디젤인젝션의 구성과 작동원리

디젤인젝션의 구성과 작동원리는 무엇인가?

자동차나 트럭을 주유소에 끌어들이면 차량이 어떤 연료를 사용하든지 간에 디젤 연료는 거의 항상 선택사항이라는 것을 눈치챌 수 있다. 만약 여러분의 차가 표준 무연 휘발유를 사용한다면, 여러분은 왜 다른 사람들이 그렇게 하지 않는지 궁금해할지도 모른다. 디젤 연료를 특별하게 만드는 것은 무엇인가? 만약 그것이 "엘리트" 특성을 가지고 있다면, 왜 모든 차들이 그것을 사용하지 않는가? 이러한 질문들은 디젤 연료 자체에 대한 질문보다는 디젤 엔진에 대한 질문으로 이어지고, 1800년대 후반 디젤 인젝터 펌프의 개발은 왜 기술적 도약을 의미하는지 질문으로 이어진다. 읽으면서 명심해야 할 주요 아이디어는 디젤 엔진은 연료를 연소할 정도로 뜨겁게 만들기 위해 실제 점화 스파크 대신 물리적 압축을 사용한다는 것이다. 불을 붙이는 것, 끓이는 것 또는 전자레인지에 "누킹"하는 것 모두 그 물체의 열 함량을 증가시키는 명백한 방법이다. 그러나 열이 들어가거나 나가도록 허락하지 않고 기체의 압력을 크게 증가시키면 실온의 온도를 극적으로 상승시킬 수 있다는 것은 그렇게 직관적이지 않다. 디젤 엔진에서 공기는 디젤 연료를 엔진에 주입하거나 펌핑하기 직전에 보통 부피의 1/15에서 1/20로 압축된다. 연료-공기 혼합물이 연소할 정도로 뜨거워지면 엔진 내 실린더(피스톤)의 팽창이 추진된다. 공기 압축 단계에서와 마찬가지로 엔진 내부 또는 외부로 전달되는 열은 배기 단계에서만 발생한다. 디젤 엔진의 연료 분사 시스템은 분사 펌프, 연료 라인 및 노즐(주입기라고도 함)로 구성된다. 공기가 압축되면 실린더 내부의 압력이 평방인치당 400~600파운드(보통 기압은 15 psi 미만)까지 잠깐 상승하여 내부 온도가 화씨 800도~1200F(섭씨 430도~650C)의 범위까지 상승하게 된다. 디젤 엔진은 가솔린 엔진과 동일한 사이클과 물리적 배치를 특징으로 한다. 그것들을 구분하는 것은 구조가 아니라 점화 과정이다. 일반적으로 연료는 더 안정적이고, 연료 킬로그램 당 더 많은 전력을 발생시키며, 전반적으로 더 효율적이다. 디젤 연료는 화재 위험도 덜 내포한다. 디젤 엔진은 기존의 가솔린 엔진에 비해 단점이 있다. 공학적 도전과 비용 부담이 동시에 발생하는 공기 압축 단계에서 발생하는 높은 압력 때문에 더 단단한 구조여야 한다. 또한, 고압은 디젤 엔진을 시동하기 어렵게 만들 수 있다. 디젤 엔진은 피스톤의 압축 팽창 운동을 1회 완료하기 위해 4단계 사이클을 거친다. 그중 첫 번째는 공기 압축 단계다. 같은 양의 열이 빠르게 줄어드는 공간에 유지되기 때문에 압력과 온도를 높인다. 두 번째(점화) 단계에서는 부피가 팽창하기 시작할 때 압력이 일정하게 유지된다. 파워 스트로크라고 불리는 3단계에서는 엔진이 작동할 때 부피와 압력이 모두 감소하여 궁극적으로 자동차에 동력을 공급한다. 마지막으로 배기 단계에서 부피는 최고 수준으로 일정하게 유지되며, 1단계에서 압축을 위해 공기가 유입될 때 주기가 새롭게 시작된다. 디젤 엔진의 연료는 가솔린보다 무겁다. 왜냐하면 그것은 휘발성이 강한 부산물이 가솔린을 형성하는 것과 반대로 원유의 잔류물로 만들어지기 때문이다. 일반 기체처럼 특정 엔진의 필요에 맞게 조절할 수 있는 여러 등급으로 나온다. 잘못된 디젤 연료를 사용하면 시동 불량에서 "노킹 및 핑킹"으로 인해 지나치게 매캐한 배기가스로 작동 문제가 발생할 수 있다. 연료 분사 펌프는 인라인형, 배전 기형, 모노코크형 등 3종류가 있다. 어떤 제품이든 가장 중요한 부분은 펌프다. 연료 펌프의 수량, 압력 및 시간은 매우 정밀해야 하며 부하에 따라 자동으로 조정되어야 한다. 