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내연기관의 장단점, 차이점, 구조및 명칭

1。1 4행정사이클 가솔린 기관의 작동원리를 설명하여라.-. 실린더 안에 피스톤이 끼워져 있고, 피스톤은 크랭크 기구에 의하여 실린더내를 왕복운동한다. 피스톤이 하사점(bottom dead center or bottom center: BDC or BC)으로부터 상사점(top dead center or top center: TDC or TC)을 향해 운동할 대이 운동을 상향운동(up ward motion)이라 하며, 역으로 상사점으로부터 하사점을 향해 운동하는 것을 하향운동(down ward motion)이라 한다.4행정 사이클기관은 아래 그림과 같이 흡입행정, 압축행정, 팽창행정, 배기행정의 4행정을 1사이클을 이루며, 크랭크축 회전으로는 2회전이 된다.기계적일은 팽창행정시에 얻어지며, 나머지 3행정은 외부로부터 기계적 일을 줄 필요가 있으며, 이것은 크랭크 축에 직결되어 있는 플라이휠(fly wheel)에 의하여 주어진다.1) 흡입행정(Suction Stroke): TDC --> BDC* 피스톤이 하강하면서 실린더 내 압력이 하강하게 된다 따라서 실린더내 압력은 음압으로 낮아지며 이 때 흡기밸브가 열려 혼합가스를 흡입하게 된다.* 흡기밸브(Open), 배기밸브(Close)2) 압축행정(Compression Stroke): BDC --> TDC* 가솔린 기관에서 이 과정은 혼합기를 압축 (피스톤이 하사점에서 상사점에 오는 동안)* 양밸브 닫혀 있음* 압력(8-11kg/cm2)* 연소(정적, 수열과정)3) 팽창행정(Expantion Stroke): TDC --> BDC* 혼합기를 전기점화 해 연소폭발하여 피스톤이 하강한다. 왕복운동을 회전운동으로 바꿈* 흡기밸브(Close), 배기밸브(Close)* 팽창압력(35-45kg/cm2)* 방열(정적, 방열과정)4) 배기행정(Exhaust Stroke)* 연소가스 대기 중에 방출* 흡기밸브(Close), 배기밸브(Open)1。2 스파크점화기관과 압축점화기관의 설계 및 작동특성의 중요한 차이를 들어라.◎가솔린기관가솔린기관연소가 진행된다. 분사기간 동안 연속적으로 분사된 연료는 분무 주위의 공기를 도입하여 점진적으로 연소가 진행된다. 이것을 확산연소(diffusion combustion)라 한다. 따라서 압축온도를 shb이기 위하여 고압축비로 해야하며, 연료는 자기착화온도가 낮은 경유가 일반적으로 많이 사용된다.? 가솔린 기관과의 작동상 차이1.흡기행정(Intake Stroke or Inlet Stroke) : TDC --> BDC-.공기만을 흡입, 연료공급 시기는 폭발과정과 시기적으로 거의 같다.Gasoline EngineDiesel Engine압축비6 - 1112 - 22압축압력10 atm 내외35 atm 이상2.압축행정(Compression Stroke) : BDC --> TDC3.팽창행정(Expansion Stroke, Power Stroke, Work Stroke):TDC --> BDC-.Gasoline Engine : 定積燃燒-.Diesel Engine : 定積 및 定壓燃燒4.배기행정(Exhaust Stroke) : BDC --> TDC-.Gasoline 과 동일◎디젤과 가솔린 엔진의 차이점1.압축비압축비는 1 : 20 이상으로 가솔린의 약 20배 정도이고 실린더에 흡입하는 공기는 압축되면서 높은 압력으로 500℃에 가까운 고열이 되므로 경유의 착화온도인 300℃를 넘어서기 때문에 자연착화되어 연소되는 것이다.가솔린 엔진이 회전수를 올리려면 Throttle Valve를 열어 공기의 양을 늘려야 한다. 그러나 디젤은 항상 대량의 공기를 흡입하여야 하기 때문에 Throttle Valve는 없다. 따라서 회전수를 올리려면 가속페달을 밟아 펌프로부터 보내지는 경유의 양을 증가시키는 방법을 택한다.