1. 엔진 본체의 구성
: 엔진 본체의 구성은 고정부, 왕복 운동부 및 회전 운동부로 나눈다.
1) 고정부
-실린더 블록 :
엔진의 골격이 되는 부분으로 실린더와 크랭크 케이스와 일체로 된 주물로 만들어지며, 재질은 주철을 주로 사용한다. 실린더 주위에는 냉각수의 통로가 형성되어 있으며, 실린더는 일체로 된 구조이나 실린더 라이너를 삽입하는 분리형도 있다.
- 실린더 헤드 :
실린더 헤드는 실린더 블록의 상부에 볼트로 조립되며, 자동차용으로는 주로 알루미늄 합금을 주조하여 제작한다. 연소실 주위로 냉각수 통료가 형성되어 있다. 실린더 및 피스톤과 함께 연소실을 형성하며, 또한 점화 플러그와 밸브장치가 설치된다.
- 크랭크 실 :
실린더 블록과 일체로 형성되어 기관의 본체를 이루고 있는 부분으로 크랭크축이 들어 있고, 하부에는 엔진오일의 오일팬 등이 장착된다.
- 엔진 베어링 :
크랭크축의 저널부와 크랭크 핀 부에 조립하는 베어링에는 일반적으로 분할형의 메탈 베어링이 사용된다.
2) 왕복 운동부
- 피스톤 :
실린더 내면에서 고속으로 왕복운동을 하며, 신기를 흡입하여 소요의 압력으로 압축하고, 폭발력에 의해 크랭크를 회전시키는 힘을 얻는 역할을 한다. 실린더 및 실린더 헤드와 더불어 연소실을 구성한다. 재질은 가볍고 열전도성이 좋은 알루미늄 합금으로 만든다.
피스톤의 구조는 연소실을 구성하는 부분으로 폭발 압력과 고온의 열을 받는 헤드부 (A) / 링 홈과 링 랜드로 구성되며 링 홈에는 피스톤 링이 끼워지는 링부 (B) / 실린더에 접촉되어 섭동 운동을 하는 스커어트 부 (C)로 되어 있다.
스커어트부는 오일링 홈의 부근에 수평과 수직의 홈을 파놓은 스프리트형과 스커어트의 일부를 삭제하여 중량과 섭동 면적을 감속시켜 고속 기관에 접합하도록 한 슬리퍼 스커어트형이 있다.
- 피스톤 핀 :
피스톤과 커넥팅로드를 연결하며, 피스톤에 작용하는 힘을 커넥팅로드에 전달하는 역할을 한다. 피스톤 핀을 고정하는 방법에는 (A) 중, 대형기관에서 주로 사용하는 방법으로 핀을 피스톤 보스에 고정시키는 고정식. (B) 핀의 중앙부를 커넥팅로드의 소단부에 고정시키는 반고정식. (C) 중, 소형의 고속 기관에서 사용하는 방법으로 피스톤 보스의 양끝 안쪽 구멍에 홈을 파서 스톱 링을 끼우는 부동식이 있다.
- 피스톤 링 :
피스톤 링에는 압축 링과 오일 링의 두 가지가 있다.
압축 링 : 피스톤과 실린더 사이의 기밀을 유지하고(기밀 작용), 피스톤의 열을 실린더 벽에 방출하는 작용(열전도 작용)을 한다.
오일 링 : 실린더 벽의 여분의 윤활유를 적당히 긁어내는 작용(오일 제어 작용)을 한다.
- 커넥팅 로드 :
피스톤 핀과 크랭크 핀을 연결하여 피스톤에 가해지는 폭발력을 크랭크축에 전달하는 역할을 하며 경사 운동을 한다.
커넥팅로드는 (A) 피스톤 핀에 결합되는 소단부, (B) 2 분할되어 그 내면에 메탈 베어링 등을 삽입하여 크랭크 핀과 조립되는 대 단부, (C) 소단부와 대 단부를 잇는 중간 봉으로 일반적으로 I형 단면 형상을 한 본 체로 구성되어 있다.
커넥팅 로드에는 압축력, 인장력, 굽힘력 등이 반복적으로 작용하기 때문에 특수강을 이용하여 형단조로 제작한다.