연료 분사 펌프는 미세하고 복잡한 제조 공정이 필요한 부품의 일종이다. 현재 국내외의 일반 디젤 엔진 연료 분사 펌프는 모두 몇 개의 세계 전문 공장에서 생산되고 있다. 인라인 연료 분사 펌프의 경우 펌프의 작동 원리를 파악한다. 연료 분사 펌프를 작동할 때는 전원이 필요하다. 펌프 하부 캠 디스크는 엔진의 크랭크축 기어로 구동된다. 플런저는 연료 분사 펌프의 핵심 구성 요소다. 의료용 인젝터를 비유적으로 보면 탈착식 플러그는 플런저와 유사하며 실린더는 플런저 슬리브라고 할 수 있다. 플런저 한쪽의 실린더 내부에 스프링을 조립하면 다른 쪽이 캠축에 닿는다. 플런저는 캠축이 한 라운드 동안 회전할 때마다 플런저 슬리브 안쪽으로 위아래로 움직인다. 이것은 연료 분사 펌프 플런저의 기본 운동이다. 플런저와 플런저 슬리브는 매우 정밀한 부품이다. 플런저 몸체에는 기울어진 슬롯이 있고 플런저 슬리브에는 흡착기가 있다. 흡입기는 디젤 연료로 채워져 있다. 플런저의 기울어진 슬롯이 흡입기에 있을 때 디젤 연료가 플런저 슬리브로 흐른다. 따라서 플런저는 캠축에 의해 더 높게 밀린다. 어느 정도 높이에 도달하면 기울어진 슬롯이 석션으로부터 비틀거리며 멀어지고 후자는 닫힌다. 이런 상황에서 플런저가 더 높이 상승해 디젤 연료를 누르는 동안에는 디젤 연료가 더 이상 움직일 수 없다. 연료 압력이 일정 범위에 도달하면 단방향 밸브가 열린다. 따라서 연료는 연료 분사 노즐을 통해 흘러 실린더 연소실로 들어간다. 한 가지 주목해야 할 것은 디젤 엔진에는 모두 입구 파이프와 리턴 오일 파이프가 장착되어 있다는 점이다. 입구 파이프의 기능을 이해하기 쉽지만, 오일 리턴 파이프는 어떨까? 플런저가 배출하는 디젤 연료의 일정량에도 불구하고 디젤 연료의 일부가 실린더로 유입되기 때문이다. 나머지는 오일 리턴 홀에서 배출된다. 더욱이 엔진은 방출된 연료의 조절을 통해 연료 분사량을 조절한다. 플런저는 맨 위 지점에 도착한 후 아래로 이동한다. 그러면 기울어진 슬롯이 흡입기와 다시 만나며 디젤 연료가 플런저 슬리브 안으로 빨려 들어간다. 새로운 순환이 시작된다. 인라인 분사 펌프의 각 플런저 시스템은 하나의 실린더에 해당한다. 인라인 분사 펌프에는 4개의 실린더가 있으며, 이 실린더는 총 4개의 플런저 시스템이 필요하다. 이것은 큰 사이즈로 제공될 제품들을 만든다. 그것들은 보통 중간 크기나 더 큰 차들에 사용된다. 예를 들어 버스와 트럭의 디젤 엔진은 일반적으로 인라인 주입 펌프를 사용한다. 자동차와 경차의 디젤 엔진에 사용되는 연료 분사 펌프는 일반적으로 분배형이다. 그것들은 작은 사이즈, 가벼운 무게, 적은 구성 요소와 단순한 구조로 특징지어진다. 이 종류의 펌프는 한두 세트의 플런저 시스템을 사용하여 디젤 연료를 눌러 연료 노즐에 밀어 넣는다. 임펠러에는 두 그룹의 플런저가 설치되어 있다. 플런저는 엔진에 의해 구동될 때 임펠러와 함께 회전한다. 캠 링의 볼록한 부분이 플런저를 누르고 임펠러 가운데 있는 오일 구멍으로 디젤 연료를 보내는 펌프 역할을 하게 한다. 이때 연료 디젤은 유통업체 입구에 머물며 순차적으로 분사한다. 두 그룹의 플런저 시스템(또는 하나의 플런저 시스템 그룹)의 회전은 실린더 수 증가에 비례하기 때문에 분사 펌프는 실린더 수 및 최대 회전 속도에 의해 제한된다. 디젤 엔진 기술의 발달로 현재는 모노머 타입의 연료 분사 펌프(모노머 펌프 또는 펌프 노즐이라고 함) 한 종류로 인기가 있다. 실제로 위에서 언급한 두 가지 유형의 주입 펌프를 하나의 유형으로 결합한다. 각 실린더 연료 주입은 각각의 독립 분사 장치(단층 펌프 또는 펌프 노즐)에 의해 완료된다.