[1] 열기관
열에너지를 기계적 에너지(일)로 바꾸는 기구로, 내연기관, 외연기관으로 분류됨.
1. 내연기관 과 외연 기관
(1) 내연기관 : 기관 내부(실린더 안에서) 연소가 이루어짐.
① 왕복 운동형: 가솔린기관, 디젤기관, LPG기관.
② 회전 운동형 : 가스터빈, 로터리 기관
③ 분사추진 형: 제트기관, 로켓기관.
(2) 외연기관: 연료의 연소를 밀폐된 공간(실린더 밖에서)행하는 것,
① 왕복 운동형: 증기기관.
② 회전 운동형 : 증기터빈.
(3) 연소 방식
① 오토사이클(정적 사이클): 가솔린엔진, 일정한 용적에서 연소
② 디젤 사이클(정압 사이클) : 저속디젤엔진. 일정한 압력에서 연소
③ 사바데 사이클(복합 사이클): 고속디젤엔진, 일정한 용적과, 일정한 압력에서 연소
(4) 가솔린 기관과 디젤기관 비교
| 구분 | 가솔린 엔진 | 디젤엔진 |
| 연소방식 | 전기점화, 스파크점화 | 압축 착화 |
| 속도조절 | 흡입된 혼합가스양(기화기) | 분사방식(분사된 연료량) |
| 열효율 | 25~32% | 32~38% |
| 압축 온도 | 120~140℃ | 500~550℃ |
| 폭발압력 | 35~45kg/㎠ | 55~65㎠ |
| 압축 압력 | 7~11kg/㎠ | 30~45kg/㎠ |
① 기계적 사이클
㉠ 흡입, 압축, 폭발, 배기행정을 피스톤이4 행정을 하고 크랭크축 2회전하고 캠축1회전
㉡ 2행정 사이클 기관
흡입, 압축, 폭발, 배기 행정을 2행정에 하고 크랭크축1회전으로 동력을 얻는 방식
② 4행정과 2행정 사이클 비교
| 구분 | 장점 | 단점 |
| 2행정 사이클 | 회전이 원활하며 구조가 간단하다. | 흡, 배기 불량하며, 피스톤 손상이 쉽고 저속운전이 곤란하다. |
| 4행정 사이클 | 효율과 안정성이 좋고 회전속도 범위가 넓고 체적효율이 높으며 연료소비율이 적다. | 충격, 소음이 많으며 회전이 원할 하지 않는다, |
[2] 기관 주요 부
1. 실린더
(1) 실린더헤드
실린더 헤드는 실린더불럭 위에 실린더 헤드개스킷 사이에 볼트로 고정 헤드 안쪽 면에
연소실을 형성하고 있다, 연소실 내에 점화플러그 및 밸브기구가 설치 되 있다. 일반적으로
일반적으로 주철이나 알루미늄합금 주물을 사용한다.
(2) 실린더 검사 법
① 균열검사; 육안법, 타진법, 자기탐상법, 염색탐상, x-rat
② 변형검사: 게이지로 6개이상 검사 변형한계 0.2㎜이하 변형이 있을시 연마 후 새 가스킷 사용
(3) 연소실
피스톤이 상사점에 있어도 실린더 체적이 되지 않는다, 이때, 실린더 최소 최적의 상태를 연소실
이라한다.
① 연소실 구비 조건
㉠ 압축 끝 행정에서 강한 와류를 일으킬 수 있어야 하며 엔진 출력을 높일 수 있어야 한다.
㉡ 연소실 내 표면적이 최고가 되어야 하며 가열되기 쉬운 돌출부 제거해야 한다.
※ 와류(Swil): 흘러들어가는 소용돌이다, 혼합가스가 소용돌이를 일으켜 연료와 공기를 잘
혼합시켜 연소효율을 높인다.
2. 크랭크 케이스
크랭크케이스는 크랭크축이 있는 실린더 아래 부분과 오일팬으로 구성되 있다.
