19분전

엔진 본체 및 구조

엔진 본체의 단면도

실린더 헤드 및 실린더 헤드 개스킷

실린더 헤드는 일반적으로 주철 제로 만들어 피스톤 헤드부와 함께 연소실의 일부를 형성하는 중요한 부분이며, 그 내부에는 냉각수를 통하기 위한 워터 재킷이 설치되어 있으며, 외부에는 흡기 매니폴드, 배기 매니폴드, 밸브 기구, 노즐 등이 장치되어 있습니다. 또한 실린더 헤드 윗면에는 밸브 기구를 보호하기 위한 헤드 커버가 장치되어 있으며, 실린더 블록과의 기밀을 좋게 하기 위하여 실린더 헤드 개스킷을 집어넣도록 되어 있습니다. 실린더 헤드는 연소실의 일부를 형성하며 확실한 연소가 이루어짐과 동시에 직접 연소에 의한 폭발력을 받아 열변형을 일으키기 쉬우므로 각부의 온도차를 가능한 한 작게 하여 충분한 냉각이 이루어질 수 있는 기능을 가지고 있어야 합니다.

실린더 헤드 개스킷의 구조와 기능 

실린더 헤드 가스켓은 고온, 고압을 받으면서 연소가스의 블로 바이를 방지하고 물이나 오일을 밀봉해야 하므로 충분한 내열성, 내구성이 요구됩니다. 특히 실린더 헤드 개스킷은 높은 성능이 요구되며 디젤 엔진은 강철제의 개스킷을 많이 사용하고 있습니다. 

실린더 헤드의 단면도 

실린더 블록 및 실린더 라이너  

피스톤 및 피스톤 링 

피스톤 & 피스톤링의 그림

디젤 엔진의 연소과정 

고압축으로 고온이 된 공기 중에 분사된 연료는 스스로의 자연발화에 의해 연소를 시작합니다. 착화를 일으키기 쉽게 하기 위해서는 분사된 오일 방울이 휘발하여 가연성의 혼합기를 만들 필요가 있습니다. 가솔린 엔진에서는 혼합기가 전기불꽃에 의해 점화된 다음에 몇 가지 과정을 경유하여 연소하는 것과 마찬가지로 디젤 엔진에 있어서 연료의 연소과정에도 다음과 같이 4단계의 단계가 있습니다.

1기 착화 지연 기간 ( 연소 준비기간 )

2기 화염 전파 기간 ( 정용연소기간 )

3기 직접 연소 기간 ( 정압연소기간 )

4기 후기 연소 기간 ( 애프터 번 기간 )

디젤 엔진 노크(노킹)

발생 원인 

디젤 노크란 앞에서 설명한 화염전파 기간에 있어서 급격한 압력 상승이 일어나면 실린더나 피스톤 등은 충격을 받아, 쿵쿵하고 딱딱한 것을 두드리는 소리를 발생하며 운전이 혼란해지고 출력도 저하되는 증상을 말합니다. 이 형상의 원인은 화염전파 기간에 급격한 압력 상승이 일어나는 것이 원인이며, 이 원인은 착화 지연기간이 긴 것이 원인이 됩니다. 

착화 지연이 길어진다는 것은 연료가 분사된 다음에 연소를 개시할 때까지의 고온의 공기 중에 체류하고 있는 시간이 긴 것을 의미합니다. 이와 같은 경우에는 분사된 연료 입자의 대부분이 휘발하여, 가연 혼합기를 대량으로 생성합니다. 이와 같은 상태에 이른 다음에 착화가 일어나면 그 연소는 매우 급격 해지며, 그것에 따라 압력 상승도 급격해집니다. 

디젤 노크의 방지법

디젤 엔진에 있어서 노크에 관계된 원인을 설명하면 다음과 같습니다. 

연료의 종류, 압축비, 분사량, 연소실의 형상, 연료의 분사 시간, 분무 상태, 회전수, 엔진의 부하, 냉각장치 둥.

연료의 종류는 실린더 내에 분사된 다음에 발화 연소하기까지에는 연료 자체의 성질로서 어떤 시간을 필요로 합니다. 이 시간을 착화 지연기간이라고 하며, 연료에 따라 크게 달라집니다. 따라서 노크를 방지하기 위해서는 착화 지연기간이 짧은 이른바 착화성이 좋은 연료를 사용할 필요가 있습니다.  

압축비는 압축비를 크게 하면 압축 온도나 압력이 각각 높아져서 노크 방지에 도움이 됩니다. 그러나 압축비를 너무 크게 하면 엔진의 기동 토크가 증대하여 연소 최고 압력이 높아지며 기계효율도 반대로 저하하게 되므로 일정 한도 이상 높이는 것을 오히려 엔진에 무리가 갑니다. 

연료의 분사량은 분사 개시 시의 분사량을 적게 하면 맨 처음에 착화하는 연료가 적어지므로 압력 상승도 급격하지 않아서 노크를 적게 할 수 있습니다. 착화 연소를 개시한 후에 분사되는 연료는 연소실 내가 이미 고온으로 되어 있으므로 즉시 착화하게 됩니다. 따라서 분사 개시 시에 분사량을 교축하여 착화 후, 대량의 연료를 분사하면 해결되며 노즐의 구조에 따라 필요로 하는 성능을 부여할 수 있습니다. 

연소실의 형상은 착화 지연기간을 짧게 하여 급격한 압력 상승을 방지하기 위하여 각종 형상의 열 손실이 있으며, 현재 사용되고 있는 것에는 예비연소실식, 와류실식 및 직접분사식이 있습니다. 분사 시기에 대해서는 어느 정도 이상 진행하여도 착화가 일어나는 시기도 한도가 있으며, 엔진의 온도가 낮은 경우, 회전수가 늦은 경우 등에는 압축 온도가 저하하여 착화 지연 기간이 길어지게 되며, 노크를 일으키기 쉽게 됩니다. 

위 그림은 저속 디젤 엔진에 사용되는 FULE INJECTION VALVE입니다. 동그라미 쳐져 있는 노즐팁이 실린더 내부로 연료를 분무해주는 아주 중요한 부품입니다. 노즐팁의 분무할 수 있는 구멍의 개수, 크기, 각도, 형상에 따라서 엔진의 출력이 차이가 나게 됩니다. 

엔진의 출력 및 실린더 체적에 따라 노즐의 결정됩니다. 

위 사진은 엔진 피스톤이 상사점에 도달하였을 때의 사진입니다. 실린더 위에 실린더 햇드가 장착이 되며, 

  주위의 볼트들이 실린더 햇드를 고정시켜줍니다.