본문내용
1. 왕복엔진의 구조와 원리
1.1. 왕복엔진의 기본 구조
1.1.1. 크랭크 케이스
크랭크 케이스는 엔진의 크랭크 축을 둘러싼 여러 기계 장치를 에워싸고 있는 하우징이다. 즉, 엔진 본체를 지지하는 토대로서의 역할을 한다. 크랭크샤프트의 회전 부위를 지지하는 베어링 및 베어링 지지대를 포함하고 있다. 높은 강도와 견고성을 가져 크랭크 축과 베어링의 비틀어짐을 방지한다. 대부분의 항공기 엔진의 크랭크케이스는 가볍고 강한 알루미늄 합금으로 제작된다.
크랭크 케이스의 접합방법은 나사 접합, 수축 접합, 스터드 너트 접합이 있다. 나사 접합 방식은 케이스 두 부분을 나사로 연결하는 것이고, 수축 접합 방식은 한 부분을 다른 부분에 열수축으로 조립하는 것이며, 스터드 너트 접합 방식은 케이스에 스터드를 박고 그 위에 너트를 조여 연결하는 방식이다. 이러한 다양한 접합 방식을 통해 크랭크 케이스의 견고성을 높이고 내구성을 향상시킨다.
1.1.2. 크랭크 샤프트
크랭크 샤프트는 내연 기관에서 중추적인 역할을 하는 부품으로, 피스톤과 커넥팅 로드의 왕복운동을 프로펠러를 회전시키기 위한 회전운동으로 전환시킨다. 크랭크 축은 극히 강한 합금강인 크롬 니켈 몰리브덴강으로 제작되며, 주요 부품은 주 저널, 크랭크 핀, 크랭크 암, 균형 추와 댐퍼로 구성되어 있다.
주 저널은 크랭크 축의 회전중심이며 모든 정상 작동하에서 크랭크 축을 곧바르게 유지하게 한다. 크랭크 핀은 윤활유의 통로 역할을 하고, 크랭크 축의 전체 무게를 줄이기 위해 크랭크 핀의 속은 비어 있다. 크랭크 암은 크랭크 핀을 주 저널에 연결시켜 주는 크랭크 축의 한 부분이다. 균형 추의 목적은 크랭크 축에 정적 평형을 주기 위한 것이며, 댐퍼의 목적은 크랭크 축의 회전에 의해 발생하는 진동을 경감시키기 위함이다.
이처럼 크랭크 샤프트는 내연 기관에서 매우 중요한 역할을 하며, 엔진의 성능과 안정성 확보에 필수적인 부품이라고 할 수 있다.
1.1.3. 실린더
실린더는 왕복 엔진의 핵심 부품 중 하나이다. 실린더는 연료와 가스 팽창이 일어나는 연소실 역할을 하며, 연료의 연소로 인해 발생하는 열의 상당 부분을 방출시킨다.
실린더 내부에는 피스톤과 커넥팅 로드가 있으며, 밸브 작동 기구의 일부와 점화 플러그를 지지하고 있다. 실린더와 실린더 부품들은 내부 압력에 견딜 수 있는 강도여야 하며, 엔진의 중량을 줄이기 위해 경금속으로 제작되어야 한다. 또한 효율적인 냉각을 위해 열전도성이 우수해야 한다.
실린더는 알루미늄 헤드와 강철 배럴을 사용하여 구성된다. 실린더 헤드는 연료, 공기 혼합가스의 연소를 위한 공간을 제공하며 냉각을 위해 실린더에 더 많은 열을 제공한다. 특히 배기 부분의 실린더 외부에는 더 많은 냉각핀이 설치되어 있다. 실린더 배럴은 피스톤이 작동하는 공간으로 마찰에 의한 손상이 발생하기 쉽기 때문에 단조 된 강철합금으로 제작하며, 피스톤과 피스톤링에 의해 마모가 잘되지 않도록 내부는 표면 경화한다.
1.1.4. 피스톤
피스톤은 실린더 안에서 왕복 운동을 하는 원통형 구성품이다. 피스톤은 실린더 내부의 팽창 가스의 힘을 커넥팅 로드를 통하여 크랭크 축에 전달한다. 피스톤이 상사점에서 하사점으로 내려가면서 연료, 공기 혼합가스를 흡입하는 과정을 거치고, 다시 상사점으로 올라가면서 혼합가스를 압축하고, 점화되어 연소된 팽창가스는 피스톤을 하사점으로 밀어내고 이 힘은 커넥팅로드를 통해 크랭크샤프트로 전달되며 다시 피스톤이 상사점으로 올라가면서 피스톤은 실린더로부터 배기가스를 밀어 내보낸다.
엔진 수명을 길게 하기 위하여 피스톤은 높은 작동 온도와 압력에 견딜 수 있어야 한다. 피스톤은 실린더 벽과의 마찰을 감소시키고 흡입, 압축, 팽창, 배기 과정에서 가스 누설을 방지하기 위해 피스톤 링이 장착되어 있다. 피스톤 링에는 압축 링과 오일 링이 있는데, 압축 링은 가스의 기밀을 유지하고 오일 링은 윤활 기능을 수행한다.
피스톤의 무게는 ...
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