미디어 웜홀

 디젤 엔진의 연료장치는 실린더 내에 공기만을 흡입하여 압축하면 500~550도의 압축열이 발생되는데 이때 분사노즐을 통해 연료를 분사하면 압축열에 의해 자기착화하게 된다. 디젤엔진의 장점으로 가솔린 엔진보다 열효율이 높음, 연료 소비량 적음, 인화점 높아 화재 위험 낮음, 유해성분 적음, 완전연소하므로 회전력 변동이 적다 등이다. 그런데 경유를 때는 디젤엔진이 가솔린 보다 유해 성분이 적다고? 이해할 수 없는 교재의 설명. 그래서 강사에게 물어봤다. 왜냐고? 강사 대답 간단하다. 유해성분은 적은데 치명적인 대기오염물질이 있어서 환경부담금을 낸단다. 그게 뭐냐고? NOX라는 질소산화물이다. 가솔린은 경유보다 유해성분이 많은 반면 다 고만고만한 것들이란 거지.

 디젤엔진의 단점은 무엇일까. 마력당 중량이 많이 나간다는 것, 평균 유효 압력과 회전 속도가 낮다는 것, 운전중 소음이 크다는 것, 기동 전동기 출력이 커야 한다는 것이다. 교재 76쪽, 디젤의 일반적인사항으로 압축비는 15~22:1로 나와 있고, 압축압력은 30~45kg/cm2, 압축온도는 500~550도, 연소사이클은 사바테 사이클, 사용연료는 경유라고 되어 있다. 헷갈리는 것은 사바테 사이클에 관한 것인데 사바테는 혼합사이클을 일컫는다. 이는 고속 디젤엔진에 사용한다고 했고 강사는 지난 수업에서 일반적으론 정압사이클이 사용된다고 했는데 앞뒤가 안 맞다.

 디젤엔진의 연소과정이 아닌 것은? 하고 문제가 나온다. 1. 착화지연기간 2. 화염전파기간 3. 직접연소기간 4. 후기연소기간. 이것만 나오면 답이 없죠잉. 보기 하나 더, 5. 압축 기간. 답은 말 안해도 뻔하므로 생략.

 연소실은 단실식과 복실식이 있는데 단실식은 시동이 잘 걸린다는 장점이 있고 복실식은 공기와 잘 혼합하여 완전연소시킨다는 장점이 있다. 복실식의 특징은 장점으로 고장이 적고 연료의 사용범위가 넓다는 것과 운전이 정숙하며 노크가 적다는 것이다. 반면 단점으론, 냉각손실이 크며 예열 플러그가 필요하다는 것과 연료의 소비율이 크고 연소실이 복잡하다는 것이다.

 연료는 어떤 과정을 거쳐 실린더로 압송(?)되어질까. 우선 연료탱크에서 공급펌프로 가고, 다시 여과기를 거쳐 분사펌프를 통해 분사노즐로 갔다가 공기와 섞여 '펑'. 종류론 공기분사식과 무기분사식이 있다. 공기분사식은 공기 압축기가 있어야 하고 부하 속도에 따한 조정이 복잡해 요즘은 선박 기관 외엔 거의 사용하지 않는다.

 무기분사식의 연료분배 방식엔 분배식, 공동식, 독립식 세가지가 있으나 분배식과 공동식은 다기통 엔진에 부적합하고 독립식은 다기통 엔진, 즉 고속회전에 적합하다.

 연료공급펌프의 일정압력은 3kg/cm2이고 연료여과기의 여과 정도는 5μ(마이크로)다. 다음 연료분사펌프는 여과기로부터 공급받은 연료를 고압으로 압축하여 갈 실린더의 분사노즐로 압송하는데 조속기로 분사량, 분사시기 조정기로 분사시기를 조절한다.

