굴삭기 운전 기능사 필기 요약 5 - 연료 계통을 통해 흐르는 연료

  내연기관에서 중요한 장치들 중 하나로 지난 포스팅에서는 윤활 장치에 대해서 다루었습니다. 오늘은 그 다음 주제로 연료가 어떻게 착화가 되는지 그 흐름 과정을 살펴보도록 하겠습니다. 가솔린엔진과 디젤엔진의 차이점은 연료가 어디에서 주입이 되는지에 따라 나눌 수 있는데, 이번 포스팅에서는 디젤엔진을 기준으로 해서 다루어 보도록 하겠습니다. 주유소에서 디젤엔진에 사용되는 경유를 연료 탱크에 주입해 두면 어떠한 과정을 거쳐서 실린더 연소실까지 들어가 폭발을 하게되는지에 대한 내용을 다룬다고 보시면 되겠습니다.

 

  위와 같이 연료탱크에 연료를 주입해 두면 연료는 어디를 거쳐 지나갈까요. 처음부터 알아보도록 하죠. 지난 포스팅에서 오일펌프라는 부품에 대해서 간단히 설명한 적이 있습니다. 이 오일펌프는 엔진오일을 엔진 구석구석으로 보낼 수 있도록 퍼나르는 역할을 합니다. 이와 마찬가지로 연료를 퍼나르기 위해서는 펌프가 필요한데 이 장치가 바로 연료펌프입니다. 

  큰 흐름을 먼저 간단히 설명하는 것이 좋을 듯 합니다. 연료가 연료탱크에 채워지면, 이 연료를 연료 펌프가 끌어내서 연료 여과기를 지나가도록 합니다. 이 여과기를 거친 연료가 실린더 연소실에서 폭발을 할 수 있도록 연소실 안쪽으로 분사가 되는데 분사 펌프가 분사 노즐을 통해 연료가 퍼질 수 있도록 하는 역할을 합니다. 간단히 순서대로 정리하자면, 연료펌프, 여과기, 분사펌프, 분사노즐 순서대로 흐르게 됩니다. 아래 그림에서 펌프와 여과기 순서가 뒤바뀌어 있지만 엔진에 따라 조금씩은 차이가 있을 수 있습니다.

<출처 : http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Common_Rail_Scheme.svg>

  각 부품에 대해서 자세히 알아보도록 하겠습니다.

  연료 펌프는 어떤 동력을 이용해서 작동을 할까요? 연료펌프 또한 결과적으로는 크랭크 축과 연동되어 구동됩니다. 물론 캠축에 붙어서 회전하는 것이 위치 상으로 가까운 곳에 있기 때문에 계속적으로 회전하는 캠축과 연동된다고 할 수 있습니다. 이 회전력을 받아서 연료 펌프가 작동을 하게 됩니다.

  여과기라고 하는 연료 필터는 연료가 담겨 있는 연료탱크에 불순물이 함께 섞여 있으므로 이를 걸러내기 위함입니다. 주유소에서 넣은 연료에 불순물이 섞여 있을 수도 있고, 연료탱크에 계속 이물질이 들어갈 수 있기 때문에 이 불순물이 분사노즐까지 흘러가면 이 노즐을 막아 연료를 공급하지 못할 수도 있습니다. 연료필터로 연료가 다량 흘러 들어오게 되면 넘치는 양은 다시 연료 탱크로 보낼 수 있도록 오버플로우 밸브가 설치되어 있습니다.

  분사 펌프의 역할은 분사 노즐을 통과할 수 있도록 연료를 압축해 줍니다. 엔진이 회전 하는 속도는 얼마나 자주 폭발하느냐에 따라 결정되는데 이 분사 시기를 조절할 수 있는 조정기와 분사량을 조절할 수 있는 조속기(거버너)가 있습니다. 분사 펌프는 디젤엔진에서만 사용되는 부품임을 참고해주세요. 디젤 엔진에서 시동이 잘 안걸리고, 출력이 약해지면 분사펌프가 고장났을 때 발생할 수 있는 문제점입니다.

  분사 노즐은 앞서 이야기 했지만 연료를 연소실 내부로 분사하는 역할을 합니다. 그래서 실린더 갯수만큼 실린더 헤드 부분에 설치되어 있습니다. 이 노즐은 연소실과 직접 맞닿아 있기 때문에 고온과 고압에 버틸 수 있도록 설계되어 있습니다. 또한 분사 노즐은 일정한 양의 연료를 각 실린더마다 연소실 내부 공간에 미세하게 분사해 주는 역할을 하는데, 이 기능을 제대로 하지 못하면 실린더마다 폭발력이 달라져서 엔진 부조 현상이 발생합니다.

  연료펌프, 여과기, 분사펌프, 분사노즐 이렇게 4개의 장치를 거쳐서 연료는 연소가 된 후 엔진이 회전할 수 있도록 동력을 만들어 냅니다. 아래 사진에서는 분사노즐이 설치되어 있는 디젤 엔진의 단면을 보여주고 있습니다. 분사 노즐을 인젝터라고도 하는데 실린더 헤드 부분에 설치되어 있는 것을 확인할 수 있습니다.

<출처 : http://en.wikipedia.org/wiki/Common_rail>

  각 실린더마다 폭발력이 다를 경우 엔진 부조라고하는 노킹(knocking) 현상이 발생합니다. 이 현상은 연료의 분사량과 분사 시기를 조절하는 장치인 조속기 또는 조정기가 고장났을 때 일어날 수 있습니다. 또는 연료 계통에 공기가 혼입되어 있는 경우에도 이러한 현상이 발생할 수 있기 때문에 연료필터에서는 공기를 배출하기 위해서 벤트 플러그라는 부붐이 사용됩니다. 마지막으로 실화(Miss Fire)가 생겨 정상적인 폭발이 되지 않으면 그 실린더에서는 동력이 발생하지 않으므로 노킹 현상이 일어날 수도 있습니다. 하여튼 연료가 흐르는 위 4가지 부품에서 문제가 발생하게 되면 노킹현상이 발생하고, 심하면 엔진이 꺼지게 되는 문제가 생기게 되는 것입니다.

  디젤 엔진에서 연료 탱크에 연료를 넣는 방법에 대해서 간단히 살펴보겠습니다. 당연히 이물질이 섞이지 않도록 주입해야 합니다. 그리고 연료 탱크 내부에 수분이 있지 않도록 정기적으로 드레인 콕을 열어줍니다. 작업을 하지 않을 때는 연료를 연료탱크 내부에 가득 채워서 공기 중에 있는 수분에 의해 생긴 물과 연료가 섞이지 않도록 합니다. 연료인 경유는 착화가 잘 되어야 하는데 이러한 기준으로 사용되는 것이 세탄가인데 이 값이 높아야 합니다. (가솔린 엔진에서 사용되는 연료인 가솔린은 옥탄가가 높아야 하고, 인화성이 좋아야 합니다.)

  오늘은 여기까지 해서 디젤 엔진을 중심으로 연료 계통을 통해 흐르는 연료에 대해서 살펴보았습니다. 방문해 주신 모든 분들 좋은 하루 보내세요~!