자동차의 엔진이 구동하는 방법에 대해 알아보겠습니다. 기본적으로 내연기관 자동차에 대한 설명이므로 전기차는 다른 원리로 이루어지니 참고하시기 바랍니다.
자동차가 동력을 발생 시키고 앞으로 나아갈 수 있게 하는 가장 기본적인 장치는 엔진입니다. 엔진에서는 연료와 공기를 반응 및 폭발 시키는 힘으로 동력을 만들어 냅니다.
이때 폭발시키는 힘을 만들어 내는 공간을 실린더라고 하며 그 안에서 피스톤이 상하로 왔다 갔다 하며 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4 사이클을 돌며 이루어집니다.
이때 피스톤의 직선운동이 엔진 실린더 위쪽에 붙어있는 크랭크축의 회전운동으로 변환될 때 피스톤은 크랭크 축이 1회전 할 때마다 피스톤 또한 상하의 거리를 1번 왕복 반복하게 됩니다.
크랭크 축이 회전함에 따라 피스톤이 가장 높은 위치에 올라갔을 때 이 점을 상사점이라 하고, 맨 아래에 있을 때 이를 하사점이라고 합니다. 또한 상사점과 하사점 사이의 거리를 행정이라고 표현합니다.
위에서 설명한 대로 상사점과 하사점 사이의 거리를 행정이라고 하고 엔진은 4개의 행정을 반복하며 동력을 얻습니다. 가장 먼저 흡입 행정은 연료를 흡입하는 행정입니다. 그다음 압축 행정이 이루어 지는데 이는 흡입한 연료와 공기를 혼합하여 압축시킵니다. 폭발 행정은 압축된 혼합 연료 공기를 점화하여 연소시키며 폭발시킵니다. 이때 폭발의 힘이 동력으로 만들어집니다. 그다음 배기 행정으로 흡입, 압축, 폭발하며 만들어진 부산물 들을 실린더 밖으로 내보내며 다시 흡입 행정의 과정을 거치게 됩니다.
이러한 4개 행정을 반복하여야 하며, 4개 행정 중 몇 개의 행정으로 이루어진 것을 사이클이라고 합니다. 즉 4개 행정을 한 사이클로 도는 것을 4행정 사이클 이라고 하며 2개의 행정을 도는 것을 2 행정 사이클이라고 합니다.
일반적인 자동차에 쓰이는 4행정 가솔린 사이클을 가지고 좀 더 상세히 각 행정에 대해 알아보겠습니다.
먼저, 연료와 공기를 흡입하는 흡입 행정입니다. 모든 행정의 처음 동작으로 피스톤이 맨 위 즉 상사점에서 맨 아래 하사점으로 이동하며 작동합니다. 이 행정에서 피스톤이 상사점에서 하사점으로 내려가기 시작하면 흡입 밸브 구멍을 통하여 공기와 가솔린 혼합가스가 실린더 내로 들어오게 됩니다. 이때 흡입 밸브 구멍을 통해 들어올 수 있는 원리는 실린더 내는 밀봉되어 있어 피스톤이 상사점에서 하사점으로 이동할 때 내부가 진공 상태가 됩니다. 진공 상태가 됐을 때 압력 차에 의해 흡입 밸브 쪽 구멍을 통해 가솔린과 연료가 들어 올 수 있는 것입니다.
피스톤이 하사점에 도달하면 흡입 행정은 끝나지만 실린더 내의 압력은 대기 압력보다 낮기 때문에 가솔린과 공기는 계속해서 들어옵니다.
흡입 행정 이후에 발생하는 행정은 압축 행정입니다. 압축 행정은 피스톤이 흡입 행정과 반대로 아래에서 위로 움직입니다. 즉, 피스톤은 하사점에서 상사점으로 움직이며 흡입밸브는 압력 차에 의해 닫히게 됩니다. 이때 실린더는 완전히 밀폐되어 가솔린과 공기가 실린더 내에서 압축하게 됩니다. 압축 행정이 끝날 무렵인 피스톤이 상사점 근처에 왔을 때 점화 플러그가 작동하며 점화하게 됩니다. 이러한 혼합가스를 압축하는 목적은 혼합가스의 온도를 높여 쉽게 연소할 수 있도록 하고, 또한 연소 가스의 압력이 더욱 증대할 수 있도록 하는 것입니다. 압축 행정이 완료되면 피스톤은 상사점에서 하사점을 두 번 반복 즉 2 행정을 하고 1 왕복을 합니다. 크랭크축 또한 1 회전을 한 상태가 됩니다.
댓글