[스크랩] 엔진 구성의 이해

「엔진」이라고 하면 가장 먼저 「실린더와 피스톤」을 떠올리는 사람이 많으리라 생각한다. 그만큼 중요한 부품이기 때문이기도 할 것이다. 그러면, 지금부터는 엔진의 구성부품들의 역할과 특징에 대해서 알아본다. 기본적으로 「4사이클 엔진」을 중심으로 설명하기로 한다.

■ 실린더블록(Cylineder)
	실린더는 엔진의 본체 그자체이나 일반적으로 피스톤이 작동되는 부분인 「실린더 블록」과 연소실이랑 밸브기구 등이 있는 「실린더헤드」로 나뉜다. 그 사이에는 내열성이 강한 가스켓을 넣고 볼트로 체결한다. 실린더블록과 헤드는 일반적으로 알루미늄 합금으로 되어 있는데 피스톤의 작동부분에는 「슬리이브」라고 하는 주철 재질의 라이너가 삽입되어 있다.

■ 연소실
	연소실은 엔진의 머리부분으로 연료와 공기(엄밀히 말해서는 공기중에 포함된 산소)의 혼합가스를 압축하여 순식간에 연소시킴으로서 발생하는 팽창가스의 압력이 피스톤을 밀어내며 이륜차를 앞으로 나아가게 하는 원동력을 발생시키는 곳이다. 그러나 연소실은 단지 「연소」만 시키는 곳이 아니라 고출력, 고효율은 물론 안전을 고려한 조건들을 만족시켜야 하는데 이러한 요소들이 결국 엔진의 성능을 결정짓는 중요한 변수가 된다.
반구형(半球型) 가장 일반적인 타입으로 스파크 플러그의 위치가 연소실 정점에 있어 폭발시혼합기의 연소속도가 고르기 때문에 녹킹현상(이상연소)이 잘 일어나지 않으며, 실내가 매끄러운 형상으로 되어있기 때문에 카본 등이 잘 붙지 않는 잇점이 있다. 다만 반구형이라고 하더라도 실제로는 매우 얕은 반구형으로 흡기와 배기밸브의 각을 매우 좁게 설계할 수 밖에 없다. 다구형(多球型) 반구형을 복잡하게 한 것으로 흡배기밸브의 크기와 위치가 어긋나 있기 때문에 2개의 구형이 형성되어 있는 타입이다. 밸브의 위치가 어긋나 있는 이유는 밸브의 직경을 크게 하여 흡·배기효율을 좋게 함으로서 엔진의 회전수를 올리기 위함이다. 따라서 구형의 전체가 다소 찌그러져 보이나, 이는 연소실의 용적을 적게하여 압축비를 올린다든가 혼합기의 와류(渦流)를 일으켜 연소효율을 올리는 등의 잇점도 있다. 그러나 그만큼 복잡한 설계와 정밀한 공작을 필요로 하는 타입이다. 팬더루프형 지붕이란 뜻으로 연소실의 용적을 최대한 적게하여 고압축과 와류발생을 유도하여 엔진의 고성능화를 목적으로 채용하는 타입이다. 또한 피스톤 상부에 밸브가 접촉되지 않도록 홈을 설치한다든가 피스톤상부에 돌기를 설계하여 연소실 용적을 더욱더 적게 한 것도 있다. ■ 피스톤(Piston) 연소실내에서 폭발한 팽창가스는 맹렬한 기세로 피스톤을 때리게 된다. 이것은 1초에 백회이상이 될 정도의 펀치인 동시에 수백도에 이르는 고열로서 피스톤은 이들과 싸우면서 충실히 콘로드(CON-ROD)를 밀어내려 크랭크 샤프트를 회전시켜 이륜차를 달리게 한다. 그러나 이의 대가로 받는 것은 극히 적은량의 오일에 불과하다. 실제로 피스톤은 대단한 물건임에 틀림이 없다. 머리부분에 2개내지 3개의 띠(피스톤링)를 묶고 실린더 내부의 폭발압력과 싸우고 있는 것이다. 피스톤의 재질은 대부분 알루미늄 합금으로 되어 있는데 알루미늄은 철에 비해 1/3정도 가볍지만 열전도율은 철의 3배에 이르기 때문에 고속으로 왕복운동하면서 열을 외부로 방출시키는데 적합한 재료이다. 그러나 반대로 열팽창율 또한 철의 2배에 이르기 때문에 피스톤링의 홈을 이용하여 팽창분을 흡수하거나 팽창계수가 낮은 재질을 사용하여야 한다. ■ 피스톤링(Piston ring) 피스톤링(piston ring)은 피스톤의 상부에 둘러져 있는 금속제 링을 말하는데 피스톤과 함께 왕복운동을 한다. [피스톤링의 압축작용] 4사이클엔진은 3개의 링이 2사이클엔진의 경우 2개의 링이 조합되어 있다. 위의 2개를 「압축링」이라 부르며 맨아래 1개를 「오일링」이라 부르는데 2사이클엔진의 피스톤 링에는 오일링이 없다. 압축링은 실린더 내부의 혼합기와 폭발가스 및 배기가스를 누설되지 않게 밀봉하는 역할을 하며, 오일링은 실린더 벽면에 남아있는 윤활오일을 긁어내리는 역할을 한다. 피스톤링은 링의 자체 탄성으로 실린더 벽면에 밀착되어 있지만 피스톤과는 약간의 틈이 있다. 이것은 피스톤이 열팽창에 의해 늘어날 경우를 대비한 것이다. 압축링이 2개인 이유는 각각의 링의 틈새로 압축가스가 새는 것을 상호보완하기 위해서이다. 오일링은 실린더 벽면에 급유되어 압축링의 마찰을 방지하기 위한 윤활유가 연소실 내부로 들어가지 못하게하는 역할을 한다. 그렇기 때문에 압축링과는 그 형상 및 기능이 다르다. 그러나 압축링이나 오일링이나 공이 피스톤의 열을 실린더 벽면으로 전달시켜 엔진의 냉각을 도모하는 역할은 동일하다.