① 실린더불럭: 엔진의 기초 구조물로 몇 개의 실린더와 외부에 각 부품이 부착할 수 있도록
되어있다, 실린더불럭 위로는 실린더 헤드, 아래로는 크랭크케이스가 하나의 덩어리로 구성 된다.
② 실린더라이너: 실린더라이너는 실린더불럭과 실린더를 별개로 사용할 수 있도록 설계되어 있다, 재질로는 보통 주철이나 특수주철을 사용하며 라이너 종류에는 건식과, 습식, 일체형 등이 있다,
㉠ 건식라이너: 냉각수가 직접 라이너와 접촉하지 않고(간접접촉) 실린더불럭을 거쳐 냉각되는
방식, 두께는 2~4㎜, 100㎜당, 2~3t(톤)의 힘으로 삽입되며 주로 가솔린엔진에 사용
㉡ 습식라이너: 냉각수와 직접 접촉하여 냉각되는 형식, 두께 5~8㎜ 이며 열팽창과 냉각수
누설을 고려해서 고무실링라이너로 하단부에 끼워져 있다. 주로 디젤엔진에 사용.
③ 실린더 행정 및 내경
㉠ 장행정기관 : 행정과 내경비( L/D >1.0) 1.0 이상으로써 피스톤 의 행정 실린더 내경보다
큰 기관이다, 회전속도가 느리고 회전력은 크다.
㉡ 정방행정기관: 행정, 내경비가 같은 (L/D = 1.0)기관으로 피스톤 행정과 내경은 동일하다,
회전속도 및 회전력은 장행정기관 중간 정도 이다.
㉢ 단행정기관: 행정, 내경비가 1.0이하인 기관이다,((L/D <1.0) 회전속도가 빠르고 회전력은 적다.
※ 안지름(D), 행정(L)
3. 피스톤 커넥팅 로드 어셈블리
(1) 피스톤
피스톤은 실린더 내를 왕복운동을 하면서 연소에너지를 받아 커넥팅로드를 통해서 크랭크축에
에너지를 전달한다. 실린더 벽과의 사이에 강한 마찰을 발생시킴과 동시 2000℃이상의 달하는
연소가스와 닿아 고온고압의 상태로 되기 때문에 열전도가 잘되며 내마모성 높은 알루미늄합금을 사용.
(2) 피스톤 구비조건
ⓛ 고압고온에서 내열성이 양호한 제질일 것
② 열적부하가 적고 방열이 잘되는 구조 일 것
③ 열전도가 잘되며 열팽창이 적은 제질 일 것
④ 고속 왕복운동 하기 때문에 관성을 줄여 가벼울 것
⑤ 내 마멸성이 좋고 마찰계수가 적은 제질 이어야 한다.
⑥ 충분한 기계적 강도가 있어야 한다.
(3) 피스톤 평균 속도
피스톤의 평균속도는 상사점(TDC)와 하사점(BDC)에서 0이나 중간지점에서는 최대가 되무로
피스스톤의 평균화한 것을 뜻 한다, 평균속도 Sm/sec
① 피스톤의 간격
㉠ 간격이 크면: 압축저하, 엔진오일 연료희석, 블로우바이현상, 피스톤슬랩발생, 연소실오일상승
엔진시동저하, 엔진출력저하, 오일 소비량증가 등
㉡ 간격이 적으면: 마멸증가, 소결(스틱현상)
※ 블로우바이현상: 가스와 오일이 화학변화를 일으켜 오일이 굳어지는 현상
피스톤 슬랩: 피스톤 간극이 클 때 실린더 벽에 충격적으로 접촉되어 금속음을 발생 하는 것
오프셋 피스톤으로 방지
② 피스톤의 종류: 캠연마 피스톤, 솔리드 피스톤, 스플릿피스톤, 오브셋피스톤(측압방지용
피스톤 슬랩을 방지하기 위해 1.5㎜를 오프 시킨 것), 인바스트럿 피스톤(열팽창이 가장 적은
피스톤) 슬리퍼 피스톤, 등
(4) 피스톤 링
피스톤 링은 피스톤과 함께 왕복운동을 하며 적당한 탄성으로 피스톤과 실린더 사이의 기밀을
유지하고 피스톤 냉각을 도우며 실린더 벽의 윤활을 조정을 한다.
