서핑하다가 발견한 글입니다. 글쓴이의 내공이 돋보이네요.

재미로 읽어보세요.

세번에 걸쳐서 옮겨진 글이네요.

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아래 글은 한의사전용 통신망 자동차 동호회의 고 이 근혁 회원님이 올리신 글을

인터넷 카니발 매니아 동호회(www.internetcarnivalmania.or.kr)의 한 회원 분이

옮긴 것입니다.



디젤차를 갖고 다니다보니 가끔은 디젤차량에 대한 공부의 필요성을 느끼겠더라구요

그래서 올려봅니다.


제목 : 디젤엔진에 관하여 (이 근혁)

디젤엔진이라고 이름이 붙인 것은 발명한 사람이
루돌프 디젤이었기 때문입니다.  

그래서 디젤엔진이라고 부르고 나아가서 연료로 쓰는 경유를
디젤유라고 부르게 된 것이지요.  

그러나 디젤엔진에 꼭 경유를 써야하는 것은 아닙니다.  
그보다 더 비싼 기름인 등유나 휘발유를 써도 됩니다.  
지금 나라가 세금을 걷느라고 등유보다 경유를 비싸게 팔지만
일반적으로는 등유가 더 비쌌었지요.  

그러니까 일반적으로 기화기방식의 불꽃점화기관의 연료로
쓸 수 있는 범위는 최대한 등유까지지요.  

예전에 발동기라는 것은 등유를 썼습니다.
원래 초창기 석유를 정제해서 쓰던 것이 등유 정도였답니다.  

휘발유는 너무 잘 날라 가는데다 인화성이 강해서
그냥 태워 버렸다던가 그랬답니다.  

그러다가 불꽃점화기관이 대량으로 보급되면서
휘발유는 엄청난 수요가 생겼지요.

휘발유는 낮은 온도에서 잘 증발하니까
당연히 등유보다 훨씬 적합한 연료지요.  

더구나 나프타를 제외하고는 다른데 쓸 곳도 없고
난방용 같이 일반적인 연료로 쓰기에는 위험하기 때문에

별 쓸모 없었던 휘발유가 졸지에 돈 덩어리가 된 것이지요.  

휘발유는 다른 기름보다 위험합니다.  

휘발유차의 경우 불이 날 가능성이 높고 폭발의 위험도 있는데
경유는 특별하지 않은 경우 외에는 불이 날 위험이 적습니다.  

실제로 휘발유의 원가는 그리 높지 않아서 다른 기름보다 약간 싸다고 합니다.
단지 차라는 물건을 하도 사람들이 좋아하다 보니까
거기다 세금을 먹이는 방법으로 쓰는 거지요.  

그래서 유류에 거의 세금이 없는 미국에서는 경유보다 휘발유가 쌉니다.  

디젤엔진은 이런 다루기 까다롭고 비싼 휘발유만이 아니라
그보다 더 싼 기름 심지어 그냥 불을 붙이면 불도 붙지 않는
경유를 쓸 수가 있는 장점이 있습니다.

그러니까 일부러 경유를 쓸 뿐 원한다면 휘발유나 등유나 심지어 알코올이나  
다른 연료를 쓸 수 있게 세팅하는 것은 어렵지 않습니다.  

예전에 폴크스바겐에서 스터디용으로 내놓은 자동차에서는
직접분사 방식의 디젤엔진을 달고 나왔는데
휘발유부터 경유까지 다 넣고 굴릴 수 있었습니다.

휘발유를 쓰면 연료의 증발이 잘되기 때문에
더 성능이 좋은 디젤엔진이 될 겁니다.  
그러나 가격차이가 심하기 때문에 아무도 그렇게 하질 않습니다.

또 경유가 같은 양에서 더 많은 열량을 내므로 더 유리하구요.  

그런데 휘발유에 세금이 붙지 않는 미국에서는 웬만한 차는 다
휘발유엔진을 씁니다.
웬만한 중형 픽업트럭도 휘발유차를 쓰지요.

대신 엄청난 배기량을 가진 엔진이 되지요.  

하지만 더 커지면 저속토크라던가 연비라던가 큰 배기량을 구현하기가
디젤엔진이 좋다는 등의 이유로 디젤엔진을 씁니다.  

이태리인가 어디서는 유채의 일종인가 그런 식물의 씨 기름을 정제해서
디젤엔진의 연료로 쓰는 연구를 완료했답니다.  

문제는 농사가 유전채굴보다 원가가 훨씬 더 든다는 거지요.  
그리고 당연히 돈 많은 석유자본들이 가만히 두지 않는다는 거구요.  

