디젤 엔진의 흡기 장치

트럭 엔진의 흡기 장치에 대해서 알아보겠습니다.

 

디젤 엔진은 공기를 흡입하여 연료와 압축되면서 동력을 발생시킵니다. 따라서 공기도 연료와 마찬가지로 중요한 요소중 하나입니다. 디젤 엔진의 흡기 장치는 엔진에 필요한 공기를 최적의 조건으로 공급할 수 있도록 해 주는 장치입니다.

 

 

【엔진 흡기 장치의 구성품】

엔진 흡기 장치의 구성 부품 및 그 역할은 아래와 같습니다.

• 에어 덕트(AIR DUCT) : 차량 외부에 장착되어 공기를 흡입하는 통로입니다.
• 에어 클리너(AIR CLEANER) : 에어 필터(AIR FILTER)라고도 하며 흡입되는 공기 중에 먼지와 같은 불순물 입자를 걸러주는 역할을 합니다. 에어 클리너는 주기적으로 교환을 하여 관리하며 주어야 합니다.
• 터보 챠져(TURBO CHARGER) : 흡입되는 공기를 압축하여 엔진의 효율을 높여주는 역할을 합니다. 흡입된 공기는 배기가스의 터빈 휠에 의해 컴프레셔 휠로 압축된 공기를 얻습니다. 이 터보 차져는 배기 메니폴드 배출 플랜지에 장착되는데 엔진이 작동되면 배기가스가 배출되는 터빈 하우징을 통해 터빈 휠을 고속 회전(160,000 ~ 210,000 rpm) 시키며 배기가스는 터빈 하우징을 통과하여 배기 파이프를 통해 배출됩니다. 엔진 출력이 증가 또는 감소함에 따라 터보 챠져는 엔진에서 요구하는 공기량을 토출 하게 됩니다.
• 인터쿨러(INTERCOOLER) : 인터쿨러는 터보차져와 흡기 매니폴드 사이에 설치되어 있으며 체적 효율을 높이고 흡입공기를 냉각시켜 실린더 내의 열부하를 감소시키는 역할을 합니다. 흡입공기는 터보챠져에서 압축되면 압력과 온도가 상승되어 공기의 질량은 감소하게 됩니다. 따라서 온도가 높은 흡입공기를 인터쿨러에 통과시켜 냉각시킴으로써 체적 효율을 더욱더 높여 엔진 출력을 향상합니다.
• 흡기 메니폴드(INTAKE MANIFOLD) : 인터쿨러를 통과한 차가운 공기를 엔진 내부 각 실린더로 연결시켜주는 통로 역할을 합니다.

 

【디젤 엔진의 흡기 & 배기 흐름】

에어클리너를 통과한 공기는 터보챠져에 의해 압축이 되면서 고온/고압의 공기가 되어 인터쿨러로 들어가며 이 곳을 통과하면서 냉각되어 저온/고압 저밀도의 공기가 되어 엔진 내부로 들어갑니다. 흡입된 압축 공기는 모든 실린더로 유입되어 각 실린더에 있는 흡기 밸브를 통해 연소실로 유입되어 압축 행정이 시작됩니다. 그리고 폭발이 이루어지고 난 배기가스는 배기 밸브를 통해 빠져나가 배기 메니폴드를 거쳐 배기 파이프에 연결된 배기가스 후처리 장치를 통해 유해한 불순물이 제거된 깨끗한 가스로 배출됩니다. 배기 장치에 대해서는 다음에 이어서 좀 더 자세하게 이야기드리겠습니다.

 

흡기 흐름

 

배기 흐름

 

【터보 인터쿨러】

터보 인터쿨러는. 배기량이 일정한 상태에서 연소실에 강압적으로 많은 공기를 주입시켜 엔진 폭발력을 높여 힘과 토오크를 증대시키는 구조입니다.

터보챠져는 엔진에서 발생된 동력을 소비하지 않으면서 배기가스 배출 압력을 이용한 것으로 배기 행정 때 배출되는 배기가스가 터빈 날개(휠)를 회전시키고,, 동일선상에 있는 터보 챠져의 날개가 회전하여 흡입 공기을 압축하는 장치입니다. 이때 터보 챠져 임펠러의  회전 속도는 160,000 ~ 210.000 rpm으로으로 고속 회전합니다. 그러므로 터보 챠져에 윤활이 반드시 필요합니다.

압축하는 과정에서 공기의 온도(100 -110℃)가 올라가 공기 밀도가 낮아지게 되므로 라디에이터 앞에 설치된 인터쿨러를 이용하여 압축 과열된 공기를 다시 냉각(60℃)시켜 보다 높은 공기 밀도를 얻게 한다. 그 결과 터보 인터쿨러는 엔진의 출력과 회전력을 증가시키고, 연료 소비율을 향상하는 효과가 있습니다.

• 웨이스트 게이트 타입 : 웨이스트 게이트 밸브가 장착되어 열림과 닫힘에 의해 필요한 공기의 압축량을 조절할 수 있도록 제작된 타입의 터보 챠져입니다.

웨이스트 게이트 밸브의 열림 과 닫힘

 

• 전자식 가변 터보 차져(VGT : Variable Geometry Turbo) : 터보 배기 구축 노즐 링은 엔진 RPM 및 차량 상태에 따라 VGT 액츄레이터에 의해 지속적으로 가변 이동하며 필요한 공기의 압축량을 조절합니다.

 

 

【터보 인터쿨러의 장점】

• 출력 증강
• 진동 / 소음 감소
• 배기가스 감소
• 우수한 고지 적응성
• 연비 개선