건설기계기술사_디젤엔진과 노킹현상

1. 디젤엔진의 특성

디젤엔진은 흡입한 공기를 압축하여 고온고압 상태에서 연료를 분사하여 자기점화로

연소하는 압축점화 엔진이며, 폭발압력이 가솔린의 두배 이상으로 소음과 진동이 심하다.

디젤엔진의 출력은 실린더에 분사되는 연료의 양으로 제어된다.

따라서 디젤엔진은 가솔린엔진에 비해 열효율이 높고 연료 소비율이 적으며 연료 적응성이

높다. 연료적응성이 높다는 것은 경유, 중유 등의 저질연료도 사용 가능하다는 의미이다.

또한 연료의 인화점이 높아 화재 위험성이 적고 고장이 잘 안난다는 장점이 있다.

이와 반면에 매연 및 NOx의 오염물질이 발생하고 저속운전시 소음, 진동이 크다는 단점이 있다.

이와 더불어 엔진제작에 비용이 많이 들며 엔진이 무겁고 정비 및 보수 비용이 비싸다.

2. 디젤엔진의 메카니즘

디젤엔진의 연소과정은 '공기흡입(흡입행정) -> 압축(흡입공기 압축) -> 연료분사(무화증발)

-> 착화연소(압축점화) -> 엔진출력(연소 출력, 속도제어)' 순으로 진행된다.

더 세부적으로 묘사하자면 연료 분사후 착화까지의 기간을 착화지연이라 하고 온도와 압력이

급상승하는 폭발연소 구간을 화염전파(폭발연소) 구간이라 한다. 그리고 분사와 동시에 연소

하는 직접연소(제어연소) 구간이 있고 직접연소 기간동안 연소하지 못한 연료가 연소, 팽창

하는 후연소 구간이 있다. 여기서 착화지연 구간이 길어지면 노킹현상이 발생한다.

3. 디젤엔진과 가솔린엔진의 노킹현상

노킹이란 엔진연소시 임의의 시기에 조기 또는 지연 연소하여 소음 및 진동을 발생시키는

현상으로 기계효율 저하 및 과부하 영향을 주는 부정적인 현상으로 이해하면 된다.

디젤노킹이 발생하는 원인은 착화지연 때문인데 이는 압축된 공기에 연료가 분사되는 순간

점화되어야 하는데 어떤 사유에서 착화지연이 발생되어 노킹이 발생된다. 노킹이 발생되는

이유로는 연료의 착화성이 나쁠 때, 혼합기의 온도 및 압력이 낮을 때, 연료가 과다분사 되거나

불완전 연소로 발생한다. 여러가지 원인을 설명했지만 결국 늦게 폭발하는 것이 궁극적인 노킹

발생의 사유이다. 따라서 디젤노킹은 피스톤이 아래로 내려갈 때 발생한다.

가솔린노킹이 발생하는 원인은 조기착화 때문인데 이는 혼합기가 압축하면서 온도가 상승할 때

점화플러그에 의해 점화 되어야 하는데 점화 전에 온도 상승으로 인해 조기폭발을 일으킨다.

조기착화는 연료의 착화성이 우수할 때, 혼합기의 온도 및 압력이 높을 때, 말단가스가 고온일 때,

그리고 엔진 내부의 카본 찌꺼기가 미리 발화하는 사유로 인해 조기폭발이 발생하여 가솔린노킹을

일으킨다. 따라서 가솔린노킹은 피스톤이 위로 올라갈 때 발생하게 된다.

디젤노킹을 방지하기 위한 대책으로는 세탄가 높은 연료를 사용하거나 압축공기 압력을 높여 자연착화

를 촉진할 수 있다. 그리고 분사초기 연료량을 작게하고 연소실 완류를 잘 되게 엔진내부를 설계하는

것도 또한 대책이 될 수 있다.

가솔린노킹을 방지하기 위한 대책으로는 옥탄가 높은 연료를 사용하고 노크센서를 설치하여 조기폭발이

발생하지 않도록 연료량을 조절하며, 혼합기의 점화부와 말단부 거리를 짧게 설계하는 방법을 사용한다.

그리고 엔진내부 카본을 클리닝하여 엔진내부의 고온으로 인해 카본 찌거기로 인한 조기폭발이 발생

하지 않도록 한다.