안녕하세요
세상의 잡다한 모든 지식을 알고 싶어하는 미샤박 입니다.
어제는 가솔린 자동차가 움직이는 원리에 대해 살펴보았는데요.
이 세상에는 가솔린 자동차 외에 한 종류의 대표적인 자동차 기름이 있죠.
바로 디젤(경유)입니다.
오늘은 디젤 자동차가 움직이는 원리에 대해 알아보고자 합니다~
고압 압축과 효율 중심의 구조, 요소수의 역할까지
디젤 자동차는 휘발유 자동차와 마찬가지로 내연기관을 사용하지만, 연료의 점화 방식과 연소 특성, 배출가스 처리 방식에서 큰 차이를 보입니다. 이 글에서는 디젤 엔진의 연료 주입부터 차량이 움직이는 전 과정을 단계별로 설명하고, 디젤 차량에 요소수를 넣는 이유까지 함께 알아봅니다.
연료 공급 (Fuel Supply)
1. 연료탱크 (Fuel Tank)
디젤 연료를 저장하는 용기로, 일반적으로 차량의 하부에 장착되어 있습니다. 주유소에서 디젤을 주입하면 이곳에 저장됩니다.
2. 연료펌프 (Fuel Pump)
연료를 고압으로 밀어 인젝터로 전달합니다. 디젤 엔진은 휘발유 엔진보다 더 높은 압력이 필요하므로, 고압 연료펌프를 사용합니다.
3. 연료 필터 (Fuel Filter)
디젤 연료는 불순물이 섞이기 쉬우므로 필터의 역할이 특히 중요합니다. 수분 제거 기능이 포함된 연료 필터를 통해 엔진을 보호합니다.
연료 분사와 혼합 (Injection & Mixing)
1. 커먼레일 시스템 (Common Rail System)
디젤 차량은 연료를 일정한 고압 상태로 저장해 두고 필요할 때마다 분사하는 커먼레일 방식을 사용합니다. 이는 분사 압력과 타이밍을 정밀하게 제어해 효율적인 연소를 가능하게 합니다.
2. 인젝터 (Injector)
전자 제어식 인젝터가 고압의 연료를 실린더 안에 직접 분사합니다. 이때 연료는 공기와 자연스럽게 섞이며 연소 준비가 됩니다.
3. 흡기 밸브 및 터보차저 (Turbocharger)
디젤 엔진은 공기를 압축한 뒤 연료를 분사하는 방식입니다. 터보차저는 엔진 회전력을 이용해 더 많은 공기를 압축해 넣어주며, 출력과 연비를 동시에 향상시킵니다.
연소와 동력 발생 (Combustion & Power Stroke)
1. 실린더 (Cylinder)
공기가 흡입되어 피스톤에 의해 강하게 압축됩니다. 디젤 엔진의 핵심은 압축점화(Compression Ignition)입니다. 점화플러그 없이, 압축된 공기의 고온 상태에서 연료를 분사하면 자연 발화가 일어납니다.
2. 피스톤 (Piston)
연소 폭발로 인해 아래로 밀려납니다. 디젤 엔진은 압축비가 높기 때문에 휘발유보다 더 큰 폭발력과 토크를 발생시킵니다.
3. 크랭크샤프트 (Crankshaft)
피스톤의 직선 운동을 회전 운동으로 전환하며, 이후 동력이 바퀴로 전달됩니다.
배기 및 배출가스 정화 (Exhaust & Emissions)
1. 배기밸브 및 배기 매니폴드
연소 후 남은 가스를 실린더 외부로 배출하며, 여러 실린더의 배기가스는 배기 매니폴드에서 하나로 모입니다.
2. 디젤 산화 촉매 (DOC, Diesel Oxidation Catalyst)
탄화수소(HC)와 일산화탄소(CO)를 이산화탄소와 물로 전환하는 촉매 장치입니다.
3. 디젤 미립자 필터 (DPF, Diesel Particulate Filter)
연소 후 발생한 매연(검은 연기, PM10)을 걸러주는 필터입니다. 주기적으로 재생(regeneration) 과정이 필요합니다.
4. 선택적 촉매 환원 장치 (SCR, Selective Catalytic Reduction)
SCR 시스템은 질소산화물(NOx)을 줄이기 위해 요소수(AdBlue)를 분사해 화학 반응을 유도합니다. 이때 발생한 질소산화물은 무해한 질소(N₂)와 물(H₂O)로 바뀌어 외부로 배출됩니다.
Q. 요소수(AdBlue)는 왜 필요할까?
디젤 엔진은 연소 효율이 높고 출력이 뛰어나지만, 질소산화물(NOx)이라는 유해 배출가스를 많이 배출합니다. NOx는 대기 오염의 주요 원인 중 하나로, 이를 줄이기 위해 SCR 시스템이 도입되었습니다.
요소수의 역할
요소수(AdBlue)는 물과 요소(Urea)로 구성된 액체입니다. 배기 가스가 SCR 촉매를 통과할 때 요소수가 분사되어 다음과 같은 화학 반응이 일어납니다:
즉, 유해한 NOx를 인체에 무해한 질소와 수증기로 변환시켜 배출합니다.
요소수를 넣지 않으면?
- SCR 장치가 작동하지 않아 배출가스 기준을 초과하게 됩니다.
- 최신 디젤 차량은 요소수 부족 시 시동이 걸리지 않거나 출력이 제한됩니다.
- 환경 규제를 위반하게 되어 법적 제재를 받을 수 있습니다.
전체 작동 흐름 요약
- 디젤 연료는 연료탱크에 저장되고, 고압 연료펌프에 의해 커먼레일 시스템으로 전달됩니다.
- 인젝터는 고압 연료를 실린더 안으로 분사합니다.
- 흡입된 공기는 피스톤에 의해 고압으로 압축되어 온도가 상승합니다.
- 이 고온의 공기 속에 분사된 연료는 자연 발화되며 폭발이 일어납니다.
- 폭발력으로 피스톤이 움직이고, 이 운동이 크랭크샤프트를 통해 바퀴로 전달됩니다.
- 연소 후 배기가스는 DOC, DPF, SCR를 거치며 정화되어 외부로 배출됩니다.
- SCR 시스템에서 요소수가 NOx를 질소와 수증기로 바꾸며 환경오염을 줄입니다.
디젤 엔진은 고효율과 강한 출력이 장점이지만, 그에 따른 배출가스 문제를 해결하기 위한 기술이 함께 필요합니다. 특히 SCR과 요소수 시스템은 디젤 차량이 친환경 기준을 만족시키는 핵심 기술입니다. 요소수를 주기적으로 보충하고, DPF 상태를 관리하는 것이 디젤 차량 유지에 있어서 매우 중요합니다.
다음 글에서는 더욱 알찬 내용으로 찾아뵙겠습니다~
세상의 잡다한 모든 지식을 알고 싶어하는 미샤박 이었습니다^^