자동차 내연기관 엔진의 동작 방법

내연기관 엔진의 동작 방법

자동차 내연기관 엔진은 어떻게 동작하고 어떠한 메커니즘이 포함되어 있는 것일까요? 엔진의 동작 방법 기계적 메커니즘을 이루는 4가지 주요 부품은 다음과 같습니다.

• 실린더
• 피스톤
• 컨넥팅 로드
• 크랭크 샤프트
• 주요 부품 외, 밸브, 엔진블럭

4가지 주요 부품에 의한 운동의 변화를 살펴보면 다음과 같습니다. 

• 폭발 에너지
• 실린더를 직선 방향으로 밀어내는 힘 발생
• 이때 발생한 힘이 크랭크를 통해 회전 관성 (원운동) 에너지로 전환
• 회전 관성 운동 에너지가 변속기를 통해 전진 에너지로 전환

 

폭발 에너지 - 직선 운동 - 회전 운동 - 전진 운동

 

<Animation of a 4-stroke engine showing airflows 위키미디어>

위의 그림은 내연기관 엔진의 동작 방법을 잘 보여주고 있습니다. 기본적인 4행정 사이클을 적용한 것으로 4행정 사이클이란 흡입-압축-폭발(연소)-배기를 말합니다.

<Four-stroke gasoline 출처 위키미디어>

 

내연기관 엔진의 4행정

 

흡입 - 1행정 : 흡입 밸브가 열려있는 상태에서 공기와 연료가 혼합 상태로 피스톤 내부로 유입됩니다. 이때 배기 밸브는 닫혀 있는 상태를 유지 합니다. 피스톤은 아래 방향으로 이동합니다. 

 

압축 - 2행정 : 흡입/배기 밸브가 닫혀있는 상태에서 실린더가 상승하면서 혼합 가스(공기,연료)를 압축합니다. 이로써 점화를 위한 준비가 완료됩니다. 

 

폭발(연소) - 3행정 : 엔진의 부품 점화 플러그에 전기가 공급되고 이때 발생한 스파크가 실린더 내부의 혼합가스를 점화합니다. 이때 실린더 내부에 연소와 폭발이 동시에 일어나면서 실린더를 직선 방향 아래쪽으로 밀어줍니다. 연소행정이 4행정 사이클 중에서 가장 중요한 과정입니다. 이때 유입된 가스가 부족한 현상이 발생할 수 있는데 피스톤이 너무 빠르게 동작하거나 배기 밸브에 Leak 가 있을 때 발생할 수 있습니다. 이는 결국에는 불완전 연소로 이어지게 되고 이로 인해 엔진의 효율이 떨어지는 현상이 발생할 수 있습니다. 

 

배기 - 4행정 : 4행정 사이클 내연기관의 최종단계이며, 흡입/압축/폭발을 통해 연소가 완료된 잔류가스를 배기 밸브를 통해 실린더 내부를 비워내는 행정입니다. 

 

위의 4행정을 1 사이클이라고 하며 사이클의 반복을 통해 생기는 운동에너지 (직선,회전,전진 에너지) 를 통해서 자동차와 같은 기기에 동력원을 발생하게 합니다. 

 

 

요약 

자동차 엔진은 4행정 사이클의 연속적인 동작으로 인해 구동되며 이때 발생하는 에너지를 메커니즘을 통해서 직선운동 - 회전운동 - 전진에너지로 변환하여 동력원을 발생하게 됩니다. 

 

Inside Insight 였습니다. 

 

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