디젤 엔진은 어떻게 작동할까요? 열효율은 더 높지만 더 많이 오염시킬까요?

디젤 엔진은 여전히 매우 인기가 있지만 점점 더 많은 규제를 받고 있으며, 가솔린 엔진은 디젤 엔진의 시장 점유율을 점점 늘리고 있습니다. 그렇다면 디젤 엔진이 어떻게 작동하는지, 그리고 가솔린 엔진과 주요 차이점은 무엇인지 알고 계십니까? 다음 차를 더 현명하게 고를 수 있도록, 디젤 엔진이 어떻게 작동하는지 설명해 드리겠습니다. 적어도 기계적인 측면에서는 말이죠.

먼저 디젤 엔진의 기원을 짚어 보겠습니다. 이 엔진은 1893년 엔지니어 루돌프 디젤이 개발했습니다. 디젤은 당시에도 대형 차량을 움직이기 위한 고출력 엔진을 생산하던 회사인 MAN에서 일했습니다. 이러한 배경에서 더 높은 열효율을 지닌 엔진을 만들어야 한다는 필요성이 생겨났습니다. 결국 그의 실험용 엔진 중 하나가 폭발하여 엔지니어와 조수들이 심각한 부상을 입었습니다. 다행히 연구는 계속되었고 결실을 맺었습니다.

디젤 엔진의 작동 원리: 디젤 사이클

디젤 엔진은 작동 방식은 다르지만 기계 구조의 대부분을 가솔린 엔진과 공유합니다. 가솔린 엔진과 마찬가지로 4행정으로 작동하지만, 경유를 연소시키는 방식이 다르며 바로 이 점이 차이를 만듭니다. 연소 엔진이 작동하는 네 가지 행정은 다음과 같습니다.

• 흡입: 이 첫 번째 행정에서는 흡기 밸브가 열리고 공기가 유입되며 피스톤이 아래로 내려갑니다. 피스톤은 가장 아래쪽까지 이동하여 실린더 전체 공간이 공기로 가득 차게 합니다.
• 압축: 두 번째 행정에서는 피스톤이 다시 올라가면서 공기를 압축하고, 그 결과 공기의 온도가 높아져 엔진을 구동하는 연료가 들어올 준비를 합니다.
• 연소: 공기가 압축되는 가운데 특정 시점에 미세하게 분사된 연료가 분사됩니다. 압축된 공기와 접촉한 연료는 온도가 700~900도 섭씨까지 올라가 점화되고, 그 힘으로 피스톤이 아래로 내려갑니다.
• 배기: 연료가 연소하면서 잔류 가스가 생기고, 이 가스는 배기 밸브를 통해 엔진 밖으로 배출됩니다. 그 사이 다시 들어오는 공기가 가스를 밀어내어 공간을 깨끗하게 비우고 사이클을 다시 시작할 준비를 합니다. 가스는 배기 계통으로 이동하며, 디젤 차량에 장착된 필터를 거쳐 유해 가스가 대기로 배출되지 않도록 처리됩니다.

이러한 엔진에는 점화 플러그가 없습니다. 연소는 미세하게 분사된 연료가 압축된 공기와 접촉할 때 일어나며, 이 때문에 가솔린 엔진에서 폭발을 일으키는 방식보다 훨씬 효율적입니다. 다만 이를 위해 엔진 벽을 더 두껍고 튼튼하게 만들어야 할 뿐만 아니라, 작동에 필요한 압력을 만들어 내는 여러 부품도 갖추어야 합니다.

열효율은 높지만 대기 오염은 더 큼

연료가 더 저렴하고, 효율도 가솔린보다 낫습니다. 디젤 엔진은 더 낮은 회전수로 작동하기 때문에 수명이 더 길 수 있습니다. 정비가 덜 필요하지만, 고장이 나면 수리 비용이 더 많이 듭니다. 또한 디젤 엔진에 무슨 일이 일어나고 있는지는 모두가 알고 있습니다. 오염 수준이 더 높으며 NO_x(대기) 배출량이 많아, 많은 도시에서 디젤 차량의 운행을 금지하는 방안을 검토하고 있습니다.

그럼에도 불구하고 디젤 기술이 발전하여 규제에 밀려 사라지는 운명을 피할 수 있으리라 믿는 사람들도 있습니다.

가솔린 엔진과 디젤 엔진의 차이

가솔린 엔진과 디젤 엔진의 가장 큰 차이는 연료입니다. 처음에 디젤 엔진은 가로등에 쓰이던 연료와 같은 연료를 사용하도록 만들어졌습니다. 이 연료는 가솔린보다 무겁고 저렴한 연료였습니다. 이 연료가 대형 운송 수단에 더 효율적인 연료임이 확인되었고, 곧 더 작고 대중적인 차량인 승용차에도 사용되었습니다. 이 연료는 가솔린보다 정제 정도가 낮아 연소 후 더 많은 불순물을 배출합니다.