이 기간은 엔진의 회전수가 바뀌어도 그다지 변화하지 않기 때문에, 회전수가 상승하는 데 따라 착화 지연기간에 회전하는 크랭크 각도가 커져서 최량의 연소 시기를 얻을 수 있습니다. 이 때문에 엔진의 회전수의 변동에 따라 분사 시기를 변화시킬 필요가 있습니다. 이것이 아주 중요한 타이머의 필요성입니다. 타이머에는 수동 타이머와 자동 타이머가 있으며 자동차용 디젤 엔진에는 자동 타이머가 사용되고 있습니다. 

 

타이머의 구조

자동 타이머는 엔진에서의 동력은 드라이빙 플랜지, 타이머 웨이트, 베어링 핀 등을 거쳐서 분사펌프의 캠 축에 전달됩니다. 타이머 스프링은 타이머 웨이트 홀더에 고정된 베어링 핀과 드라이빙 플랜지의 발 사이에 장치되어 있습니다. 플랜지의 발의 ㄴ타이머 웨이트의 특수 곡면으로 가공된 면에 접하고 있는데 타이머 웨이트는 베어링 핀을 중심으로 요동할 수 있게 되어 있으며, 플랜지의 발을 거쳐서 타이머 스프링의 힘에 의해 항상 안쪽으로 밀어붙여져 있습니다. 또한 내부에는 규정량의 그리스가 봉입되어 각 마찰 부분의 윤활을 하고 있습니다. 정지 또는 저속 회전 시 플랜지의 발은 타이머 웨이트, 베어링 핀을 거쳐서 캠 축을 구동하고 있습니다. 이 상태에서는 저널은 타이머 웨이트를 안쪽으로 밀어붙인 상태로 되어 있습니다. 회전수가 상승함에 따라 타이머 웨이트의 원심력이 점점 강해져 타이머 스프링을 압축합니다. 저널은 엔진의 펌프 구동축에 직결되어 있기 때문에 위치를 바꿀 수 없습니다.