실제로 버스 회사 같은 곳에서는 겨울철에 등유를 섞습니다.  
그러니까 디젤차를 가진 분들은 어느 정도 등유를 섞어도 됩니다.  

문제는 판매되는 디젤엔진이 경유에서 최적화 되어 있다는 것이지만
실제로 불꽃점화 엔진에 비해서 진화가 덜 된 원시적인 엔진이 많기 때문에
그렇게 예민하지 않다는 겁니다.  

따라서 경유 값이 비싸다고 생각되시는 디젤차 주인이 계시다면
등유를 사다가 섞어 쓰시기 바랍니다.  

그렇지만 난방용 등유라고 따로 나오는 모양인데
이놈의 정체가 애매하기 때문에 이놈은 피하셔야 할 듯합니다.  
또 하나 아마 적지 않은 주유소에서 경유에다가
값 싼 등유를 섞어서 팔고 있을 지도 모릅니다.

휘발유에 다른 것을 섞는 것은 금방 티가 나지만
경유에 등유를 섞는 건 별로 티가 나지 않으니 말입니다.

특히 겨울에는....

디젤 엔진의 원리는 불꽃점화 기관보다 더 단순합니다.  
그냥 공기를 압축하면 온도가 올라간다는 단순한 원리입니다.  
보통 불꽃점화기관의 압축비는 10:1정도 입니다.  

한국같이 휘발유의 옥탄가가 낮은 경우는 9:1정도로 하고
고옥탄가 휘발유를 쓴다는 조건에서는 약간 더 높입니다.  

압축비를 높이면 출력과 토크가 증가하고 열효율이 높아지는데

문제는
압축비가 높아지면 피스톤이 상사점이 올라가기도 전에
압축으로 인해서 혼합기의 온도가 올라가서 자연발화를 합니다.  

그래서 사용연료가 얼마나 옥탄가가 높은가에 따라서
적당한 압축비를 설정해야 하는 겁니다.  

한국에서는 옥탄가가 낮은 기름을 팔기 때문에
압축비가 낮은 엔진을 만들어 팔고

유럽으로 수출할 때는
고옥탄가 휘발유에 맞추어 높은 압축비로 엔진을 만들어서 팔고 있습니다.  

압축비가 높은 엔진은 성능이 더 좋고 효율도 더 좋습니다.  

그래서 높은 옥탄가 휘발유가 좋은 거지요.
특히 노킹을 잘하는 엔진에서는 말입니다.  

사담이지만 제 차는 오래된 현대 엔진이라서 약간 심하게 몰아대면
곧 지치고 그 상태에서 오르막을 올라가면 노킹을 해댑니다.
그래서 쌍용기름은 넣으면 좀 덜하고 선경기름을 넣으면
심하게 노킹을 해댑니다. 그래서 전 SK엔 못 가지요.  

그러나 아무리 좋은 기름을 써도 12-3:1이상의 압축비는 만들 수 없습니다.
냉각을 잘해도 말입니다.  

그런데 디젤엔진은 거꾸로 이 성질을 이용하는 겁니다.  
20: 1이상의 높은 압축비로 연료가 섞이지 않은 그냥 공기를 흡입해서
압축합니다.

그러면 불꽃이 붙을 정도로 온도가 올라가게 되고 그 압축된 고온의 공기에다가
연료를 구멍을 안개처럼 뿜어주는 겁니다.

그러면 불이 붙어서 폭발하게 되고 그 힘으로 엔진이 도는 겁니다.  
따라서 불꽃점화기관에 필요한 배전기 승압 코일 플러그가
필요가 없는 엔진이 됩니다.

단지 고압으로 연료를 압축해서 실린더 안으로 품어줄
플런저가 필요하게 되는데 이걸 브란자 라고 하지요.

한자로 바꾸면 연료분사장치인데 휘발유엔진에서 흡기관에 붙어있는
전자제어 연료분사기와는 다른 기계식의 고압 연료분사기이지요.

엄청나게 압축된 실린더에 연료를 뿜어줄려니 더 고압이 되어야지요.  

디젤엔진에는 많은 장점이 있습니다.  

우선 높은 압축비와 고온에서 연소하기 때문에 열효율이 높습니다.  
그래서 연비가 상당히 높습니다. 그래서 상용차가 많이 쓰지요.  

대형트럭의 경우 약간의 차이가 누적되면 엄청난 차이가 되지요.  

카니발은 몸무게가 자그마치 1.8톤이 됩니다.  

그런데 시내 연비가 12-3정도 나오던가 그 정도 될 것입니다.

휘발유차는 1톤 정도 되는 차도 이렇게 연비내기가 힘듭니다.  

