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자동차 연료 디젤과 가솔린의 차이점은 무엇일까??

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차를 움직이게 하는 자동차의 내연기관인 엔진. 이 장치를 움직이게 하기 위해서는 연료가 필요하다. 연료에도 종류가 있는데 가솔린 엔진에 사용되는 연료는 휘발유, 디젤 엔진에 사용되는 연료는 경유로 크게 구분 된다.

 연료를 구분해서 사용하는 이유와 장단점은 무엇이 있을까?

 

우선 연료는 모두 석유에서부터 시작한다.

석탄과 함께 화석연료인 석유는 탄화수소 화합물을 주성분으로 한다.

 

석유는 보통 천연적으로 산출된 것을 원유라고 하며, 정제한 것을 석유제품이라 한다. 여기서 석유 제품은 용도에 따라 휘발유, 경유, LPG(액화석유가스) 그리고 등유, 중유, 윤활유, 아스팔트 등으로 분류한다.

원유의 주성분인 탄화수소는 증류에 의해 분리시킬 수 있다. 탄화수소의 특성은 각기 끓는점이 다르다는 것인데, 이런 특성을 이용해 원유를 가열해 끓는점의 차이에 따라 휘발유, 등유, 경유 유분 등 주요 성분을 분리하여 뽑아내는 것이다.

다음은 끓는점에 따라 분리되는 종류를 정리한 표이다.

끓는점 종류 사용
25 LPG 가정난방
40-75 가솔린 자동차연료
75-150 나프타 화학약품원료
150-240 등유 비행기 연료
220-250 경유 디젤엔진연료
250-350 윤활유 윤활제
350이상 중유 배 연료
  찌꺼기 아스팔트

 

경유(디젤)

석유에서 250~350끓는점으로 분류된 기름 종류인 경유는 주로 자동차 디젤엔진의 연료로 사용되어 디젤이라고 부르기도 하는데, 디젤 엔진은 휘발유 엔진이 나온지 7년후인 1897년 루돌프 디젤이 발명하여 특허를 신청해 사용되기 시작했다.

경유(디젤)는 인화성이 낮아 영상40~50도 이상의 온도에서만 불이 붙는 성질 때문에 불꽃을 일으켜도 불이 잘 붙지 않는 특성이 있다. 반면, 자연발화점은 휘발유에 비해 150~250도나 더 낮아 점화플러그를 장착하는 대신, 고온으로 강하게 압축된 공기에 연료를 안개 분사하여 불꽃 없이 스스로 불이 붙게 하는 자연 발화 방식을 택한다.

디젤 엔진의 작동원리는 크게 4가지로 구분할 수 있다.

1.     흡입: 공기가 실린더 내부로 유입된다.

2.     압축: 엔진 실린더가 공기를 압축하기 시작하여 연교가 쉽게 점화 될 수 있는 수준까지 온도가 상승한다.

3.     분사: 압축이 끝나면 연료가 분사기를 통해 분사된다. 이때 압축에 의해 가열된 공기와 접촉하면 연료가 점화된다. 결과적으로 실린더 내 가스의 온도와 압력이 증가한다. 이 압력에 의해 피스톤이 아래쪽으로 이동하여 동력이 생성된다.

4.     배기: 분사 과정 후 연료 점화로 인해 생성된 가스는 배기밸브에서 배출된다.

 

이런 작동원리에 의해 생기는 장점과 단점은 다음과 같다.

 

 장점

1. 강한 힘

가솔린 엔진에 비해 더 높은 열 효율을 올릴 수 있는 디젤 엔진은 강하게 압축된 공기의 팽창력(폭발력)으로 인해 바퀴를 회전시킬 수 있는 힘을 더 끌어올 수 있기 때문에 트럭이나 화물차량과 같이 강한 토크(비틀림 모먼트)가 필요한 차량에 많이 사용된다.

 

2. 연비

연료값이 저렴하고, 자연발화 방식으로 인해 골고루 동시에 폭발을 하게 되어 경유의 연소율이 높아지고 연비도 좋아진다.

 

단점

1. 소음 및 승차감 저하

 큰 힘을 만들어내는 강한 팽창력이 발생하면서 만들어지는 소음과 진동이 차량 전체에 전달되어 승차감을 떨어트리는 원인이 된다.

 

3. 높은 차량 출고가

 디젤 엔진은 강한 압축을 하는데 힘이 많이 필요하기 때문에 커넥팅 로드의 길이가 길어지게 되어 엔진 사이즈가 커지게 된다. 또 팽창력에 의해 발생하는 강한 진동을 견디기 위해 높은 내구성이 요구되고, 피스톤의 크기도 커지게 된다. 결과적으로 추가되는 부품, 기술 등에 의해 가솔린 차량에 비해 출고가가 높아지게 된다.

 

휘발유(가솔린)

가장 오랫동안 사용되어 온 휘발유는 석유에서 30~200끓는점으로 분류된 기름 종류이다. 주로 자동차의 가솔린 엔진의 연료로 사용되어 자동차 연료로 휘발유=가솔린으로 불리기도 한다.

 상온에서 쉽게 증발되는 성질을 갖고 있으며, 인화성이 높아서 영하의 온도에서도 공기와 접촉될 경우 작은 불꽃만으로도 쉽게 불이 붙을 수 있다. 반면에 자연발화시에는 500~550℃ 이상의 높은 온도에서만 스스로 불이 붙는다. 이런 가솔린의 특성 때문에 엔진 내부에 불꽃을 만들어낼 점화 플러그라는 강제 점화 장치를 부착하여 엔진을 작동시키게 된다.

 가솔린 엔진의 작동원리는 아래와 같다.

1. 흡입: 흡입 밸브가 연린 상태에서 공기-연료 혼합물이 내부로 유입된다.

2. 압축: 흡입 밸브가 닫히고 피스톤이 위로 올라가며 공기-연료 혼합물이 압축된다.

3. 연소: 점화 플러그가 점화되어 혼합물을 연소시킨다. 혼합물의 연소로 인해 팽창된 힘은 엔진의 원동력을 제공한다.

4. 배기: 배기 밸브가 연린 상태에서 피스톤이 위로 움직이고 엔진에서 배기 가스를 배출한다.

 

장점

1. 승차감

디젤엔진처럼 큰 힘으로 압축할 필요가 없기 때문에 차량에 전해지는 진동이 비교적 감소하기 때문에 조용하고 승차감이 좋아 세단의 엔진으로도 많이 쓰인다.

 

2. 고속주행에 유리

 가솔린 엔진도 연료를 압축하는 과정이 있지만, 디젤에 비해 연료의 압축시간이 짧고, 점화 플러그를 통해 신속하게 연료를 폭발시키기 때문에 고속주행에 유리한 특성을 가진다.

스포츠카나 경주용 차량들이 가솔린 엔진을 사용하는 이유이다.

 

단점

1. 약한 힘

 인공적으로 연료를 폭발시키는 방법으로 디젤엔진보다 작은 힘을 얻기 때문에 디젤에 비해 압축비와 토크가 낮아 같은 회전수라도 힘이 약할 수 있다. 회전수가 높아 출력이 높다는 장점도 있지만, 초반 가속 힘은 약할 수 있다.

4. 연비

 가솔린은 기름값이 높고, 엔진의 회전수가 빠른 만큼 연료와 산소를 빠르게 소모하기 때문에 디젤과 비교했을때 상대적으로 연비가 떨어진다.

 

 결과적으로 디젤이냐 가솔린이냐를 고르는 기준은 주행거리, 사용 목적, 어떤 성향이 더 기호에 맞는지 등에 따라 달라지게 된다.

 

 

 

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