 연료분사펌프는 캠축, 태핏, 펌프엘리먼트로 구성되어 있다. 이 대목에선 펌프의 유효행정과 관련해 문제가 나온단다. 유효행정은 플런저(실린더와 유사)의 윗면이 흡배출 구멍을 닫은 때부터 븦런저의 바이패스 홈이 흡배출 구멍에 이를 때까지를 말한다. 유효행정을 길게 했다. 어떤 현상이 일어나는가? 당연히 행정이 길면 연료의 분사량이 많다. 여기서 플런저 리드는 피스톤에 해당되겠다. 종류는 어떤 게 있나? 정리드, 역리드, 양리드가 있다.

 딜리버리 밸브부턴 다음 시간에 정리하도록 하고 강사로부터 들은 이야기 하나.지게차의 보험료는 연 70만~80만원 된단다. 보험도 예전엔 지게차가 기물을 잘 파손하고 인사사고도 잘나서 보험회사에서 꺼렸으나 요즘엔 아니라는 얘기.

 냉각장치에는 공랭식과 수냉식이 있다. 승용차 대부분에는 수냉식이 달려있다. 그런데 시베리아 같은 추운 곳에선 공랭식을 사용한다. 이유는 물로 식히면 효과야 좋겠지만 영하의 날씨에 물이 얼어버리는 수가 있으니...

 냉각장치의 주요부분은 물통로, 물펌프, 구동벨트, 냉각팬, 방열기, 온도조절기, 방열기 캡, 부동액 등을 들 수 있다. 이중 구동벨트의 경우 섬유질과 고무로 짠 이음없는 V형 벨트로 V양쪽 면이 닿아 마찰로 인해 힘을 전달한다. 벨트는 적정한 장력을 가져야 하는데 10kg의 힘으로 눌러13~20mm정도 밀리는 것이 적당하다. 느슨하면 발전기, 물펌프의 기능이 떨어질 것이고 너무 팽팽하면 베어링이 손상될 것이다.

 냉각팬은 기관과 라디에이터 사이에 설치된 것으로 기계식, 유체 커플링, 전동팬이 있는데 요즘은 전동팬을 많이 사용한다. 전동팬은 일정한 풍량을 확보할 수 있는 장점이 있지만 값이 비싸고 소비전력이 많으며 소음이 크다는 단점이 있다.

 방열기, 즉 라디에이터는 실린더 블록과 실린더 헤드의 냉각수를 통로에서 열을 흡수한 냉각수를 식히는 장치다. 구비조건은 단위면적당 방열량이 커야 하고, 공기 및 냉각수의 흐름 저항이 적고, 가벼우며 견고해야 한다는 것이다. 이문제 시험에 한 번씩 나온다.

 방열기의 코어튜브가 간혹 파열되기도 하는데 이유는 오버플로 파이프가 막혔을 때다. 왜냐면 코어 안쪽이 막혀서 오버플로로 냉각수가 흐르게 되는데 이마저 막힌다면 라디에이터 내의 압력이 상승하기 때문이다.

 다음은 시험에 잘 나오는 것으로 기관이 과열않았는데 방열기 내의 기포나 기름이 떠 있는 원인이 뭐냐는 것이다. 이는 헤드볼트 조임이 불량하거나 가스킷이 파손 또는 불량일 경우다.

 온도조절기 혹은 수온조절기 혹은 정온기에 대해서도 시험문제가 자주 나온다. 정온기는 엔진 쪽에서 물이 빠져나가는 부분에 설치된다. 냉각수 온도를 75~85도가 유지되게 조절하는 기능을 하는데 65도가 되면 막혔던 밸브가 서서히 열리면서 냉각수가 방열기로 들어가고 85도가 되면 완전이 열려 냉가수 순환이 활발하게 한다. 만약 밸브가 닫힌 상태에서 고장이 나버리면 뜨거운 물이 순환하지 못하므로 과열의 원인이 되고 열린 상태에서 고장이 나면 엔진의 온도를 높여야 하므로 워밍업을 계속하므로 연료를 낭비하게 된다. 수온조절기가 자동으로 개폐되는 원리는 밸브를 여닫는 주위에 왁스나 가스가 있어 이것이 온도에 따라 수축 팽창을 하면서 열었다 닫았다 하게 되는 것이다.