3) 회전 운동부
- 크랭크 축 :
피스톤의 왕복운동을 회전운동으로 바꾸기 위한 부분으로 a. 메인 베어링에 지지되는 크랭크 저널, b. 커넥팅 로드의 대 단부와 조립되는 크랭크 핀, c. 크랭크 핀과 저널을 연결시키는 크랭크 암, d. 크랭크 암이 크랭크 핀의 반대 측으로 연장되어 회전 평형을 유지하는 평형추로 구성된다. 재질은 Cr-Mo강, Ni-Cr강이며, 형단조 후 절삭 가공한다.
- 플라이 휠
플라이 휠은 익사라고 하며, 무거운 회전체로서 폭발 행정 때 회전력을 저장해 두었다가 다른 행정 때 회전 관성력을 전달하여 회전 속도를 균일하게 하는 역할을 한다. 다기통 기관일수록 무게가 가벼워진다. 재질은 주철 및 주강이며, 자동차용은 뒷면에 클러치 기구가 설치되고, 바깥 둘레에는 링 기어가 열박음 되어 있다.
2. 흡, 배기 장치
엔진이 작동할 때 생기는 실린더에 공기(또는 혼합기)의 흡입과 연소가스의 배출을 위한 장치로, 공기 또는 혼합기가 실린더로 흐르는 통로인 흡기관, 실린더로 부터 연소가스가 배출되는 통로인 배기관, 공기 또는 연소가스의 흡입과 배출을 위한 흡배기 밸브 및 밸브 작동 기구로 구성되어 있다.
2 행정 사이클 기관에서는 흡, 배기 밸브를 두지 않고, 실린더 벽면에 구멍을 뚫어 공기 또는 연소가스의 흡입과 배출을 시키는 소기 및 배기 공기 있으며, 여기서는 피스톤이 밸브의 역할을 한다.
- 흡, 배기 밸브의 구조
일반적으로 자동차용 엔진에 사용하는 밸브는 버섯현의 구조를 가진 밸브다.
a. 밸브 헤드는 흡입효율 향상을 위해서 흡입 밸브가 배기 밸브보다 지름이 크다
b. 밸브 스템은 밸브 가이드에 끼워져 섭동 운동을 한다.
c. 밸브 면은 밸브시트와 밀착하여 기밀 작용을 하며, 밸브에 받는 열을 밸브 시트로 전달하는 열전도 작용을 한다
각도는 30도와 45도를 많이 사용한다.
- 밸브 구동 캠
캠은 밸브의 구동을 위해 회전운동을 왕복운동으로 바꾸기 위한 기구이다. 캠의 종류로는 플랭크가 기초원에 대하여 직선을 이루는 구조로 된 접선 캠, 플랭크가 볼록한 원호를 이루는 원호 캠 및 태핏 선단과 이 작용이 오목면을 이루는 등가속도 캠이 있다.
- 밸브 기구의 설치 방식
a. 사이드 밸브 기구 : 밸브 기구가 실린더 블록에 설치된다.
구동 경로 : 캠축의 회전 -> 태핏 -> 밸브
b. 오버 헤드 밸브 기구 : 밸브 기구의 캠축은 실린더 블록에 밸브는 실린더 헤드에 설치된다
구동 경로 : 캠축의 회전 -> 태핏 -> 푸시로드 -> 로커암 -> 밸브
c. 싱글 오버 헤드 캠축 기구 :
캠축을 실린더 헤드 위에 한 개를 설치하여 캠이 흡기와 배기 밸브용 로커암을 직접 작동하여 밸브를 구동한다
구동 경로 : 캠축의 회전 -> 로커암 -> 밸브
d. 더블 오버 헤드 캠축 기구 :
캠축을 실린더 헤드 위에 흡기용과 배기용을 각각 한 개씩 설치하여 캠이 직접 밸브를 작동하도록 한 것이다.
구동 경로 : 캠축의 회전 -> 태핏 -> 밸브
- 밸브 개폐 시기
4 행정 사이클 엔진
a. 리드 : 흡, 배기 밸브를 사점 전에서 열어 주는 것을 말한다
흡입밸브 열림 : 상사점 전 10~25도
배기밸브 열림 : 하사점 전 45~70도
b. 래그 : 흡, 배기 밸브를 사점 후에서 열어주는 것을 말한다.