또 스포티지의 디젤 엔진은 1리터에 10여 킬로를 가지만
휘발유엔진으로는 6-7킬로를 가면 잘 가는 겁니다.  

왜냐하면 지프는 차량이 무겁고 동력전달장치도 무겁습니다.  
따라서 원래 연비가 좋지 않은 편인걸 디젤엔진으로 버티는 거지요.  

디젤엔진이 쓰이는 가장 큰 이유가 바로 이점이지요.  
값싼 연료로 멀리 갈 수 있다는 장점 이게 바로 핵심이지요.  

더불어 점화장치가 없기 때문에 고장이 적습니다.  

불꽃점화기관에서 실제로 가장 말썽을 피우는 부분이 바로
이 점화와 관련된 장치에서 일어납니다.  

그러니까 전기를 발전하고 그걸 저장하고 분배하고 승압하는 이것이
차가 퍼지는 원인 중 제일 흔한 원인입니다.  
그런데 디젤엔진엔 이 말썽장이가 없습니다.  

플런저만 고장나지 않는다면 특별히 속썩일 물건이 없습니다.  
그러니까 상용차에서는 당연히 디젤을 선호하지요.  

또 하나 큰 배기량 엔진을 만들기 쉽습니다.  
심지어 배에 쓰는 집채만한 디젤엔진도 만들어지고 있습니다.  

불꽃 점화기관으로는 한 실린더당 500cc-600cc 정도가 한계지요.  
배기량을 키우려면 할수 없이 실린더 수를 늘려야 합니다.  
디젤엔진은 큰 상관이 없는 편이지요.  

따라서 큰 배기량 필요한 상용차에서는 디젤밖에 답이 없습니다.  

또한 과급엔진을 만들기에는 아주 좋습니다.  

불꽂 점화기관은 과급을 하면 혼합기의 온도가 올라가서  
노킹을 할 위험이 생기지만 공기만 압축하는 디젤엔진에서는  
별 부담이 없이 과급기를 달수 있고 실제 많이 달고 있습니다.  

대형 상용차에서 터보디젤엔진이 상당히 많이 쓰이고 있습니다.  
작은 엔진에도 물론 많이 달고 다닙니다.  

그래서 배기량에 비해서 낮은 출력을 커버합니다.  

자연은 얻은 것이 있으면 잃는 것도 있게 마련이지요.  

우선 가장 큰 단점은 만드는데 돈이 더 듭니다.  
높은 압축비로 돌아가는 엔진이므로 더 많은 힘을 받게 되고  
더 튼튼하게 만들어야하고 그러다보니 같은 힘을 내려면  
더 무거워지고 그러다보니 원가가 더 들어가게 됩니다.  

세상에 원가가 더 들어가는 물건을 좋아하는 장사는 없지요.  

그리고 소음과 진동이 큽니다.  

그 이유는 압축비가 높다는 것은 반대로 소음과 진동이 커지지요.  

효율이 높아지는 만큼 그에 따른 부담이 생기는 겁니다.  
그래서 조용하고 부드러운 것을 원하는 승용차에 안 어울리지요.  

그러나 요즘은 상당히 조용한 엔진들이 나옵니다.  

우리나라 에서도 무소나 스포티지에 쓰이는 디젤은 아주 조용합니다.  

또 승용차로 쓰기에는 고회전 고출력으로 만들기 어렵습니다.  

승용차는 사용하는 출력범위가 상당히 넓습니다.  
디젤엔진은 높은 압축비를 사용하기 때문에 고회전에서  
불리합니다.

그래서 낮은 회전수에 만족해야 합니다.  
그래서 배기량에 비해서 휘발유엔진에 비해서 출력이 작습니다.  

높은 압축비 때문엔 저속토크는 휘발유엔진에 비해서 높기 때문에  
큰 질량의 차량을 출발시키고 오르막 오르기에는 유리합니다.  

원래 그렇기도 하지만 또 고회전을 별로 연구하지도 않았구요.  

승용차들은 원하던 말던 최고속도로 경쟁을 하지 않을 수 없습니다.  

사람들은 다른 차보다 조금이라도 더 빠른 차를 삽니다.  

하체가 받추어주던 말던 상관하지 않고 쓸모 있던 말던 말입니다.

이런 경쟁에서 디젤엔진은 불리합니다.  

자동차 경주라는 것이 바로 이런 속도 싸움 즉 출력싸움이지요.  

그런데 요즘 유럽에서는 디젤차가 휘발유차를 경주에서 이긴  
사건도 있습니다.