①압축링, 오일링 으로 구성되며 열전도작용, 오일제어, 기밀작용한다,
㉠압축링: 기밀유지, 오일제어
㉡ 오일 긁어내림
(5) 피스톤 핀
피스톤과 커넥팅로드 연결로 피스톤에서 받은 압력을 크랭크축으로 전달하는 기능
피스톤핀 구비조건: 가볍고, 강성, 마멸설 우수할 것
3. 크랭크축, 베어링, 플라이휠
(1) 크랭크축
피스톤과 커넥팅로드의 왕복운동을 회전운동으로 전환 클러치와 플라이휠에 동력을 전달하는 기능.
① 형식
㉠4기통엔진
위상각 180°이며 점화순서는 1-3-4-2(배기, 폭발, 압축, 행정) 혹 1-2-4-3(폭발, 압축, 흡입,
배기) 작동행정은 시계방행 점화순서는 반 시계방향이며 크랭크 축 2회전으로 동력 얻음
㉡ 6기통엔진
위상각 120°이며 우수식 1-5-3-6-2-4 죄수식 1-4-2-6-3-5 행정은 시계방향이며 점화순서는
반 시계방향 크랭크축의 엔드플레이(축방향 움직임), 스러스트 플리이트( 스러스트베어링 두께로 조정).
(2) 베어링
플레인 베어링 사용.
오일간극: 0038~0.1㎜.
오일간극 크면: 유압저하, 윤활유 소비증가 되고 작으면 마모촉친, 소결현상
오일간극 작으면: 마모촉진, 소결현상발생(열에 타는 현상)
(3) 커넥팅 로드
① 대단부(큰 끝 ) : 크랭크 핀과 연결된 부분.
② 소단부( 작은 끝) : 피스톤 핀과 결합된 부분
③ 생크 : 대단부와 소단부를 연결한 부분
※ 베어링 지지방법: 베어링돌기, 베어링크러시, 베어링스프레드 등.
크랭크축 베어링의 마모 원인은 노크가 심하거나 오일질불량, 오일량부족,
(4) 플라이휠
크랭크축 순간적 회전력이 평균보다 크면 회전에너지를 저장하고 작으면 회전에너지를 분배한다.
4. 밸브와 기구
(1) 밸브
연료와 공기혼합물을 실린더 안으로 들어오게 하는 흡기밸브와 연소된 가스를 밖으로 내 보내는
배기밸브가 있다.
㉠ 밸브의 구비조건
ⓐ 큰 하중을 견디고 변형이 일어나지 않아야 한다,
ⓑ 가스흐름 저항이 적어야 하며 중량이 가벼워야 한다.
ⓒ 내구성이 있고 열전도가 좋아야 한다.
㉡ 밸브면 각도 60, 45, 30°이며 열팽창을 방지하기 위해 1/4~1° 적게 한다.
ⓐ 밸브시트: 밸브면과 밀착해 연소실 기밀을 유지하는 것으로 밸브시트 폭은 1.4~2.0㎜
ⓑ 밸브간격: 흡기: 0.20~0.25㎜, 배기: 0.25~040㎜
ⓒ 밸브간극이 크면 흡기, 배기 효율이 떨어지고, 소음, 엔진부에 찌그러짐 발생.
ⓓ 밸브간극이 작으면 기밀유지가 불량해지고 이상연소발생으로 출력은 저하 된다.
(2) 밸브 기능
① 언로딩밸브: 유압회로 내 설정압력에 도달되면 유압펌프로부터 작동유를 탱크로 복귀시켜
펌프에 부하를 막는 기능을 한다,
② 시퀸스밸브: 두 개 이상 분기회로에서 실린더, 모터의 작동순서를 결정한는 자동제어 밸브다.
③ 리듀싱밸브: 분기회로의 압력을 주회로 압력보도 낮은 압력으로 유지할 때 사용하는 감압 밸브이다.
