엔진 본체 및 구조
엔진 본체의 형상은 작동 방법(4사이클, 2사이클), 실린더의 배치(직렬형, 수평형, V형) 등에 의해 어느 정도 다르지만, 그래도 가장 많이 쓰이는 직렬형으로 4또는 6실린더의 엔진에 대해서 설명하고자 합니다.
엔진 본체는 실린더 헤드, 실린더, 피스톤, 커넥팅 로드, 크랭크축, 플라이휠, 캠 축, 밸브 및 밸브 기구 등으로 구성되어 있습니다. 이 밖에 엔진 본체는 윤활 계통의 유로, 냉각계통의 수로, 흡배기 계통의 통로 등이 설치되며, 외부에는 연료, 시동, 예열, 충전의 각 장치가 장치되어 있습니다. 또한 디젤 엔진의 에너지 발생부가 되는 연소실은 실린더 헤드, 실린더 라이너 및 피스톤 헤드부로 둘러 싸인 부분을 말하며 압축행정에서 발생한 고온고압의 공기 중에 연료가 분사되며, 착화 연소하여 고압가스가 되어 피스톤을 밀어내립니다. 이와 같은 피스톤의 왕복운동은 컨로드, 크랭크축에 의해 회전운동으로 바뀌어 집니다.
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
실린더 블록은 일반적으로 특수주철제입니다. 내부에는 냉각수 및 윤활유의 통로가 있어 복잡하지만, 실린더 내에 있어서 연소실의 고 압력이나 회전 시의 진동 등에 충분히 견디는 강도를 가지고 있으며 상부에는 실린더 헤드, 하부에는 오일 팬이 장치되어 있습니다. 실린더에는 실린더 블록과 일체로 주조되어 있는 것과 실린더 라이너를 사용한 것이 있으나, 디젤 엔진에서는 실린더 라이너를 사용하는 것이 많습니다. 실린더 라이너를 사용하는 이점은 실린더 블록의 주철과는 별도의 재료나 주조 방법을 사용하여 내마모성이 좋은 것을 사용할 수 있는 점과 정비하기 쉬운 점이 있습니다. 실린더 블록은 엔진의 골격이 되는 부분이며 블록의 내부에는 크랭크 축, 캠 축 등을 메탈을 사용하여 지지하며 상부에는 실린더 헤드를 하부에는 오일 팬을 부착하여 엔진의 주요 부분을 구성하는 역할을 하고 있습니다. 또 블록 각부를 관통하고 있는 통로는 냉각수 및 윤활유의 순환 경로의 역할을 하고 있습니다. 실린더 라이너는 실린더 헤드, 피스톤과 더불어 연소실을 형성하는 외에 피스톤이 원활하게 상하운동하기 위한 실린더 역할을 하고 있습니다. 또한 엔진 작동 중, 연소 행정에서 발생하는 열을 적절히 방산하는 역할도 하고 있습니다.
피스톤 및 피스톤 링
피스톤은 피스톤 핀을 거쳐서 컨로드에 연결되어 압축 압력이나 폭발압력을 받으면서 실린더 내를 왕복한다. 따라서 강도가 충분하고 관성력도 작으며 방열이 잘 되는 알루미늄 합금 피스톤이 사용됩니다. 알루미늄 합금 피스톤은 경량으로 열전도가 잘 되므로 고속 회전에 적합하지만, 반면에 열팽창계수가 크기 때문에 피스톤 보스 방향의 직경이 그 직각 방향의 직경보다 작은 타원형의 피스톤이나 스커트부의 직경이 크며, 피스톤 헤드에 가까워질수록 작아지는 원추형의 피스톤이 사용되고 있습니다.
디젤 엔진의 피스톤 헤드 부는 연소실이 일부를 형성하고 있으며, 또 분사된 연료에 와류를 일으키기 위하여 여러 가지 형상이 고안되고 있습니다.
피스톤 링은 디젤 엔진의 연소실에서 고압축을 하므로 충분한 기밀유지를 할 필요가 있으며, 여러 가지 형상의 링이 사용되고 있으나, 각각의 형상의 특성을 조합시켜 사용하며 일반적으로 압축링 2~3개와 익스팬더 붙임 오일 링 1개로 구성되어 있습니다.
압축 링의 단면 형상에 의한 특성은 아래와 같습니다.
플레인형은 가장 기본적인 링 형상이며 기밀성과 열 전도성이 뛰어납니다. 배럴 페이스형은 접동면이 원호 모양으로 되어 있기 때문에 초기 길들임시의 이상마모를 방지할 수 있는 특징이 있으며, 톱 링에 많이 사용됩니다.
테이퍼 페이스형은 접동면이 테이퍼형으로 되어 있기 때문에 실린더벽에는 선 접촉이 되기 쉽고, 길들임이 용이하고, 오일을 긁어내는 성질이 좋으며 기밀성에도 뛰어납니다. 톱, 세컨드, 서드 링으로 많이 사용되고 있습니다.
피스톤형은 측면에 테이퍼가 있으며, 링 홈에도 테이퍼 가공이 되어 있는 특수한 링이며, 특히 고 하중의 디젤 엔진의 톱 또는 세컨드 링에 사용되고 있습니다.
피스톤 & 피스톤링의 그림
'자동차 & 선박 디젤 엔진 ' 카테고리의 다른 글
| 수입 & 국산 선박 엔진 베어링 (6) | 2019.01.08 |
|---|---|
| 커넥팅 로드 및 커넥팅 로드 베어링 (0) | 2019.01.08 |
| 디젤 엔진의 연소 과정 및 노크의 이해 (0) | 2019.01.06 |
| 4사이클 디젤 엔진 vs 2사이클 디젤 엔진 (0) | 2019.01.05 |
| 가솔린 엔진과 디젤 엔진의 비교 (0) | 2019.01.04 |