자동차공학과, 자동차정비기능사 등 내연기관 필수과목 자동차기관 요점 3. 자동차용 내연기관의 분류 2

3. 자동차용 내연기관의 분류 2

 

라. 밸브 설치 위치에 따른 분류
기관의 흡·배기밸브가 실린더헤드 또는 블록의 어느 쪽에 있는 가에 따른 분류이다.
일반적인 밸브의 설치 위치에 따르면 I, L, F, T 형이 있으나 현재는 I-헤드형만이 사용
된다. 여기서 I, L, F, T 형의 머리글자는 연소실과 밸브배열의 형상을 상징한 것이다.

(1) I-헤드형 기관(I-head type engine)
이 기관은 흡·배기밸브 모두 실린더 헤드 위에 설치되어 있기 때문에 오버헤드 밸브
기관(OHV ; over head valve engine)이라고도 한다. I-헤드형은 밸브의 배열은 직렬형
에서는 일렬로 되어 있고, V-8 실린더 기관에서는 각 뱅크(bank)마다 일렬로 되어 있
는 경우와 2열로 되어 있는 경우가 있다.
밸브의 작동은 1개의 캠축과 밸브 리프터 및 푸시로드와 로커 암 축 어셈블리에 의해
구동된다. I-헤드형 기관은 밸브개폐 기구가 복잡하므로 기관 전체로서의 구조가 약간
복잡하다. 또 실린더헤드에의 열전도가 연소실이나 점화플러그 이외에 밸브를 통하여
도 전도되므로 실린더헤드의 냉각을 여유 있게 하여야 한다.
그러나 이 형식에서는 높은 압축비로 하여 열효율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
I-헤드형 기관에서 높은 압축비로 할 수 있는 것은 연소실 체적을 비교적 작게 할 수 있기 때문이다. 또 I-헤드형 기관에는 캠축이 실린더 헤드에 설치된 OHC(over head cam
shaft)가 있다. 이것은 자동차가 고속화 함에 따라 밸브의 고속 개폐가 가능하도록 하여
흡입 및 연소효율을 높여 기관의 출력과 성능을 향상시키도록 한 것이다.
OHC형 기관은 이러한 이유로 인하여 캠축과 밸브 사이에 밸브 리프터와 푸시로드
를 설치하지 아니하고 밸브개폐를 캠이 직접 구동하도록 함으로 써 고속에서 유리하다.

(2) L-헤드형 기관(L-head type engine)
이 기관은 흡·배기 밸브 모두가 실린더 블록 측면에 설치되어 있으며, 밸브개폐 기
구도 이들 양 밸브 아래쪽에 있으며 1개의 캠축에 의해 작동되는 기관이다. 밸브개폐
기구는 간단하나 연소실이 편평하므로 압축비를 높일 수 없어 열효율이 I-헤드형보다 못하다.

(3) F-헤드형 기관(F-head type engine)
이 기관은 흡입밸브는 실린더헤드에 설치되어 있고, 배기밸브는 실린더블록에 설치한
것이다. 실린더 헤드에 설치된 밸브는 I-헤드형의 밸브개폐 기구와 같이 캠축, 밸브 리
프터, 푸시로드, 로커암 축 어셈블리 등에 의해 작동되고, 실린더 블록에 설치된 밸브는
L-헤드형 밸브개폐 기구의 캠축과 밸브 리프터에 의하여 직접 구동하도록 되어 있다.

(4) T-헤드형 기관(T-head type engine)
이 기관은 L-헤드형과 같이 흡·배기밸브가 실린더블록에 설치되어 있으며, 밸브가
실린더의 좌우에 배치되어 있다. T-헤드형 기관은 연소실 면적이 넓어져 열효율이 저
하하기 쉽고, 캠축을 2개로 필요하기 때문에 밸브개폐 기구가 복잡해지는 결점이 있다.