④ 메이크업밸브: 유압펌프에서 송출되는 오일양보다 액추에이터의 작동 속도가 빠를 때 진공이
형성되 캐비테이션 현상을 방지하는 밸브이다.
5. 캠과 캠축
캠은 밸브 리프터를 밀어주는 역할을 하며 캠의 수는 밸브수와 같다, 접선캠, 오목캠, 볼록캠,
비례캠, 등이 있다.
(1)캠축
엔진의 밸브수와 동일한 캠이 배열되고 구동방식에 따라 기어구동식, 체인구동식, 벨트구동식
등이 있다.
[3] 윤활 장치 와 냉각장치
1. 윤활장치
윤활장치는 엔진 작동부에 윤활유를 공급함으로 마찰손실과 부품들의 마모를 감소시키고 기계적 향상시키는 목적이 있다,
㉠ 윤활유 기능: 마찰감소, 감마작용, 밀봉작용, 냉각작용, 세척작용, 충격완화 및 소음 방지
응력분산 작용 등
㉡ 윤활유 여과 방식
ⓐ 전류식: 모두여과 하여 윤활부로 보냄
ⓑ 분류식: 일부만 여과하고 나머지는 그대로 윤활부 공급
ⓒ 샨트식: 일부여과 윤활부공급, 여과된 오일이 오일팬으로 돌아오지 않고 윤활부로 공급
2. 윤활장치 구성
㉠ 오일펌프: 엔진 아래 부분에 장착된 오일 팬 내의 오일 엔진각부에 압송기능
㉡ 오일 스트레이너: 불순물제거 부동식과 고정식이 있다.
㉢ 유압 조정장치: 엔진에 공급되는 오일 일정압력으로 유지시키는 기능
㉣ 오일 여과기: 미세 불순물제거
㉤ 유압계: 엔진 오일 순환상태 알리는 계기 시동시 지침(L)저에서 (H)고로 올라감
지침이 올라가지 않거나 올라가는 것이 적을 때 엔진오일 량, 오일공급계통 점검
㉥유압경고등: 엔진시동을 넣으면 점등됐다가 상태가양호해지면 소등, 계속 점등되었거나
주행 중 점등 된다면 윤활유량과 윤활유공급계통 점검 필요가 있다.
㉦ 윤활유 점도
ⓐ 점도: 오일의 끈적도를 뜻함, 점도가 높으면 끈적끈적해 유동성 저하되고, 낮으면 묽어져
유동성 좋음.
ⓑ 점도지수: 온도에 따라 점도변화수치, 지수가 크면, 변화는 작고, 점도지수가 작으면 변화는 큼.
3. 윤활유 색
① 흑색(검은색): 심하게 오염됨 점도 점검후 교환여부 결정
②적색(붉은색): 가솔린 유입(착색이 붉은 색인 경우).
③ 화이트(우유색): 냉각수 혼합된 경우.
④ 회색: 연소 생성물이 혼합으로 변화됨.
4. 냉각장치
냉각기란? 작동중인 엔진 폭발과정에서 발생되는 열을 냉각시켜 정상적 온도인 75~85℃
로 유지하는 장치 폭발중 연소가스 온도는 1500~2000℃ 달하며 이 열은 실린더 벽,
실린더 헤드, 피스톤 밸브 및 엔진 부품으로 전의된다. 냉각기는 이 부품의 과열을 방지하고 과잉의 열을 흡수 하여 냉각하는 장치이다.
1. 냉각기 구성
(1) 냉각 방식
① 공랭식: 공기를 순환시켜 냉각하는 방식으로 자연통풍식, 강제통풍식 이있다.
② 수냉식: 냉각된 냉각수를 물펌프에 의해 냉각시키는 방식으로 자연순환식과 강제 순환식이 있다.
(2)수냉식 냉각칭치 구성 품
① 물펌프: 펌프로 냉각된 방열기 아래의 탱크에 물을 순환
② 정온기(수온조절기): 냉각수 통로를 개폐하는 밸브로 65℃에 열리기 시작해 85℃에 완전 열림
③ 라디에이터(방열기): 물통로를 순환해 온도가 높은 냉각수를 공기와 접촉시켜 냉각.