그 이유는 연비가 높아서 피트인하는 횟수가 줄어서 그렇다고 하더군요.  

또 단점이 있는데 공해가 심하다는 겁니다.  
버스나 트럭 뒤를 쫓아가 보면 쉽게 느낄 수 있지요.  

무소를 제외한 지프들에서 마찬가지지요.  

산화질소와 매연이 많이 나온다고 합니다.  
탄화수소는 휘발유엔진에서 많이 나온다고 합니다.  

그런데 우리가 많이 접하는 대부분이 디젤엔진은 원시적인 겁니다.  

그냥 굴러가면 된다는 출력을 조금이라도 더 뽑기 위해서 만든  

공해나 이런 것은 별로 신경 쓰지도 않았고 크게 투자하지도 않은  
상당히 오래 전에 개발된 그렇고 그런 엔진들입니다.  

국내에 돌아다니는 엔진 중 공해에 신경 쓴 유일한 엔진은  
무소와 코란도에 달려나오는 벤츠 엔진이 있을 뿐입니다.  

나머지 엔진들은 원작이 공해를 줄이도록 되어 있어도  
출력을 위해서 기름의 분사량을 가능한 대로 올려서 나옵니다.  

적지 않은 상용차들이 출력을 높이기 위해서 분사기에 손을 댑니다.  

휘발유엔진에 다 달려있는 촉매장치 같은 것은 당연히 없지요.  
그러니까 공해가 심한 것은 정부가 규제를 하지 않아서  
이쪽으로 연구를 하지 않고 투자를 하지 않은 탓이 더 큽니다.  

유럽에서는 요즘 나오는 엔진들은 휘발유엔진과 거의 같습니다.  
촉매장치도 달고 나온답니다.  

디젤엔진이 승용차에 많이 쓰는 곳은 유럽입니다.  
그 가장 큰 이유는 경제성입니다.  

경유가격이 상대적으로 싸고 같은 양으로 더 많이 갈수 있기 때문이지요.  
그런데 휘발유가격이 싼 미국에서는 환영받지 못했습니다.  

또 기술적으로 그 수준의 디젤엔진을 개발한 곳이 유럽이었습니다.  

기술은 항상 발전해야한다는 강박에 빠져있어 보입니다.  

DVD같이 어떤 면에서는 소비자보다는 공급자가 새로운 수요를  
만들어내기 위해서 새로운 기술을 만들어내는 것 같기도 합니다.  

한동안 공해문제와 그걸 해결하는 전자제어의 열풍이 불었습니다.  

CPU가 엔진을 컨트롤하는 기화기가 없어지고 전자장치가  
연료분사를 제어하고 점화시기를 조절하는 시대가 되었지요.  
그럼으로 캘리포니아의 공해기준을 맞출 수 있게 되었고  
연비도 좋아졌습니다.  

그와 비슷한 시기에 일본에선 다벨브엔진이 보편화되었고  

유럽에서는 터보엔진을 승용차에 달아도 보았고  

나아가서 일본에서는 가변타이밍 밸브도 실용화되었지요.  

그 뒤에 더 나아간 것이 린번엔진이나 미러싸이클 엔진이 나왔습니다.  

그 뒤에 직분사엔진이 연구되기 시작했습니다.  

특히 일본에서 주로 연구를 해왔지요.  

반대로 유럽에서는 소형 직분사 터보디젤으로 발전했지요.  

이 두 가지는 서로 닮았습니다.  

직분사 휘발유엔진은 불꽃 점화기관이기는 한데  
흡입 다기관에서 휘발유를 뿜어주는 것이 아니라  
마치 디젤엔진처럼 직접 실린더 안에다가 연료를 뿜어줍니다.  

그리고 거기다가 점화 플러그로 불을 붙이는 거지요.  

그러니까 디젤엔진과 휘발유엔진의 합쳐놓은 듯한 엔진입니다.  

단지 압축비가 낮고 플러그로 불을 붙인다는 거지요.  

이쪽은 주로 일본에서 많이 연구하고 있다고 합니다.  

장점은 역시 연비가 획기적으로 높다는 것입니다.  

유럽에서는 소형 디젤엔진을 발전시켜나갔습니다.  

그러면서 소음 진동 공해 문제를 해결해나갔지요.  

원래 디젤엔진들은 연소실을 따로 둡니다.  

그 연소실에다가 연료를 품어주는 거지요.  

이게 진동과 소음이 적고 공해도 적답니다.  

그냥 연소실에서 해버리면 연비가 더 좋아지만  
진동과 소음이 커진답니다.

그래서 승용차용 디젤엔진은 부연소실방식을 채용하는 것이
일반적이었습니다.  