 문제, 엔진이 과열되는 원인으로 맞지 않은 것은? 1. 냉각수량의 부족 2. 온도조절기의 고장 3. 물펌프의 고장 4. 냉각수 불량. 수강노트 정리할 땐 답이 언제나 맨 나중에 나온다는 것. 이것도 무슨 법칙에 속하지 않나...

 부동액 부분에서 배운 것은 맥주가 4.3도면 영하 4.3도에서 얼고 소주 19도 짜리는 영하 19도에서 언다는 것이다. 참 그리고 또 하나 요즘은 대부분 4계절용 부동액 클런트를 쓴다는 것.

윤활장치는 말 그대로 엔진이 마멸되거나 과열되는 것을 막기 위한 장치다. 여기에 쓰는 윤활유는 우리가 흔히 아는 엔진오일이다. 엔진오일은 기관의 섭동면에 유막을 형성해 마찰손실과 마멸을 최소화하여 기계의 효율을 높이는 역할을 한다.

 윤활유는 기관 내에서 다음과 같은 여섯가지 기능을 갖고 작용한다. 1. 밀봉작용 2. 냉각작용 3. 마멸방지 4. 세척작용 5. 응력 분산작용 6. 방청작용.

 그렇다면 이와 같은 역할을 하려면 윤활유는 어떠한 자격이 필요할까. 대략 일곱가지로 정리할 수 있겠다. 점도가 낮을 것, 청정력이 클 것, 열과 산의 저항력이 클 것, 비중이 적당할 것, 인화점과 발화점이 높을 것, 응고점이 낮을 것, 기포 발생이 적을 것 등이다. 윤활 방식에는 비산식, 압력식, 비산 압력식이 있는데 압력식이 요즘 가장 많이 사용된다.

 윤활장치는 주로 오일펌프,스트레이너, 유압조정기, 오일여과기, 경보밸브, 오일냉각기, 유압계, 유압경고램프 등으로 구성되어 있다.

 오일펌프 중에는 피스톤이 캠축에 의해 상하 왕복하면서 오일을 밀어 넣는 플런저식 펌프가 가장 많이 사용되고 있다. 오일 압송 압력은 저속일 때 1~2kg/cm2이나 고속이면 2~3kg/cm2이다. 윤활압력과 다음에 나오는 디젤 연료 분사 압력과는 구분해야 한다. 헷갈리므로. 연료 분사 압력은 단실식일 경우 150~300kg/cm2이고 복실실인 경우 이보다 좀 낮은 100~120kg/cm2이다. 일전 강사의 질문에 두 개가 헷갈려 윤활압력으로 대답한 적이 있다. 이젠 안 까먹겠지.

 오일스트레이너, 참 어려운 말이다. 쉽게 하면 오일 여과장치다. 스트레이너 입구에 스크린이 있어 불순물을 걸러내는데 너무 불순물이 많이 끼여 오일이 여과되지 않으면 바이패스 통로를 통해 오일이 기관에 공급된다. 이 오일은 유압조절밸브에 의해 양이 조절되는데 엔진의 회전 속도에 관계없이 일정하게 유지되게 한다. 오일여과기는 오일 속의 수분, 연소 생성물, 금속 분말, 슬러지 등 미세한 불순물을 제거하는 역할을 한다. 오일여과기에 사용되지 않는 것으로 보기 중에 '석면'이 있었던 것이 기억난다. 오일여과기는 작업용 건설기계의 경우 일반적으로 200~250시간이 되면 교체한다.

 유면표시기, 말만 들어선 무엇을 말하는지 알기 쉽지 않다. 바로 오일 양을 찍어보는 길다란 철사다. 자주 사용하지만 이태껏 이름도 몰랐다. 유면표시기다. 안까먹겠지. 오일의 양은 시동을 끈 후 15분이 경과한 후에 측정을 해야 제대로 할 수 있다.

