4사이클 디젤 엔진 vs 2사이클 디젤 엔진

4사이클 디젤 엔진

4사이클 엔진이란 엔진의 기본 작동인 흡입, 압축, 연소, 배기를 피스톤의 4행정, 즉, 크랭크축의 2회전으로 완료하는 것입니다. 디젤 엔진에서는 우선 실린더 내로 공기를 흡입하는 흡입행정, 흡입한 공기를 연소실로 압축하여 고온화하는 압축행정, 고온화한 공기 중에 연료를 분사하여 연소시켜 동력을 발생시키는 연소 행정, 배기가스를 실린더 밖으로 배출하는 배기행정이 있습니다. 그럼 각 행정에 대하여 자세히 알아보도록 하겠습니다. 

 

1단계 흡입행정 

흡입 효과를 좋게 하기 위하여는 피스톤이 하강하기 전부터 흡기 밸브는 이미 열려 있으며, 피스톤이 하강함에 따라 신선한 공기가 실린더 내로 흡입이 됩니다. 또 공기를 충분히 흡입하도록 하기 위하여 피스톤이 하사점에 도달하여도 흡기 밸브는 아직 열린 채로 있게 됩니다. 

 

2단계 압축행정

피스톤이 하사점에서 상승하기 시작하여 흡기 밸브가 닫히면 실린더 내의 공기에 압축 작용이 시작됩니다. 앞에서 설명한 것과 같이 공기를 압축하여 연료의 자기 착화 온도 이상의 고온으로 만들 필요가 있으므로 엔진 시동 시의 회전수가 낮을 때도 압축 압력은 20~30kgf/cm2 정도가 되며, 그 압축 온도는 400~500'c에 이르게 됩니다. 

 

3단계 연소행정 

압축행정의 끝 가까이에서 연료를 100kgf/cm2 이사의 이 고압으로 노즐에서 안개 모양으로 분사하면 압축열에 의해 연료는 자기 착화하여 연소하며, 온도 및 압력이 급상승하여 피스톤은 상사점을 지나서 연소 가스압에 의해 하사점으로 밀려 내려갑니다. 

 

4단계 배기행정

배기가스의 배출을 효과적으로 하기 위하여 피스톤이 연소 행정의 하사점에 도달하기 조금 전부터 배기 밸브가 열리며 연소가스는 자기의 압력으로 실린더 밖으로 불어내며, 그 후 피스톤의 상승에 의해 밀려나갑니다. 또한 배기를 완전히 하기 위하여 배기 밸브는 피스톤이 상사점을 지나서부터 잠시 동안 열려 있다가 닫히게 됩니다. 흡기 및 배기 밸브의 개폐 시기를 밸브 타이밍이라고 합니다. 

 

피스톤연결부위

 

 

2사이클 디젤 엔진 

2사이클 디젤 엔진에서는 흡입, 압축, 연소, 배기의 작용이 피스톤의 2행정, 즉, 크랭크 축의 1회전으로 완료하는 것으로 흡입과 압축, 연소와 배기의 작용을 각각 피스톤의 1행정으로 해야 하므로 공기의 공급에 과급기가 필요로 하게 됩니다. 

 

1단계 소제(흡입)

피스톤이 하강하여 라이너의 소기 구멍을 피스톤의 상단으로 열어주면 루츠 블로어에서 예 압류된 신선한 공기가 실린더 내로 진입하여 배기가스를 밀어냄과 동시에 흡입 작용을 합니다. 

 

2단계 압축

피스톤이 상승하여 소기 구멍이 닫히게 되어 다음에 배기 밸브가 닫히면 공기는 압축이 됩니다. 

 

3단계 연소 

피스톤이 또다시 상승하여 상사점 직전이 되면 고압, 고온이 된 연소실 내의 고기 중에 노즐에서 고압의 연료가 분사되어 자기 착화에 의해 연소를 일으키며, 이 연소가스 압력으로 피스톤이 밀려 내려갑니다. 

 

4단계 배기 

피스톤이 하강하여 연소의 끝 부근에서 배기 밸브가 열리면 연소가스는 자기의 압력으로 실린더 밖으로 밀려나가며, 또다시 피스톤이 내려가면 실린더 라이너의 소기 구멍이 열려 루츠 블로어로 예 압류된 공기가 진입하여 남아 있던 배기가스를 완전히 배출하고 신선한 공기가 실린더 내에 충전이 됩니다. 

 

4사이클 디젤 엔진 vs 2사이클 디젤 엔진 비교 

2사이클 엔진의 장점을 들면 다음과 같습니다. 

1. 크랭크 축의 1회전마다 연소 행정이 있으므로 4사이클 엔진에 비하여 토크가 균일하며 진동이 적습니다. 

2. 회전수, 정미평균유효압력이 같다고 하면, 같은 배기량의 엔진에서는 2사이클 엔진은 4사이클 엔진의 2배의 출력이 나옵니다. 실제로는 각종 문제가 있기 때문에 1.7배 정도가 됩니다. 

3. 소형 엔진에서는 밸브기구를 생략할 수 있으므로 취급이 간단해지며 제작비도 싸게 먹힙니다. 

4. 크랭크 축의 1회전마다 연소 (팽창)행정이 있으므로 실린더 수를 적게 할 수 있습니다. 

5. 흡입, 배기에 요하는 시간이 짧으므로 소기작용이 불충분해지기 쉽습니다. 

6. 압축행정의 초기에 실린더 내의 공기가 배기 구멍으로부터 빠져 나가기 쉽고, 그 때문에 흡입 효과가 저하되며, 따라서 출력이 어느 정도 작아지게 됩니다. 

7. 연소 행정이 4사이클 엔진의 2배가 되므로 각부의 열 부하가 커집니다. 따라서 냉각장치는 비교적 커지며, 또한 설계상에도 주의해야 합니다. 

8. 비교적 대형의 실린더 수가 많은 엔진에서는 소기 펌프를 갖출 필요가 있으며 그 때문에 구조가 복잡해지기 싶습니다.