바로 지금 무소에 쓰는 벤츠 엔진이 이 방식입니다.  

부연소실이 없이 실린더 위에다 직접 분사하는 방법을  
직분사식이라고 합니다.

대형 디젤엔진에 많이 쓰이지요.  

그런데 기술이 발전해서 소형 직분사 디젤엔진을 실용화하기 시작했지요.  

여기다가 커먼레일이라는 새로운 분사장치가 개발되었습니다.  

이건 전기식으로 하는 것이라는 데 자세한 건 모르겠습니다.  

이게 분사압력을 획기적으로 높여서 미세하게 연료를 뿌리는  
것이 가능해졌다고 합니다.  

그러니까 직분사 휘발유엔진과 커먼레일 인젝션 직분사 디젤엔진(즉
Common Rail Direct Injection) 은 결국 비슷한 방향으로 가는 것 같습니다.  

접근 방식이 다른데 제가 보기엔 디젤 쪽이 더 나은 듯합니다.  
이왕 그렇게 갈 것이라면 디젤 쪽으로 가는 것이 근본적인  
방향이 아닐까 합니다.

물론 하나가 없어진다는 것은 아니구요.  

휘발유엔진에는 지금까지 많은 연구 즉 투자를 했습니다.  
그게 장사가 되었으니까요. 그래서 거의 끝까지 갔습니다.  

반대로 디젤엔진은 미개척지역을 남아있었던 것입니다.  
그러니까 결국 발전한 여지는 디젤 쪽에 있었다는 거지요.  

우리나라 에서는 소형 디젤엔진은 기아가 가장 발전되어 있습니다.  

3리터, 2리터 터보디젤, 2.9리터 직분사 터보디젤을 만들고 있습니다.  

이걸 한국에서 독자적으로 한 것만은 아니고 일본 도쿄 근교에 있는  
기아 제팬에서 많이 하는 모양입니다.  

카니발에 쓴 직분사 엔진은 출력이 크면서도 연비가 좋습니다.  
덕분에 그 엄청난 무게를 승용차 수준으로 움직이는 것이 가능합니다.  

그래서 산타모나 현대의 미니 밴이든 나을 여유를 주지 않았지요.  

하여간 유럽과 거의 동시대에 직분사 터보디젤이 나온 것은 신기하지요.  

일본에서도 지금 제품들이 막 나오기 시작했으니까요.  

물론 그래도 망해서 현대로 넘어갔지만요.  

현대는 독자적인 소형 디젤엔진 개발은 별로 없습니다.  

말로는 하는데 실제로는 거의 미쓰비시 엔진의 현대판들입니다.  

이번에 갤로퍼에 달린 터보디젤은 출력위주로 세팅을 해 나왔지요.  
3리터급 엔진이 없어서 터보로 컴프러치 하려고 하지요.  

쌍용은 벤츠의 디젤엔진을 들여와서 높은 수준을 자랑합니다.  

기아 직분사 엔진 같은 출력과 연비는 안 나오지만 높은 완성도와  
내구성과 낮은 공해를 자랑하지만 역시 자기 기술은 아니지요.  

지금 벤츠는 커먼레일 인젝션 직분사 (CRDi) 터보디젤로 옮겨갔습니다.  

앞으로 모든 벤츠차에 이 디젤엔진을 달 예정이라고 합니다.  
S클래스이던 바이마하던 ...  

유럽의 모든 메이커들이 디젤엔진 만들기에 혈안이 되어 있습니다.  
너나 할것 없이 디젤엔진은 필수적인 라인업에 들어가 있습니다.  

그러니까 한 차종에 배기량별 휘발유엔진이 한 세네가지 정도  
디젤엔진이 두가지정도를 내놓고 있습니다.  

엄청난 속도로 발전하는 유럽의 디젤엔진을 보건데  
아마 앞으로는 유럽차의 절반 정도는 디젤엔진을 달게 될 듯합니다.  

같은 연료로 더 많이 운행할 수 있다면 공해물질만이 아니라  
이산화탄소도 적게 배출하는 것이고 결국 그게 공해를 줄이고  
환경을 살리는 길이라고들 써놓았더군요.  

미국에서는 아무리 성능이 좋아도 휘발유가격이 하도 싸기 때문에  
오일쇼크가 다시 온다면 모를까 자리 잡기 힘들어 보입니다.  

물론 미국 회사들은 그럴 기술이 없기 때문이기도 하지요.  

일본은 유럽이 하면 반드시 따라합니다. 또 기술도 있구요.  

일본이 하면 한국이 또 따라하겠지요.  

그럼 안녕