미디어 웜홀

흡기장치에는 공기청정기와 흡기다기관이 있다. 공기청정기, 즉 에어클리너의 기능은 실린더에 흡입되는 공기의 여과, 소음방지, 역화시 불길저지, 실린더와 피스톤의 마멸방지, 베어링 오손을 방지한다. 공기청정기엔 건식과 습식이 있는데 건식을 주로 사용한다. 케이스 안에 여과 엘리먼트를 넣은 것으로 여과성이 높은 셀룰로오스를 접어 방사선상으로 한 것이다. 자동차 오일 교환할 때 대체로 함께 교환하는 에어클리너가 이것이다. 내구성을 높이려고 화학처리됐다.

습식은 요즘 잘 사용하진 않지만 공기가 스틸올이나 거즈로된 엘리먼트를 통과하는데 여기서 중요한 것은 습식엔 엔진오일이 공기를 깨끗하게 하는 역할을 한다는 것. 대체로 프리클리너를 통과해 깨끗해진 공기를 다시 여과하기 때문에 건설기계에 적합하다. 점검은 50시간마다 하고 2만~3만㎞에서 교환한다.

흡기다기관은 공기를 각 실린더로 보내는 통로다. 실린더헤더 옆에 붙어 있다. 실린더에 공기가 균일하게 분배되게 하고 연소가 촉진되도록 하는 역할을 한다. 흡기다기관의 지름은 실린더 지름의 25~35%가 적당하다.

배기관에는 배기파이프와 소음기로 구성되어 있다. 배기가스는 3~4㎏/㎠의 고압과 600~900℃의 고온이다. 소음기, 흔히 마후라라고 하는 여기에도 600~700℃의 높은 열을 간직하고 소리 또한 음속이 340㎧여서 소음기의 체적은 행정체적의 12~20배 정도 되는 게 좋다.

예열장치의 목적은 디젤엔진에만 설치되는 것으로 추운지역에서 시동할 때 잘 걸리지 않으므로 흡입공기를 가열하여 시동이 잘 걸리게 한 장치다. 예열장치에는 실린더 내에 압축공기를 직접 예열하는 예열플러그식과 실린더에 흡입되는 공기를 미리 예열하는 흡기가열식이 있다. 건설장비의 경우 키를 반대로 돌리면 예열이 된단다.

예열플러그는 예열플러그(glow plug), 예열플러그 파일럿, 예열플러그 저항기로 구성되어 있다. 예열플러그는 또 코일형과 시일드형으로 나뉘는데 한번씩 시험에 나온다.

코일형은 직렬로 되어있고, 히트 코일이 연소실에 노출되어있다. 하지만 항상 연소실에 들어가 있으니 기계적 강도 및 가스에 의한 부식에 약하다. 반대로 시일드형은 병렬로 결선되어 있으며 튜브 속에 열선이 들어있어 연소실에 노출되지 않는다. 발열부가 코일이 아니라 열선으로 되어 있으며 발열량도 크고 열용량도 크다. 내구성도 있으며 하나가 단선이 되어도 작동하고 예열플러그 저항기가 필요치 않다. 예열시간은 60~90초 사이로 해야 한다. 넘으면 단선의 위험이 있다.

그리고 예열플러그 파일럿이란 운전석 계기판에 나타난 표시등이다. 코일모양으로 생겼단다. 장비에 한 번 올라보고 눈으로 확인을 해봤으면 좋겠다.

참고로 저항기는 코일형만 사용되며 히크릴레이는 시동전동기 스위치를 보호하기 위한 장치며, 히트코일은 니크롬선과 철크롬선이 사용되며, 추울때 기동하려면 1000℃와 약 50W가 필요하며, 1000℃에 달하는 시간은 대략 30초다.

흡기가열식은 흡기 히터, 히터 레인지로 구성되어 있다.

연료제어기구는 가속 페달이나 조속기의 움직임을 플런저에 전달하는 기구다. 제어랙,제어피니언, 제어슬리브로 구성되어 있다. 또 연료분사시기 조정기는 타이머라고도 하는데 엔진의 회전속도 및 부하에 따라 연료의 분사시기를 조정한다. 엔진의 회전속도가 느릴 때엔 진각을 작게하고 회전속도가 빠를 때엔 크게하는데 조절범위는 크랭크각도로 최대 24도 정도면 된다.