라디에이터는 코어와 물탱크로 구성.
④ 압력식캡: 냉각계동의 순환압력을 0.3~0.7kg/㎠로 상승시켜 비등점을 112℃높임으로 열효율을
높이고 냉각수 손실 줄인다, 내부 압력이 높을 때 진공밸브가 열리고 내부 압력이 부합일 때는
공기 밸브가 열린다.
⑤ 오버플로 파이프: 라디에이터에 증기압력이 과도하게 높을 때 라디에이터 내의 증기압력을
밖으로 유출 시켜 압력이 낮아져 진공발생 하면 공기를 흡입해 라디에이터 파손
⑥ 냉각팬: 외부 공기 흡입으로 라디에이터 냉각.
⑦ V밸트(팬밸트); 크랭크축 동력을 물펌프와 발전기에 전달
(3) 냉각수 와 부동액
① 냉각수: 증류수, 수돗물 연수 사용.
② 부동액: 에틸렌리콜, 메탄올, 글리세린 등 주성분.
③ 냉각수가 부족하거나 누수되면 오버히드(엔진과열)원인이 됨
(4) 엔진과열 원인
① 윤활유부족, 냉각수부족, 물펌프고장, 팬밸트 이완 및 절손, 온도조절기 열리지 않거나 물재킷
스케일 누적 등
② 엔진 과열 조치
ⓐ 냉각수 양을 수시점검, 부족시 보충 ⓑ 팬밸트 점검, 불량시 교환
ⓒ 엔진과열 시에 저속 주행으로 과열방지
2. 엔진과열 및 과냉 때의 피해
(1)과열 피해
ⓛ 금속은 빨리 부식되고 냉각수의 순환은 불량해 진다.
② 작동부에 소결(열에 타는 현상)로 변형의 원인
③ 윤활유 불충분으로 인해 각 부품손상
④ 조기점화 및 노킹 발생 및 엔진 출력저하
(2) 과냉시 피해
① 연료응결로 연료불량 및 실린더 벽에 카본 쌓임.
② 연료소비율증가와 엔진오일에 연료가 섞여 베어링의 마모를 가져온다,
③ 엔진오일 점도가 높아져 기동시 회전저항이 증가된다.
(3) 디젤 연소실 연료장치
| 연소실 | 장점 | 단점 |
| 직접 분사실 | 실린더헤드 간단. 열효율 높음 예열플러그 불필요. 냉각손실적음 |
분사압력 높음, 노즐수명 짧음, 고속회전에 적합. 노크현상 일어나기 쉬움 |
| 예연소실 | 여려 연료사용 분사압력 낮음 고장, 노크 진동, 소음 적음 |
구조가 복잡함, 예열플로크 필요. 열효율 연료소비율 나쁨 |
| 와류실 식 | 압축공기의 와류(소용돌이)를 이용 공기와 연료혼합 양호. 회전속도 범위가 넓음. 회전속도 높일수 있음, 유효압력 높고 연료분사 압력 낮음 | 실린더헤드 구조 복잡함, 열효율 연료소비율 나쁨, 예열플로그 필요함 저속에서 노크 발생 |
① 연료계통
연료탱크→연료여과기 →연료펌프 → 기화기 → 흡기다기관→ 실린더
② 노킹현상
실린더 내의 연소에서 호염면이 미연소 가스에 점화되어 연소가 진행된 사이 미연소의
말단가스 가 고온 고압 되어 자연발화된 현상 노킹발생하면 화염전파 속도 300~2500m/s 정도다.
㉠ 노킹현상 원인
ⓐ 엔진 과부하 및 엔진 과열
ⓒ 착화지연시간 길며 혼합비 불량
ⓔ 옥탄가 낮은 연료
㉡ 노킹현상 방지법
ⓐ 착화지연 시간 짧게 한다.
ⓑ 혼합비를 진하게 한다.
ⓒ 연소실 내 퇴적된 카본 제거
ⓓ 옥탄가 높은 연료 사용
ⓔ 화염전파거리 단축
ⓕ 첨가제 주입(노킹방지제)
