자동차공학)자동차의 엔진 (피스톤 크랭크 기구와 행정)

자동차 엔진에의 대하여 알아보자.

엔진(또는 기관)이란 실린더 내에서 연료의 연소에 의해 발생한 열에너지를 피스톤 크랭크기구에 의해 기계적 에너지로 변환하는 원동기이다. 현재 가솔린, 디젤, LPG, 천연가스 자동차는 모두 수냉식 4행정 사이클이고, 이들 엔진의 구조와 작동원리는 모두 비슷하다. 엔진의 작동원리는 피스톤 크랭크기구와 엔진 작동사이클을 살펴보면 이해하기 쉽다.

 

1. 피스톤 크랭크 기구와 행정

피스톤 크랭크 기구 : 왕복형 엔진은 연료공기 혼합기가 폭발하여 발생한 고온 고압의 열에너지가 피스톤을 밀어 피스톤에 왕복운동을 하게 하고, 이 왕복운동을 크랭크축의 회전운동으로 변환시키는 기구를 피스톤 크랭크 기구라 한다.

 

피스톤 행정 : 피스톤은 실린더 내를 상하 왕복운동을 한다. 피스톤의 속도가 0인 곳을 사점이라고 하고 윗쪽을 상사점, 아래쪽을 하사점, 그사이 거리를 행정이라 한다. 따라서 피스톤은 크랭크 핀이 그리는 원의 지름과 동일한거리 만큼 왕복운동 한다. 실린더의 직경을 내경이라 한다. 내경에 대한 행정의 비율이 1인 엔진을 스퀘어 엔진이라 한다. 이 비율이 1보다 큰 엔진, 즉 행정이 내경보다 큰 것을 롱 스트로크 엔진, 짧은 것을 쇼트 스트로크 엔진 혹은 오버 스퀘어 엔진이라 한다. 일반적으로 오버 스퀘어 엔진은 롱 스트로크 엔진보다 토크는 작으나 회전속도를 높이기 쉽고 저속회전에서 토크 발생이 크다. 우리나라 승용차의 엔진은 대부분 롱 스트로크 엔진이다.

 

압축비 : 피스톤이 상사점에 있을 경우 피스톤 헤드와 실린더 헤드로 둘러싸인 공간을 연소실이라하고, 그 체적을 극간체적이라 한다. 또 피스톤이 1행정시에 배제하는 기체의 체적을 행정체적이라 한다. 압축비는 피스톤이 하사점에 있을 때의 실린더 체적과 피스톤이 상사점에 있을 때의 연소실 체적과의 비로서 구할 수 있다. 따라서 압축비는 극간체적이 작을수록 또는 행정체적이 클수록 커진다. 일반적으로 압축비가 높을수록 폭발압력이 높아 높은 출력과 큰 토크를 얻을 수 있지만 가솔린 엔진의 경우 너무 높으면 혼합기가 점화시기에 관계없이 자연 착화되는 노킹의 원인이 된다. 현재 가솔린의 압축비는 9~11:1 이고, 디젤 엔진의 압축비는 16~23:1 이다.

 

배기량 : 엔진의 크기(또는 승용차의 구분)는 일반저그로 배기량으로 표현하고 있다. 자동차의 배기량은 1실린더의 배기량이 행정체적과같으므로 행정체적에 실린더 수를 곱하여 구할 수 있다.