디젤엔진의 흡배기계

흡기계

외기는 에어덕트를 통해 공기청정기에 도입되고 여기서 먼지 등이 여과된 다음 청정한 상태의 공기로서 엔진에 흡입된다. 터보과급의 엔진인 경우는 터보과급기와 인터쿨러를 거쳐서 흡기매너폴드를 통해 각 실린더로 분배된다.

 

흡기계의 구조와 기능

1) 흡기매니폴드 – 흡기매니폴드는 공기청정기를 통과한 공기가 각 실린더내로 되도록 균등하게 분배될 수 있는 모양일 것과 흡입공기의 관성이나 공명을 적극적으로 이용될 수 있는 형상의 것이어야 한다. 흡기매니폴드는 공기의 흐름에 의한 관성이 가지는 것이 중요하다. 즉 관성에 의한 과급은 공기의 흐름에 동반되는 관성에 의해 흡기매니폴드내에서 압력파가 발생되도록 하는 것이다. 즉 흡기밸브가 닫히기 직전 정(+)의 압력파를 동기시켜서 높은 급기비가 얻어지도록 하는 것이다.

2) 스로틀밸브 및 보조벤투리와 인테이크셔터

 

스로틀밸브 – 스로틀 밸브는 가속페달과 연동되어 가속페달의 밟는 정도에 따라 개폐되고 그 개폐의 정도에 따라 보조벤트리부에 발생되는 부압이 변화한다. 그리고 이 변화의 정도에 따라 뉴매틱 거버너가 연료의 제어를 하도록 되어 있다.

 

보조벤투리 – 보조벤투리는 엔진이 역회전하는 경우 부압이 거버너의 제어실에 작용, 연료분사량을 급속하게 감소시켜서 엔진의 역회전을 방지한다. 또한 진공식 제동배력장치의 작동에 필요한 부압도 이 보조 벤투리의 부압취출구에서 얻어진다.

 

인테이크셔터 – 흡기매니폴드의 스로틀밸브 뒤쪽에 인테이크셔터가 부착되는데, 인테이크셔터는 흡입되는 공기를 급속히 차단하여 엔진을 정지 시키는 역할을 하는 것으로 운전실에 마련되어 있는 정지버튼을 당기면 인테이크셔터의 밸브축이 회전, 작동되도록 되어 있다.

 

중간냉각기

터보과급엔진은 터보 과급기의 출구의 공기온도가 100-160°C에 달하여 실린더내로 흡입되는 흡기의 효율이 저하되거나 연소온도의 상승에 따른 배출가스 중 NOx농도의 증대를 가져오게 되어 배출가스의 측면에서 이롭지 못하다. 뿐만 아니라 연소실의 열부하가 커지고 실린더헤드, 피스톤, 밸브 및 밸브시트 등의 내구성도 저하되므로 이것을 완화하는 수단으로 터보과급기와 흡기매니폴드 사이에 급기를 냉각하는 중간냉각기(inter cooler)를 설치하여 급기의 온도를 50°C 정도를 저하시킨다. 냉각방식에는 공랭식과 수냉식이 있으며 자동차용 엔진의 경우는 라디에이터의 앞쪽에 배치되는 공랭식이 많이 사용된다. 수냉식은 엔진 본체에 함께 조립될 수 있어서 컴팩트하나 급기온도의 저하효과가 크지 않아서 자동차용으로 적용되는 예는 드물다.

 

공기청정기

대기중에는 미세한 먼지가 많이 부유하고 있으며 그 주성분은 이산화규소, 산화알미늄, 산화철 등이다. 또한 고속도로를 주행하는 차량의 공기청정기를 점검한 결과에 따르면 공기중에 많은 비율이 자동차로부터 배출되는 배출가스에 포함된 입자성물지의 차지하는 비율이 높은 것으로 나타나는 등 부유먼지와 입자상 물질의 포촉이 공기청정기의 주된 역할이다. 그리고 엔진의 내구성이나 신뢰성의 향상을 위해서는 흡입되는 공기의 청정도는 더없이 중요하다. 또한 다른 한편으로는 공기청정기는  엔진의 흡기밸브 개폐에 따른 단속적인 기류음이 흡기덕트를 경유하여 공기청정기로 전달된다. 이 기류음은 공기청정기의 케이스체적과 흡기파이프의 단면적과 길이가 확장소음기를 형성, 흡기음의 소음역할을 한다. 일반적으로 공기청정기는 필터 엘리먼트에 여과지를 사용한 건식이 사용되며 공기청정기의 여과성능은 다음의 3가지에 의해 평가된다.

a. 흡입공기가 통과할 때의 통기저항

b. 더스트의 여과정확도를 나타내는 청정효율

c. 한계통기저항에 달할 때까지의 포촉가능한 더스트량

 

배기계

배출가스는 배기매니폴드에서 모아지고 터보과급기가 부착되는 엔진인 경우에는 과급기에서 에너지가 회수된 다음 배기파이프, 소음기를 거쳐서 대기중으로 배출된다.

1. 배기매니폴드 – 배기매니폴드는 실린더 헤드의 각 배기포트와 접속되며 배출가스의 압력손실이 적어지도록 굽힘부분이 완만한 형상으로 만들어진다. 그리고 배출가스가 유출될 때, 각 실린더로부터 압력파가 서로 간섭되지 않을 것과 배기의 관성을 이용할 목적으로 배기통로를 몇 개의 그룹으로 분리한 배기매니폴드도 있다. 배기매니폴드 내에는 700°C 전후의 고온가스가 흐르게 되어 통상 재료는 가단주철 등 고강도 주철계가 채용되고 있다. 그리고 배기매니폴드는 열변형이 크고 열응력도 크기 때문에 매니폴드를 분할하는 등 형상에 충분한 배려가 필요하다.

2. 터보과급기 – 터보과급기는 배출가스의 배출에너지를 배기터빈에서 회수하고 같은 축의 압축기로 흡기를 압축하여 흡기의 밀도를 높게 한다. 이렇게 함으로써 실린더 내에 공급하는 흡기량을 증대시키는 역할을 한다.

Turbocharger