세 가지 기본 크기 그룹
출력을 기준으로 디젤 엔진에는 소형, 중형, 대형의 세 가지 기본 크기 그룹이 있습니다.소형 엔진의 출력 값은 16kW 미만입니다.이것은 가장 일반적으로 생산되는 디젤 엔진 유형입니다.이러한 엔진은 자동차, 소형 트럭, 일부 농업 및 건설 응용 분야, 소형 고정 발전기(예: 유람선의 발전기) 및 기계식 드라이브로 사용됩니다.일반적으로 직접 분사, 직렬, 4기통 또는 6기통 엔진입니다.많은 자동차에 애프터쿨러가 장착되어 있습니다.

중형 엔진의 출력 용량은 188~750kW, 즉 252~1,006마력입니다.이들 엔진의 대부분은 대형 트럭에 사용됩니다.일반적으로 직접 분사, 직렬, 6기통 터보차저 및 애프터쿨링 엔진입니다.일부 V-8 및 V-12 엔진도 이 크기 그룹에 속합니다.

대형 디젤 엔진의 정격 출력은 750kW를 초과합니다.이 독특한 엔진은 해양, 기관차, 기계 구동 응용 분야와 전력 생산에 사용됩니다.대부분의 경우 직접 분사, 터보차저 및 애프터쿨링 시스템입니다.신뢰성과 내구성이 중요한 경우 분당 500회전 정도의 낮은 속도로 작동할 수 있습니다.

2행정 및 4행정 엔진
앞서 언급했듯이 디젤 엔진은 2행정 또는 4행정 사이클에서 작동하도록 설계되었습니다.일반적인 4행정 사이클 엔진에서는 흡기 및 배기 밸브와 연료 분사 노즐이 실린더 헤드에 위치합니다(그림 참조).종종 이중 밸브 배열(흡기 밸브 2개 및 배기 밸브 2개)이 사용됩니다.
2행정 사이클을 사용하면 엔진 설계에서 하나 또는 두 개의 밸브가 모두 필요하지 않게 됩니다.청소 및 흡입 공기는 일반적으로 실린더 라이너의 포트를 통해 제공됩니다.배기는 실린더 헤드에 있는 밸브를 통하거나 실린더 라이너의 포트를 통해 이루어질 수 있습니다.배기 밸브가 필요한 설계 대신 포트 설계를 사용하면 엔진 구성이 단순화됩니다.

디젤 연료
일반적으로 디젤 엔진의 연료로 사용되는 석유 제품은 분자당 탄소 원자가 12~16개 이상인 중질 탄화수소로 구성된 증류물입니다.이러한 중질 증류물은 휘발유에 사용된 보다 휘발성이 높은 부분을 제거한 후 원유에서 추출됩니다.이러한 중질 증류액의 끓는점 범위는 177~343°C(351~649°F)입니다.따라서 증발 온도는 분자당 탄소 원자 수가 적은 가솔린보다 훨씬 높습니다.

연료에 함유된 물과 침전물은 엔진 작동에 해로울 수 있습니다.깨끗한 연료는 효율적인 분사 시스템에 필수적입니다.탄소 잔류물이 많은 연료는 저속 회전 엔진에서 가장 잘 처리될 수 있습니다.회분과 황 함량이 높은 제품에도 동일하게 적용됩니다.연료의 발화 품질을 정의하는 세탄가는 ASTM D613 "디젤 연료유의 세탄가에 대한 표준 테스트 방법"을 사용하여 결정됩니다.

디젤 엔진의 개발
초기 작업
독일 엔지니어인 루돌프 디젤(Rudolf Diesel)은 오토 엔진(19세기 독일 엔지니어가 제작한 최초의 4행정 사이클 엔진)의 효율을 높이기 위한 장치를 모색한 후 현재 자신의 이름을 딴 엔진에 대한 아이디어를 구상했습니다. 니콜라우스 오토).디젤은 피스톤-실린더 장치의 압축 행정 중에 압축으로 인해 주어진 연료의 자동 점화 온도보다 높은 온도로 공기가 가열될 수 있다면 가솔린 엔진의 전기 점화 과정이 제거될 수 있다는 것을 깨달았습니다.디젤은 1892년과 1893년의 특허에서 그러한 주기를 제안했습니다.
원래는 석탄분말이나 액화석유가 연료로 제안되었습니다.디젤은 자르(Saar) 탄광의 부산물인 석탄분말을 쉽게 이용할 수 있는 연료로 사용했습니다.엔진 실린더에 석탄 먼지를 유입하기 위해 압축 공기가 사용되었습니다.그러나 석탄 주입 속도를 제어하는 ​​것이 어려웠고, 실험용 엔진이 폭발로 파괴된 후 디젤은 액체 석유로 전환했습니다.그는 계속해서 압축 공기를 사용하여 엔진에 연료를 주입했습니다.
Diesel의 특허를 기반으로 제작된 최초의 상용 엔진은 뮌헨 박람회에서 전시된 엔진을 보고 디젤로부터 엔진 제조 및 판매 라이센스를 구입한 양조업자 Adolphus Busch에 의해 미주리주 세인트루이스에 설치되었습니다. 미국과 캐나다에서.이 엔진은 수년간 성공적으로 작동했으며 제1차 세계 대전 당시 미 해군의 많은 잠수함에 동력을 공급한 Busch-Sulzer 엔진의 전신이었습니다. 동일한 목적으로 사용된 또 다른 디젤 엔진은 New London Ship and Engine Company에서 제작한 Nelseco였습니다. 코네티컷주 그로턴에 있는