 

■ 크랭크 샤프트&콘로드 - 직선운동을 회전운동으로 바꾸는 기구
	콘로드(Con-Rod)는 커넥팅로드(Connecting Rod)의 약칭으로 말그대로 피스톤과 크랭크샤프트(Crank shaft)를 연결해주는 기구이다. 피스톤에 연결되는 쪽을 소단부(Small End), 크랭크샤프트에 연결되는 쪽을 대단부(Big End)라고 부르는데 다기통의 경우 크랭크샤프트가 복잡한 관계로 대단부는 분할하여 볼트로 결합하는 구조로 되어 있다. 단기통의 경우 대부분 일체형으로 되어 있으며 크랭크샤프트를 분리하여 크랭크핀으로 압입한다. 크랭크샤프트를 살펴보면 단기통·다기통에 관계없이 샤프트원주의 한쪽부분이 무겁게 되어 있는 것을 볼 수 있다.

크랭크샤프트는 회전할 때는 콘로드가 조합되어 있는 부분이 크랭크핀이라든가 베어링 등에 의해 중량이 많이 나가기 때문에 원심력에 의한 진동이 발생하게 된다. 이러한 진동을 방지하기 위하여 크랭크핀의 반대쪽에 중량물을 부착하여 발란스(균형)를 유지하기 위한 것으로 「발란스 웨이트」라고 부른다. ■ 플라이 휠이란? 크랭크샤프트의 회전력은 폭발행정때에 가장 크며 그외 행정의 경우에는 엔진의 관성력에 의해 회전하게 되는데 「플라이 휠」은 폭발행정때의 회전력을 흡수하여 크랭크샤프트의 회전력이 감소할 때 관성에너지를 발휘함으로서 엔진이 원활한 회전상태를 유지할 수 있도록 도와주는 역할을 한다. 그리고 플라이 휠은 엔진의 작동에 꼭 필요한 전기를 발생시키는 장치를 겸하고 있는데 A.C.G의 로터가 이 역할을 담당하고 있는 것이다. ■ 발란스 샤프트(Balance Shaft) - 엔진의 진동을 잠재우는 역할 엔진의 진동원인은 피스톤과 콘로드가 왕복할 때 발생하는 관성력으로 200cc단기통 엔진의 경우, 피스톤이 상사점에 도달할때 관성력은 6,000rpm일때 약400kg정도 되며 10,000rpm을 넘게 되면 약1톤의 관성력을 받게된다. ▲ 지진에도 상하진동과 좌우진동이 있듯이 엔진에도 동일한 현상이 나타난다. 이는 엔진자체내의 지진에 비유될 정도로 강력한 것으로 이것을 경감시키기위해 크랭크샤프트에 「발란스웨이트」를 설치하여 그 원심력으로 피스톤과 콘로드의 관성력을 상쇄시킨다. 그러나 이것은 피스톤과 콘로드의 상하 진동에 대한 대응책으로 발란스웨이트에 의해 횡방향 즉, 좌우로의 진동이 새롭게 발생하게된다. 따라서 이러한 횡방향의 진동을 포함하여 엔진의 관성력을 제거하기 위하여 「발란스 샤프트」를 설치한다. 현재 국내에 발매되고 있는 기종에는 설치되어 있지 않지만 과거 「펀치(PUNCH, 기종명 DH100)」라고 하는 당사 제품에 설치된 바가 있다. 구동방법에는 기어방식과 체인방식이 주로 사용되며, 그 작동원리는 다음과 같다. ① 상사점으로 향하는 피스톤 자체의 관성력(100%)은 하사점으로 향하는 크랭크샤프트의 발란스웨이트에 의해 상쇄되어 50%가 남게 된다. 나머지 50%는 하사점으로 향하는 발란 스샤프트의 관성력에 의해 없어 전체적으로 발란스가 맞게 된다. ② 이 경우 피스톤 상하방향의 관성력은 제로가 되지만, 크랭크샤프트·발란스웨이트의 관성력 50%가 수평방향으로 움직이게 된다. 따라서 발란스샤프트의 관성력 50%에 의해 발란스를 잡아주게 된다. ③ 하사점으로 향하는 피스톤 자체의 관성력(100%)은 크랭크샤프트 발란스웨이트에 의해50%가 상쇄되고 나머지 50%는 상사점에서와 마찬가지로 발란스샤프트에 의해 없어지게 된다. ④ 이 경우는 ②와 마찬기지로 크랭크샤프트 발란스웨이트의 관성력은 발란스샤프트에 의해 없어지게 되며 피스톤 자체의 관성력은 이 위치에서는 제로가 된다.

출처 : 아마조네스 라이더

글쓴이 : icelatte~* 원글보기

메모 :