흡입밸브 닫음 : 하사점 후 50~80도
배기밸브 닫음 : 상사점 후 10~30도
c. 오버랩 : 상사점 부근에서 매 사이클이 끝날 무렵 흡기 밸브와 배기 밸브가 동시에 열려 있는 기간을 말한다.
2 행정 사이클 엔진
a. 피스톤 하강 행정
└ 배기공 열림 : 하사점 전 약 50도
└ 소 기공 열림 : 하사점 전 약 35도
b. 피스톤 상승 행정
└ 소 기공 닫힘 : 하사점 후 약 35도
└ 배기공 닫힘 : 하사점 후 약 50도
- 2 행정 사이클 엔진 소기
소기란 2 행정 사이클 엔진에서 연소가스를 방출하고 신기(또는 혼합기)를 실린더 내에 채우는 현상을 말한다.
소기기간 : 하사점을 중심으로 120~150도 정도에서 행한다
소기펌프 : 2사이클 엔진에서는 소기를 위하여 소기펌프를 둔다.
단실린더 엔진 : 크랭크실을 소기펌프로 사용.
다실린더 엔진 : 별도의 소기펌프를 두어 소기를 행한다.
- 소기의 형식과 포팅
소기형식
a. 횡단 소기법
소기 구멍과 배기 구멍의 위치가 실린더의 반원주에 걸쳐 서로 반대 방향에 위치하여 소기가 실린더를 횡단하는 형식으로 피스톤 헤드에 디플렉터 또는 경사(기울기)를 둔 피스톤을 사용한다.
b. 루프 소기법
소기와 배기가 같은 방향으로 이루어지는 소기법으로 횡단소기보다 실린더 상부 소기가 양호하다.
c. 단류형 소기법
항상 한 방향의 소기류가 일어나는 것으로 소기는 아래의 소기 구멍에서 상부의 배기 밸브로 흐르는 형식을 말한다. 소기효율이 높고, 과급이 가능하며, 대형 저속 기관에 적합하다
- 포팅선도
소기에서 소, 배기 구멍의 개구면적 또는 밸브의 개구면적과 그 크랭크 각도 사이의 관계를 나타내는 선도이다. 소기법의 양, 부를 판단할 수 있다.
3. 과급 장치
과급이란 좀 더 많은 연료를 연소시키기 위하여 피스톤의 펌프작용에 의한 공기량 이상으로 가압한 공기, 즉 밀도를 높인 공기를 공급하는 것을 말한다.
과급의 목적은 기관의 토크 및 출력을 대폭적으로 증가시켜 자동차에 여유 동력 성능을 유지시켜 주는 데 있다.
a. 과급기의 구동방법 :
크랭크축에서 기어 또는 체인으로 구동(루우츠 펌프) / 독립된 전동기로 구동(원심식 회전 펌프) / 배기가스 터빈으로 구동(배기 터빈 과급기)
b. 배기 터보 과급기
기관의 실린더에서 방출되는 배기가스의 에너지에 의해서 구동되는 터빈으로 원심형 펌프를 구동하여 압축한 공기를 실린더에 보낸다. 일반적으로 운전조건은 터빈을 약 650도의 배기가스를 회전시키고, 최고 100,000 rpm 이상으로 회전하는 터빈과 동축으로 된 압축기를 회전시켜 흡입공기를 1.5~2 기압으로 압축시킨 후 실린더로 공급한다.
이 배기 터빈 과급기의 특징은 기관의 기계적 손실이 없고 기관의 부하 증감에 따라 배기 에너지가 변하므로 공급량이 자동으로 변한다는 점이다.
c. 중간 냉각 터보 과급기
과급기 출구에서는 공기의 온도가 100~160도 정도로 높아지기 때문에 기관의 성능에 불리한 결과를 가져온다. 따라서 공기의 온도를 낮추는 방법으로 보조 방열기를 설치하여 냉각하면 실린더로 흡입되는 공기의 온도를 약 50도 정도까지 낮출 수 있다.
인터쿨러를 사용하면 배기가스 중의 질소산화물의 발생을 감소시킬 수 있으며, 급기의 밀도 증가로 인해 과급 효과가 증가한다.
댓글