엔진의 분류
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연료를 연소시켜 동력을 얻는 장치인 연소기관은 크게 나누어 내연기관과 외연기관으로 구분한다. 내연기관이란, 기관내에서 연소된 가스 자체를, 동력을 발생시키는 작동가스로 사용하는 연소기관으로서, 연료의 연소열을 다른 작동매체에 전달하여 동력을 얻는 방식을 취하는 외연기관과 구분된다.외연기관의 예로는 보일러나 증기터어빈을 들 수 있다. 연소기관을 분류하면 표1.과 같다. |
표1. 기관의 분류
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내연기관 |
용적형 |
전기점화기관,압축착화기관 |
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속도형 |
가스터어빈,제트엔진,로케트엔진 | |
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외연기관 |
용적형 |
왕복동증기기관 |
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속도형 |
증기터어빈 |
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자동차용 엔진으로는 위 표중에서 용적형 내연기관인 전기점화기관과 압축착화기관을 사용하고 있다. 전기점화기관은, 가솔린용 엔진으로 연료의 연소를 위하여 전기적 에너지로 점화시키는 방식의 엔진을 말하며, 압축착화기관은, 디젤용 엔진으로 연료의 특성을 이용하여 고압으로 압축하여 연소를 일으키는 방식의 엔진을 말한다. 용적형 내연기관인 자동차 엔진은 연소실의 체적변화에 따라 연소가 간헐적으로 일어나며. 또한 연소가스가 직접 일을 행한다. 간헐적으로 연소가 일어나기 때문에 섭씨2000도가 넘는 고온의 연소가스와 접촉해도 내부 부품이 견딜 수 있으며, 연소가스가 직접 일을 행하므로 비교적 간단한 구조를 가지고 있다. 자동차용 엔진은, 흡입,압축,팽창,배기의 4행정으로 1사이클을 구성하는 4사이클 방식을 주로 채택하고 있고,배기와 소기의 2행정으로 1사이클을 구성하는 2사이클기관은, 이륜차나 소형범용가솔린엔진,그리고 대형 선박용 디젤엔진으로 그 사용 범위가 제한되어 있다. |
엔진의 작동특성
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전기점화엔진에서는, 연료와 공기가 균일하게 혼합된 혼합기를 엔진에서 흡입,압축한 후에, 엔진 내에서 왕복 운동하는 피스톤이 도달하는 가장 높은 위치인 상사점에 도달하기 직전에 전기적 에너지로 불꽃점화 시켜 연소가 가능하게 한다. 따라서, 사용연료는 기화성이 좋고, 화염이 도달하기 전에 압축에 의해 자기발화하는 성질, 바꿔 말하면 노킹(KNOCKING)이 잘 일어나지 않는 성질을 가져야 한다. 노킹이 잘 일어나지 않는 성질인 내노킹성(耐KNOCKING性)은 옥탄가(OCTANE NUMBER)로 표현된다. 압축비를 높게 하면 열효율을 좋게 할 수 있지만, 노킹 또한 발생하기 쉬워서 엔진이 손상될 위험이 있으므로 압축비를 제한하고 있다. 필요한 동력(부하)은, 공기의 흡입통로에 밸브를 설치하여 엔진으로 흡입되는 공기의 양을 조절함으로써 조절한다. 이때 변화하는 흡입공기양에 대하여 연료의 혼합비가 일정하게 유지되도록 연료의 양을 제어한다. 최근에 가솔린을 디젤엔진에서처럼 실린더의 내부에 직접 분사하는 직접분사성층연소엔진(DIRECT INJECTION STRATIFIED CHARGE COMBUSTION ENGINE)이 개발,실용화 되고 있다. 점화플러그부근에 농후한 혼합기를 형성시키고 ,이를 연소시켜, 전체적으로는 매우 희박한 혼합기를 연소시키는 방식으로 부하가 크지 않은 영역에서의 연료소모를 대폭적으로 개선한 새로운 엔진이다. |
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한편, 압축착화엔진은,공기만을 흡입하여 압축하고, 피스톤이 상사점 부근에 있을 때, 고압으로 연료를 연소실내로 분사하여, 자기발화 시키는 특성을 가지고 있다. 이 때문에 압축착화하기 쉬운 연료(CETANE NUMBER가 높은 연료)가 사용된다. 연소는, 분사한 연료로부터 착화에 이를 때까지의 시간동안에 형성된 예혼합기가 급격하게 연소하는 초기연소와, 그 후에 연료가 공기 중으로 확산되면서 일어나는 확산연소로 구분할 수 있다. 부하에 대한 조절은 분사량 자체를 변화 시키는 것에 의해 기능하다. 기솔린엔진에서는 최대 열효율이 25 ~ 35%정도이지만, 디젤엔진에서는 35 ~ 50%에 이른다. 이것은 디젤엔진이 압축비가 높으며 희박연소방식을 취하고 있기 때문이다 |
