최근 SUV나 RV 차는 최고의 호황을 누리고 있다. 이렇게 SUV나 RV 차가 많은 인기를 끌고 있는 이유 중에 하나가 바로 디젤 엔진의 장점 때문이다. 디젤 엔진은 가솔린 엔진과 비교해 연료 소비율 및 가격이 저렴하다. 또한 기술적인 문제로 보면 가솔린 엔진에서 나타나는 노킹 문제가 없기 때문에 배기량을 크게해서 출력이 큰 엔진을 만들 수 있다는 장점을 가지고 있다. 이번호에서는 역사부터 작동원리에 이르기까지 디젤 엔진의 전반적인 기초 지식에 대해서 알아본다

디젤 엔진은 가솔린 엔진과 비교해 보면 다음과 같은 장점을 가지고 있다. ▶압축비가 가솔린 엔진보다 높기 때문에 열효율이 좋다 ▶인화점이 높은 경유를 연료로 사용하기 때문에 위험성이 적다 ▶압축열이 충분히 발생하도록 압축비를 크게 해야 하며 폭발압력도 크다. 따라서 전체적으로 튼튼하게 만들어져 있기 때문에 마력당 중량이 크다 ▶운동부분의 중량이 크기 때문에 최고 회전수가 낮으며, 실린더 용적당 마력도 작아지지만 회전수의 변동에 대한 토크의 변동은 적다. 즉 힘이 좋다 등을 들 수 있겠다.

<그림 1>과 같이 배기가스의 유동 에너지를 이용해 터빈을 구동하면 흡입하는 공기를 가압해 공급할 수 있으며 출력을 용이하게 할 수 있다. 따라서 트럭, 버스 등에서는 이와 같이 ‘배기 터보 과급기’가 사용되는 경우가 많다.

디젤 엔진의 역사

루돌프 디젤은 파리의 린데식 냉동기계제작 주식회사에 다니고 있을 때(1893년, 35세) <합리적 열기관의 이론과 구조>라는 논문을 발표했는데 이것이 디젤 엔진에 관한 최초의 논문이다.

그 해, 디젤 엔진을 독일의 아우구스부루크 기계제작소에서 시험제작을 했지만 운행도 하지 못하고 실패로 끝났다. 그러나 이 시험제작에서 맨 처음 공기만을 압축해 연료를 주입하면 충분히 연소시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 두 번째의 시험제작도 같은 공장에서 이루어 졌다. 즉 첫 번째의 엔진과 비교할 때 휠씬 진보한 것으로서 실린더에 워터 재킷을 설치해 연료류의 분사에 압축공기를 이용했고, 캠축은 실린더 헤드에 배치되어 있었다. 이 엔진도 역시 실용 단계까지는 이르지 못했지만 운전은 할 수가 있었으며 운전 중 그 엔진의 지압선도 말들 수 있었다. 또한 압축공기의 온도에서도 연료를 확실히 연소시킬 수 있다는 것을 재확인 할 수 있었다.

세 번째의 시험제작 엔진은 1897년에 완성했으나 이 엔진은 두 번째부터 4년이라는 장기간의 연구 끝에 만들어진 것으로, 18마력을 얻는데 성공했다. 열효율은 38%를 나타내고, 그 후 최대 48%를 기록했다고 한다.

디젤 엔진이 상품으로 시장에 나타난 것은 세 번째의 시험제작이 성공해 실용가치를 인정받은 1897년경부터다. 캠프텐의 성냥공장에서 제작한 60마력의 엔진이 역사상 디젤 엔진의 최초가 된다. 그 후 점차로 개량되어 열효율이 높고, 성능이 좋은 엔진이 수 차례 제작되었다.

루돌프 디젤은 이후에도 계속해서 디젤 엔진을 연구해 1909년 4사이클식 4실린더 매분 600회전에서 30마력을 내는 차를 제작했지만 오늘날의 엔진과는 달리 공기분사식이며 자동차용으로는 여러 가지 난점이 있어서 실용화되지 못했다.

그 후 영국의 빅커스 회사에서 1910년 기존의 공기분사 대신 무기분사(Airless Injection System)의 실험에 성공했다. 이 분사방식은 공기분사방식에 비해 많은 특징을 가지며, 디젤 엔진이 처음으로 고속 엔진으로서의 기능을 발휘할 수 있게 되어 실용가치는 결정적인 것이 되었다. 그후 프랑스의 푸조, 독일의 다임러-벤츠에서 고속 디젤 엔진의 연구가 이루어져 우수한 엔진이 완성되었다.

미국도 1931년 ‘커민즈 엔진’이 처음으로 자동차용으로 적용되어 인디아나 폴리스의 800km 시험구간에서 156.8km/h의 속도를 냈다고 한다.

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