디젤 엔진은 제1차 세계대전 당시 잠수함의 주요 동력원이 되었습니다. 연료 사용 측면에서 경제적일 뿐만 아니라 전시 상황에서도 신뢰성이 입증되었습니다.휘발유보다 휘발성이 낮은 디젤 연료는 더 안전하게 보관되고 취급되었습니다.
전쟁이 끝나자 디젤 엔진을 운전했던 많은 남성들이 평화시 일자리를 찾고 있었습니다.제조업체는 평시 경제에 디젤 엔진을 적용하기 시작했습니다.한 가지 수정 사항은 더 낮은 압축 압력에서 2행정 사이클로 작동하고 연료 충전을 점화하기 위해 뜨거운 전구나 튜브를 사용하는 소위 세미디젤의 개발이었습니다.이러한 변경으로 인해 엔진 제작 및 유지 관리 비용이 저렴해졌습니다.

연료분사 기술
완전 디젤의 불쾌한 특징 중 하나는 고압 분사 공기 압축기의 필요성이었습니다.공기 압축기를 구동하는 데 에너지가 필요할 뿐만 아니라, 일반적으로 6.9메가파스칼(평방 인치당 1,000파운드)의 압축 공기가 압력이 약 3.4인 실린더로 갑자기 팽창할 때 점화가 지연되는 냉각 효과가 발생했습니다. 4메가파스칼(평방인치당 493~580파운드)입니다.디젤은 석탄분말을 실린더에 주입하기 위해 고압 공기가 필요했습니다.액체 석유가 석탄 가루를 연료로 대체했을 때 고압 공기 압축기를 대신할 펌프를 만들 수 있었습니다.

펌프를 사용하는 방법에는 여러 가지가 있었습니다.영국의 Vickers Company는 커먼레일 방식을 사용했는데, 이 방식은 펌프 배터리가 각 실린더에 연결되는 엔진 길이만큼 연결된 파이프에 압력을 가하여 연료를 유지하는 방식이었습니다.이 레일(또는 파이프) 연료 공급 라인에서 일련의 분사 밸브가 주기의 올바른 지점에서 각 실린더에 연료 충전량을 공급합니다.또 다른 방법은 캠 작동 저크 또는 플런저형 펌프를 사용하여 적시에 각 실린더의 분사 밸브에 순간적으로 높은 압력으로 연료를 공급하는 것입니다.

분사 공기 압축기를 제거한 것은 올바른 방향으로 나아가는 단계였지만 해결해야 할 또 다른 문제가 있었습니다. 엔진의 마력 등급 내에서 출력이 잘 나오더라도 엔진 배기 가스에 과도한 양의 연기가 포함되어 있었습니다. 일반적으로 과부하를 나타내는 변색된 배기 가스를 남기지 않고 연료 충전량을 태울 수 있을 만큼 실린더에 공기가 충분했습니다.엔지니어들은 마침내 문제가 엔진 실린더로 순간적으로 폭발하는 고압 분사 공기가 대체 기계식 연료 노즐이 할 수 있는 것보다 연료 충전량을 더 효율적으로 분산시켰다는 점을 깨달았습니다. 그 결과 공기 압축기 없이 연료를 사용해야 했습니다. 연소 과정을 완료하기 위해 산소 원자를 찾으십시오. 그리고 산소는 공기의 20%만을 차지하기 때문에 각 연료 원자는 산소 원자를 만날 확률이 5분의 1밖에 되지 않습니다.그 결과 연료가 제대로 연소되지 않았습니다.

연료 분사 노즐의 일반적인 설계는 스트림이나 제트가 아닌 노즐에서 증기가 방사되는 원뿔형 스프레이 형태로 실린더에 연료를 주입합니다.연료를 더 철저하게 확산시키기 위해 할 수 있는 일은 거의 없습니다.향상된 혼합은 공기에 추가 운동을 전달함으로써 달성되어야 했는데, 가장 일반적으로 유도 생성된 공기 소용돌이나 스퀴시라고 불리는 공기의 방사형 이동 또는 둘 다에 의해 피스톤의 외부 가장자리에서 중앙을 향해 이동했습니다.이러한 소용돌이와 찌그러짐을 생성하기 위해 다양한 방법이 사용되었습니다.공기 소용돌이가 연료 분사율과 명확한 관계를 가질 때 최상의 결과를 얻을 수 있는 것으로 보입니다.실린더 내 공기를 효율적으로 활용하려면 주입 기간 동안 사이클 사이에 극심한 침강 없이 갇힌 공기가 한 스프레이에서 다음 스프레이로 연속적으로 이동하도록 하는 회전 속도가 필요합니다.