자동차 엔진 원리 (2행정 , 4행정, 가솔린, 디젤)

 

자동차 엔진 원리에 대해서 알아보자. 

자동차엔진은 연료를 연소시켜서 발생하는 열에너지를 운동에너지로 바꾸는 역할을 한다. 

아래 자동차 엔진의 4행정의 기본 과정에 대한 그림이 있다. 

 

 

1. 흡기 행정

흡기밸브 열림, 배기밸브 닫힘 상태에서 피스톤이 아래쪽으로 하강을 하게 되면 실린더 내부에는 압력이 감소하게되어 흡기밸브로부터 공기와 연료가 섞인 혼합기가 흡인되게 된다. ( 디젤 엔진은 이과정에서 공기만 흡입 )

 

2. 압축 행정

흡기밸브 닫힘, 배기밸브 닫힘 상태에서 피스톤이 위로 반전하여 상승하게 되면 실린더 내에는 충만한 공기 또는 혼합기를 압축하여 연소실 내에 가두어 두게 된다. 

 

3. 연소 , 팽창(동력) 행정

흡기밸브 닫힘, 배기밸브 닫힘 상태에서 피스톤이 상부에 도닥하였을때 점화 플러그에서 전기불꽃을 일으켜 혼합기가 연소함으로써 가스가 팽창하게 되어 피스톤을 밀어내리게 된다. 디젤엔진의 경우 점화 플러그 대신 연료 분사장치를 통해 실린더 내의 압축된 고온 고압의 공기중에 연료를 고압으로 분사시켜 자기착화에 의해 연소되게 된다.

 

4. 배기 행정

흡기밸브 닫힘, 배기밸브 열림 상태에서 피스톤이 다시 반전하여 상승하면서 실린더 내의 팽창한 가스를 배기밸브를 통해 밀어내는 과정을 하게 된다 이 후 또 다시 흡기행정으로 되돌아가서 이러한 공정을 반복하게 된다. 

 

■ 2행정 엔진, 4행정 엔진

자동차에서 사용되는 엔진은 작동되는 방식에 따라서 2행정 엔진과 4행정 엔진으로 구분되어 진다.

2행정 엔진은 크랭크축의 1회전마다 폭발이 발생하기 때문에 비교적 엔진 구조가 간단하며 출력이 크다.

하지만 저속회전에서는 배기와 흡기가 완전히 이루어지지 않아 회전이 불안정하고 연료가 배기에 섞여 나오는 문제가 있기 때문에 이륜차(오토바이)에서만 주로 사용되어 지고 있다. 

4행정 엔진은 크랭크축의 2회전마다 1회 폭발이 일어나는 구조로 비교적 회전력이 균일하고 저속회전도 안정적이다. 

연료 경제성도 높아서 대부분의 자동차에서 사용되는 엔진이다. (상세한 공정은 위의 내용 참조)

 

■ 가솔린 엔진, 디젤 엔진

가솔린 엔진은 휘발유를 연료로 사용한다.

공기 + 연료가 섞인 혼합기를 실린더 내에 유입시키고 점화플러그에서 전기불꽃을 일으켜 혼합기를 연소시켜 동력을 얻는다. 가솔린 엔진에서 압축비는 8 ~ 11:1로 디젤 엔진보다 낫다. 매연 발전이 아주 작고 후 처리 장치로 배출가스 정화가 용이 하다. 

디젤 엔진은 경유를 연료로 사용한다. 

가솔린 엔진과 다르게 실린더내에 공기만 흡입하여 고압으로 압축하여 고온이 된 상태에서 연료를 분사시켜 스스로 불이 붙어 연소하는 자기착화방식이 특징이다. 압축비는 15 ~ 22:1로 가솔린 엔진의 약 2배 정도 된다. 연소효율이 좋아 연비가 높은 장점을 가지고 있지만 고압펌프와 튼튼한 엔진사용으로 중량이 증가하고 마찰손실도 많아져서 소음과 진동이 커지는 단점이 있다. 

 

 

■ 자동차 바퀴의 구동 원리

엔진의 피스톤 왕복에 의해 운동에너지가 발생하는데 이때 피스톤과 연결된 크랭크축이 회전을 하게 되면서 자동차는 앞으로 나아갈 수 있는 구동력을 얻게 되는 것이다. 이것을 동력전달장치를 통하여 바퀴에 전달하여 자동차를 주행시키게 되는 원리이다. 

동력전달장치는 클러치, 변속기, Propeller shaft , 차동장치 , 바퀴 순서로 이루어져 있다.