조속기는 거버너라고도 하는데 엔진의 회전 속도나 부하변동에 따라 자동적으로 래크를 움직여 분사량을 조절하는 것이다. 조속기에는 앵글라이히 장치가 있는에 이는 공기와 연료의 비율을 일정하게 유지하는 역할을 한다. 또한 리미트 슬리브는 분사량이 최대 송출량 이상으로 빠져나가는 것을 방지하는 장치다.

디젤에서 쓰는 연료는 경유다. 그런데 강사 말이 등유를 써도 아무런 문제가 없단다. 다만 CRDI인가 하는 방식(정확히 기억이 안 난다. 통 자동차에 관심이 없어서리...)을 채택한 차는 경유만 써야 한단다. 연료분사펌프 안에선 윤활도 연료 즉, 경유로 하는데 이 연료의 구비조건이 몇 개 있다. 1. 적당한 점도를 가질 것. 2. 인화점이 높고 발화점이 낮을 것. 3. 내폭성 및 내한성이 클 것. 4. 불순물이 섞이지 않을 것. 5. 연소 후 카본 생성이 적을 것. 6. 온도 변화에 의한 점도변화가 적을 것(점도 지수가 높을 것). 7. 고형미립이나 유해성분이 적을 것. 8. 발열량이 클 것.

연료의 점도가 높으면 어떤 현상이 일어나나? 연료 파이프 안의 유동성이 나빠져 분사 펌프의 기능을 저해하고 또 실린더 속에 분사할 때엔 불완전 연소를 일으킨다. 반대로 점성이 묽을 땐, 윤활성이 나쁘므로 플런저의 마멸을 빠르게 하여 심할 때엔 타붙는 소결(stick)현상이 일어난다. 연료의 분사 요건으론 무화성, 관통도, 분포, 세탄가(착화성은 나타낸 값) 등이다. 시험에선 이렇게 나온단다. 다음중 연료분사의 요건이 아닌 것은? 해서 아닌 것으로 '연소'가 제시되는데 이는 분사요건과는 거리가 먼 내용이다. 또 다음 중 디젤기관의 세탄가를 나타내는 것은? 하고 문제가 나오는데 이때의 답은 '세탄가'다. 착화성이 좋을수록 완전연소가 된다는 것은 상식.

상식. 경유의 주성분은 무엇일까. 경유는 탄소와 수소의 화합물이다.

노즐에 대해 알아볼까. 노즐엔 개방형과 폐지형이 있는데 요즘 대부분 폐지형을 쓴다. 개방형은 노즐끝에 밸브가 없이 항상 열려있는 것인데 가솔린 엔진의 기화기나 LP가스 엔진의 베이퍼라이저에 이용된다. 무화작용이 나빠 사용하지 않는다. 폐지형은 밀폐형이라고도 하며 구멍형(단공형, 다공형)과 핀틀형, 스로틀형, 핀토우 노즐이 있으며 이중 직접분사식에서 가장 많이 사용되는 분사노즐은 구멍형노즐이다. 이중에서도 단공형 보다는 다공형이 많이 쓰이는데 연료 분사효과가 뛰어나기 때문이다.

과급기는 공기펌프라고도 한다. 흔히 쓰는 말로 바꾸면 '터보'다. 우리말 보다 영어식 표현이 더 흔한 게 기계 기관의 세계다. 터보를 누르면 엔진의 출력이 높아져 자동차가 빨리 달리게 되듯, 과급기는 연료 소비율을 향상시켜 착화지연을 짧게 함으로써 엔진의 회전력을 증대시킨다. 종류엔 기계식과 배기가스식, 전동기로 구동되는 원심식이 있는데 4사이클 디젤엔진에선 이 방식이 쓰인다. 여기서 주의할 것은 연소가 양호하면 연료소비율이 증대할 것이라 생각하기 쉬운데 오히려 감소한다는 것을 명심해야 한다.

디젤노크는 예를 들자면 3단을 넣고 오르막을 오를 때 엔진이 털털거리는 소리를 내는 것인데 실린더 내부 압력이 크게 상승되어 피스톤이 실린더 벽을 타격하는 현상이다. 사이드노킹이라고 앞서 배운바와 같다. 방지책으로 1. 연료의 착화온도를 낮추고 2. 압축비, 흡입온도, 흡입 압력을 높인다. 3. 회전속도를 느리게 한다. 4. 분사시기를 늦춘다. 5. 세탄가 높은 연료를 사용한다.

다음엔 흡배기 및 예열장치에 대해 정리한다.

 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.