 

마. 실린더 안지름과 행정 비율에 따른 분류
(1) 장행정 기관(under square engine)
이 기관은 실린더 안지름(D)보다 피스톤 행정(L)이 긴 형식이며, 다음과 같은 특징
이 있다.
① 피스톤 행정이 길므로 흡입 공기량이 많아 폭발력이 크다.
② 큰 회전력을 얻을 수 있으며, 피스톤 측압을 감소시킬 수 있다.
③ 회전속도가 비교적 낮으며, 기관의 높이가 높아진다.
④ 기관의 강도 및 무게 면에서 불리하다.

(2) 정방형 기관(square engine)
이 기관은 실린더 안지름(D)과 피스톤 행정(L)의 크기가 똑같은 형식이다.
(3) 단행정 기관(over square engine)
이 기관은 실린더 안지름(D)이 피스톤 행정(L)보다 큰 형식이며 다음과 같은 특징이있다.
① 피스톤 평균속도를 올리지 않고도 회전속도를 높일 수 있어 단위 실린더 체적 당
출력을 크게 할 수 있다.
② 흡·배기밸브의 지름을 크게 할 수 있어 체적효율을 높일 수 있다.
③ 직렬형 기관의 경우에는 높이가 낮아지며, V-형 기관에서는 폭이 좁아진다.
④ 피스톤이 과열되기 쉽다.
⑤ 폭발압력이 커 크랭크축 베어링의 폭이 넓어야 한다.

⑥ 크랭크축 회전속도가 증가하면 관성력의 불평형으로 회전부분의 진동이 커진다.
⑦ 실린더 안지름이 커 기관의 전체길이가 길어진다.
바. 열역학적 사이클에 따른 분류
연소과정에 의하여 열역학적으로 분류하면 다음과 같다. 이들 이론 사이클은 엄밀한
의미에서 실제의 기관에서는 실현되지 않고 근사한 사이클로 표시된다.

(1) 정적 사이클(constant volume cycle : 오토 사이클)
이 사이클은 혼합가스의 연소가 일정한 체적에서 일어나는 것이며, 가스기관, 가솔린
기관 등이 이 사이클을 기준으로 하여 작동한다.

(2) 정압 사이클(constant pressure cycle : 디젤 사이클)
이 사이클은 연소가 일정한 압력에서 일어나는 것이며, 공기 분사식인 저속·중속 디
젤 기관이 이 사이클을 기준으로 작동된다.

(3) 복합(정적·정압) 사이클
(constant volume & constant pressure combined cycle : 사바테 사이클)
이 사이클은 정적과 정압 사이클을 복합한 사이클이며 무기 분사식 고속 디젤기관이
이 사이클을 기준으로 하여 작동된다.

 

사. 점화방식에 따른 분류
(1) 전기 점화기관(electrical spark ignition engine)
이 기관은 압축된 공기와 연료의 혼합가스를 전기적 불꽃으로 점화·연소시키는 가솔린기관이 여기에 속한다.
(2) 압축 착화기관(compression ignition engine)
이 기관은 공기만을 압축하여 높은 온도(500~550℃)로 한 후 그 속에 연료를 안개
모양으로 분사하여 착화시키는 것이며 디젤기관이 여기에 속한다.
(3) 핫 벌브 점화기관(hot bulb ignition engine : 소구기관)
이 기관은 실린더 헤드에 핫 벌브(기관을 기동할 때에는 미리 가열하고, 시동 후에는
연소열에 의하여 가열되도록 되어 있음)를 설치하고 이것에 연료를 분사하여 연소시키
는 것이며, 자동차용 기관으로는 사용되지 않는다.

아. 기계학적 사이클에 따른 분류
각종 열역학적 사이클을 실제로 작동시켰을 때 1사이클을 완료하기 위한 피스톤의 왕
복운동 회수에 의하여 기관을 분류하면 다음과 같다.
(1) 2행정 사이클 기관(2-stroke cycle engine)
이 기관은 피스톤의 1왕복(2개의 행정)으로 1사이클을 완성한다.
(2) 4행정 사이클 기관(4-stroke cycle engine)
이 기관은 피스톤의 2왕복(4개의 행정)으로 1사이클을 완성한다.