 그리고 오일의 색깔로 기관을 진단할 수 있다. 검정색이면 엔진오일이 심하게 오염되었다는 얘기고, 물론 당장 바꿔줘야 한다. 그리고 붉은 색이면, 가솔린이 오일탱크에 혼입이 되었다는 얘기, 우유색이면 냉각수가 들어갔다는 말이고, 회색이면 금속분말이 섞였다는 뜻이다. 잘못 짝지어진 것은 하고 문제가 한 번씩 나오니 유념. 복습 겸 질문 하나, 가스킷이 파손되어 오일이 연소실에서 타면 배기가스는 무슨 색? 바로 '흰 색'.

 오일이 125~130도까지 올라가면 성능이 급격히 저하되어 유막이 형성되지 않는다. 그래서 섭동부분이 소결될 가능성이 커진다. 이때를 대비해 장치해 놓은 것이 오일냉각기다. 오일냉각기는 소형 라디에이터로 보면 된다. 오일의 온도를 70~80도로 낮춰준다.

 오일의 여과방식에 대한 시험이 한 번씩 나온다. 오일 펌프에서 송출된 오일 모두를 여과하여 윤활부에 공급하는 방식을 묻는 문제다. 답은 전류식이다. 전기와 관련이 있느냐고 천만에. 모두 흘러들어간다 해서 전류다. 가장 많이 사용하는 방식이다. 전류식에 바이패스 밸브가 설치되어 있음은 물론이다. 그외엔 분류식과 샨트식이 있다.

 윤활유는 오일의 점도에 따라 분류하는 SAE방식과 운전상태에 따라 분류하는 API식이 있다. SAE가 우리나라에서 사용하는 분류기준이다. 점도로 치면 여름엔 SAE40을 쓰고 겨울엔 SAE20을 쓴다. 봄과 가을엔 그 중간인 SAE30을 쓰고. 요새는 계절마다 바꾸기도 그렇고 하니 그냥 사계절용을 많이 쓴다.

 오일을 분류할 땐 가솔린 기관은 M으로 표시하고 디젤은 D로 표시하는데 건설장비가 주로 디젤을 쓰므로 가솔린은 놔두고 DG, DM, DS 순서로 나열할 수 있다. G면 좋은 조건에 사용된는 뜻이고 S면 가혹한 조건에 사용되는 것이다. 문제는 디젤 오일 분류법이 아닌 것은 하고 나오는데 위 세 가지 빼고 'DZ'이런게 나오면 선택.

 크랭크도 블로바이로 인해 미연소가스가 체류하는데(불법체류인가?) 엔진 내부를 부식시키거나 오일 열화등 원인이 되므로 환기해주어야 한다. 자연환기, 강제환기 방식이 있는데 강제환기방식이 효율이 높으므로 당연히 많이 사용됨.

 시험에 나올 법한 문제, 기어식 오일펌프의 백래시가 크면 어떻게 될까? 백래시? 음, 뭐냐면, 맞물리는 기어 톱니바퀴 사이의 틈을 백래시라고 하지. 정답은.... 오일 압력이 낮아진다.

 그렇다면 오일의 압력이 낮아지는 원인엔 어떤 것들이 있나. 오일의 점도 저하, 오일량 부족, 오일펌프 과대 마모, 유압조절밸브의 밀착 혹은 스프링 밸브 쇠손. 또 현장에서 오일의 열화, 즉 열에 의해 변질되었는지 아닌지 알아내는 방법은 무엇인가. 시험에 나오니까 정리하지. 1. 악취유무 2. 색깔변화 3. 수분, 침전물의 유무 4. 흔들었을 때 거품 확인. 그런데 아닌 것으로 '오일을 가열했다 냉각되는 사간 확인'이라는 보기가 나오면 바로 정답.

 또 오일이 오염되는 원인으로 오일여과기 불량, 피스톤 링의 장력 약화, 오일 질 불량, 크랭크 케이스 환기장치가 막혔을 경우이므로 유념.

 잠깐. 굴삭기 중고차 한 대 4500만~5000만원 한다니... 쇳덩어리만 있는 건 줄 알았는데 제법 단가가 있네...