자동차 엔진 원리 및 종류와 바퀴 구동원리 소개

자동차 엔진 원리 및 종류와 바퀴 구동원리 소개

1. 자동차 엔진의 원리

자동차 엔진은 연료를 연소시키는 과정에서 발생한 열에너지를 운동에너지로 바꿈으로써 자동차를 움직인다.

 

① 흡기 행정

 흡기밸브 열림, 배기밸브 담힘 상태에서 피스톤이 하강하면 실린더 내부는 압력이 감소하여 흡기밸브로부터 공기와 연료가 섞인 혼합기가 흡입 된다(디젤 엔진의 경우 공기만 흡입).

 

② 압축 행정

 흡기밸브 담힘, 배기밸브 닫힘 상태에서 피스톤이 반전하여 상승하면 실린더 내에 충만한 공기 또는 혼합기를 압축하여 연소실 내에 가두어둔다.

 

③ 연소·팽창(동력) 행정

 흡기밸브 닫힘, 배기밸브 닫힘 상태에서 피스톤이 상부에 이르렀을 때 점화 플러그에서 전기 불꽃이 튀어서 혼합기가 연소함으로써 가스가 팽창하여 피스톤을 밀어내린다. 디젤 엔진의 경우 점화 플러그 대신에 연료 분사 장치를 통해 실린더 내의 압축된 고온·고압의 공기중에 연료를 고압으로 분사시켜 자기착화에 의해 연소된다.

 

④ 배기 행정

 흡기밸브 닫힘, 배기밸브 열림 상태에서 피스톤이 반전하여 상승하면서 실린더 내의 팽창한 가스를 배기밸브를 통해 밀어낸다. 그 후에 또다시 흡기행정으로 되돌아간다.

 

2. 엔진 종류 및 비교

2-1. 2행정 엔진과 4행정 엔진

자동차에 사용되는 엔진은 작동방식에 따라 ‘2행정 엔진’과 ‘4행정 엔진’으로 구분된다.

 

 2행정 엔진은 크랭크축의 1회전(피스톤의 1회 상하운동을 ‘1행정’이라 하며, 2행정 마다 크랭크축이 1회전을 함) 마다 폭발이 일어나기 때문에 비교적 엔진 구조가 간단하고 출력이 크다. 다만 저속회전에서는 배기· 흡기가 완전히 행해지지 않아 회전이 불안정하고 연료가 배기에 섞여 나오는 문제가 있어 오늘날 이륜차에서만 사용되고 있다.

 

 4행정 엔진은 크랭크축의 2회전마다 1회의 폭발이 일어나기 때문에 비교적 회전력이 균일하고 저속회전도 안정적이다. 또한 연료 경제성도 높아서 오늘날 대부분의 자동차에 사용되는 엔진이다.

 

2-2. 가솔린 엔진과 디젤 엔진

 가솔린 엔진은 가솔린(휘발유)을 연료로 사용한다. 공기와 연료가 섞인 혼합기를 실린더 내에 유입시킨 후 점화플러그에서 전기 불꽃을 튀어서 혼합기를 연소시킴으로써 동력을 얻는다. 가솔린 엔진에서 압축비는 8~11:1로 디젤 엔진보다 낮다. 가솔린 엔진은 매연 발생이 극히 적고, 후 처리 장치로 배출가스 정화가 상대적으로 용이하다.

 

 디젤 엔진은 디젤(경유)을 연료로 사용한다. 가솔린 엔진과 달리 실린더 내에 공기만을 흡입하여 고압으로 압축하여 고온이 된 상태에서 연료를 분사해주면 스스로 불이 붙어 연소하는 자기착화방식이 특징이다.

 

 디젤 엔진의 압축비는 가솔린 엔진의 약 2배인 15~22:1로 높다. 이에 따라 연소효율이 좋아 연비가 높은 장점이 있는 반면, 고압펌프와 튼튼한 엔진 사용으로 중량이 증가하고 마찰손실도 많아져 소음과 진동이 커지는 단점이 있다.

 

 

3. 자동차 바퀴의 구동 원리

 피스톤의 왕복에 의해 운동에너지가 발생하는데, 이때 피스톤과 연결된 크랭크축이 회전을 하면서 자동차는 구동력을 얻게 된다. 이를 동력전달 장치(클러치→변속기→Propeller shaft→차동장치→바퀴)를 통해 바퀴에 전달하여 자동차를 주행시키게 된다.