차량 및 산업용 발전기에서 디젤 엔진의 응용 분야 탐구

차량과 산업용 발전기에서 디젤 엔진의 응용이 수년간 크게 증가해 왔습니다. 다만 가솔린(휘발유) 엔진이 더 높은 비용의 디젤 엔진 일부 용도를 대체할 수 있기도 합니다.

앞서 설명했듯 디젤 엔진은 연소 과정과 효율성 면에서 가솔린 엔진과 다릅니다. 디젤 엔진에서는 공기와 연료가 각기 다른 단계에서 혼합되며, 공기만 더 높은 압축비로 압축합니다. 디젤 엔진의 압축비는 14:1~25:1인 반면, 가솔린 엔진은 8:1~12:1입니다. 이로 인해 디젤 엔진 내부는 가솔린 엔진보다 훨씬 높은 온도에 도달합니다. 최고 온도와 압력에서 실린더로 유입된 디젤은 극한의 온도로 인해 자연 발화합니다.

오늘은 디젤 엔진의 일반적인 응용 분야와 그에 따른 장점을 살펴보겠습니다. 앞서 디젤 엔진에 대한 글이 발행된 바 있으니 참고하시기 바랍니다.

디젤 엔진의 응용 분야

다음은 디젤 엔진이 사용되는 주요 분야입니다. 다만 디젤의 특성은 용도에 따라 다른 이점을 제공합니다.

승용차

디젤은 대형 트럭과 대형 차종에 주로 쓰였으나, 이제는 소형차(슈퍼미니)에도 적용되고 있습니다. 부드러운 작동과 높은 저속 토크는 승용차와 소형 상용차에 중요합니다. 전자 제어 연료 분사 기술의 발전으로 부드러운 토크 발생이 개선되어, 고급 승용차에도 디젤 엔진이 탑재되고 있습니다. 승용차용 디젤 엔진은 보통 3~10기통, 배기량 0.8~5.0리터 범위입니다. 최신 파워트레인은 대부분 터보차저와 직분사 방식을 채택합니다.

철도 기관차

디젤 기관차는 1913년 처음 등장했으며, 연속 운전을 위해 설계되었고 열악한 연료를 사용해야 하는 상황에도 대비합니다. 일부 기관차는 2행정 디젤 엔진을 사용하지만, 현대 디젤 기관차의 다수는 디젤-전기식으로, 디젤 엔진이 발전기를 구동해 전기를 생산하고 이를 견인 모터에 공급합니다. 디젤 엔진은 전철화되지 않은 모든 철도에서 증기 기관차를 대체해 산업화된 세계의 주 동력원이 되었습니다.

선박

해양 디젤 엔진의 요건은 용도에 따라 다릅니다. 군용과 중형 선박에는 중속 4행정 디젤 엔진이 적합합니다. 이 엔진들은 최대 24기통까지 있으며, 출력은 1메가와트급입니다. 소형 보트에는 트럭용 디젤 엔진이 쓰이기도 합니다. 대형 선박은 최대 55% 효율의 초효율 저속 2행정 디젤 엔진을 사용합니다. 일반 디젤 엔진과 달리 선박용 2행정 엔진은 고점도 중유를 사용합니다. 잠수함은 주로 디젤-전기식을 채택합니다.

고정식 디젤 엔진

고정식 디젤 엔진은 주로 발전용으로 쓰이며, 냉동 압축기나 기타 펌프 구동에도 사용됩니다. 보통 영구적으로 가동되며, 부분 부하로 연속 운전하거나 전 부하로 간헐 운전합니다. 교류 발전기를 구동하는 고정식 디젤 엔진은 고정 주파수(유럽 50Hz, 미국 60Hz)에 맞춰 회전수를 유지합니다. 크랭크축 회전 주파수는 전력망 주파수의 배수가 되도록 설정되며, 실용적으로 25Hz(분당 1500회전) 또는 30Hz(분당 1800회전)가 사용됩니다.

비도로용 디젤 엔진

비도로용 디젤 엔진은 건설 장비에 흔히 쓰입니다. 연료 효율성, 신뢰성, 정비 용이성이 장점이나, 고출력과 저소음은 덜 중요시됩니다. 따라서 기계식 연료 분사와 공랭식 방식이 여전히 널리 쓰입니다. 출력은 최소 3kW부터 대형 트럭용 엔진까지 다양합니다.

항공

항공기용 디젤 엔진은 제2차 세계대전 이전부터 존재했으나, 1970년대 후반 이후 한동안 적용 사례가 없었습니다. 1978년 칼 H. 버지는 "일반 항공용 디젤 엔진의 근시일 내 등장은 요원하다"고 평했습니다. 그러나 최근(2016년)에는 신뢰성, 내구성, 저연비 덕분에 무인기(UAV)에 디젤 엔진이 사용되기 시작했습니다. 2019년 초 AOPA 보도에 따르면, 일반 항공기용 디젤 엔진 모델이 "마무리 단계에 접어들었다"고 합니다.

이상으로 디젤 엔진의 응용 분야를 살펴보았습니다. 유익한 읽기가 되셨기를 바라며, 도움이 되셨다면 다른 학생들과 공유해 주세요. 감사합니다!