높은 압축비와 폭발 압력으로 높은 토오크를 얻을 수 있고 값싼 경유를 사용하는 경제적인 이점은 있지만 고압에 견디려면 무거운 주철의 블록을 사용하여야 하는 난점과 압축비를 높이기 위한 스트로크의 양이 길어 고회전이 어렵고 또 가속 페달을 밟아도 곧 회전력이 올라가지 않는 결점이 고 압축으로 인한 공기온도 상승을 이용해서 착화하는 메카니즘이므로 강력한 스타터와 배터리가 필요하다.4.배기가스의 차이배기가스성분으로 문제가 되는 것은 불완전연소에 의해서 생성되는 일산화탄소(CO) 탄화수소(HC)와 질소와 산소가 고온에서 결합하여 생성되는 질소산화물(NOx)이다.가솔린엔진에서는 연료-공기 혼합비에 따라 배기가스의 성분이 크게 변한다. 공연비가 15보다 큰 공기과잉측에서는 완전연소에 가까와 CO, HC의 배출가스가 적어지지만, NOx는 연소가스 온도가 가장 높은 이론공연비보다 조금 공기과잉일때 가장많이 발생한다.엄격한 배기규제를 극복하기 위해서 개발된 각종연소방식도 종래의 구조에 연소실내의 가스의 선회운동등을 가미하는 것으로 대체되고 있다.경량소형차에는 EGR을 주체로 하는 배기가스대책이, 이것보다 큰 승용차에서는 NOx의 환원과 CO, HC의 산화를 동시에 수행하는 삼원촉매의 채용이 일반화 되어 있다.디젤엔진에서는 노즐에서 분사된 연료의 하나의 유적주위로 범위를 제한하여 고찰해보면 가솔린엔진의 경우와 마찬가지로 생각할 수가 있다.즉, 고온의 공기중에서 연료미립자는 증발하여 주위의 공기와 혼합기가 되어 연소되지만, 연료입자 주위에는 공연비가 각기 다른 부분이 존재하므로 배기가스의 성분이 균일하지는 않다.스모크가 발생하지 않을 정도로 연료분사량을 억제하면 공기가 매우 과잉되어 불완전연소가 되므로 CO, HC의 발생은 줄어들지만, NOx는 미시적으로는 다량 발생되는 부분도 있다.대책은 연료분사를 늦게하는 것이며, EGR도 NOx의 대책으로 효과적이지만,경유중에 포함된 유황분에 의한 아황산가스 및 매연도 함께 재순환되므로 부작용도 크다.터보엔진의 경우는 실린더내의 가스를 인터쿨러를 이용한 냉각으로 실린더내의 온도를 내려서 NOx저가에 효과적이며, 엄격해지는 미립자의 배출규제에 대응하기 위해서, 필터에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다.5.소음의 차이가솔린엔진의 경우는 출력을 적게하면 혼합기의 흡입량이 감소하여 실린더내 압력이 떨어지고, 스파크플러그에 기인하는 것으로 토크반력에 의한 진동이 있다.디젤엔진은 출력을 줄여도 공기를 가득흡입하여 20분의 1정도로 압축하므로 크랭크축의 회전이 부드럽지 못하므로 타이어에 전달되는 구동계가 진동을 일으킨다.◎Diesel 기관의 장단점?Diesel 기관의 장점1. 壓縮比가 높으므로 熱效率이 높다. 燃料消費量이 작다.2. 低質燃料 사용 가능, 연료선택범위가 크므로 연료비 저렴3. 引火點이 높으므로 화재의 위험성이 적고 안정성이 높다.4. 저속운전에서 큰 회전력을 얻을 수 있다.5. 대규모, 대출력으로 제작이 가능?Diesel 기관의 단점1. 마력당 중량 및 체적이 커진다.2. 騷音 및 振動이 크다.3. 同一體積의 Cylinder 로서는 Gasoline 기관보다 마력이 떨어진다.4. 過負荷運轉等에서 不完全燃燒가 일어나기 쉽고, 따라서 배기중에 黑煙을 포함하며 또한 潤滑油가 汚染되기 쉽다.5. 機關의 回轉速度와 負荷變動에 대하여 敏感한 燃料噴射裝置의 整備調整이 어렵다.6. 燃料噴射 Pump 및 噴射 Valve에 정밀 공작을 요하고 제작원가가 높다.7. 壓縮點火의 원리상 冷始動이 약간 어렵다. 대출력 기관일수록 큰 시동장치 필요1。３ 왕복식 내연기관에 있어서 다음과 같은 부품의 주요기능을 설명하여라. (피스톤, 커넥팅로드, 크랭크축, 밸브, 흡입매니폴드 및 배기매니폴드)◎피스톤피스톤에는 연소압력에 의한 폭발하중과 왕복운동에 의한 관성력이 작용하며, 고온의 연소가스에 의한 열변형이 발생하므로 피로파괴, 용손(溶損), 섭동부에서의 마모 및 융착과 같은 손상이 발생하기 쉬운 매우 예민한 부품이기 때문에 설계시 매우 신중을 기해야 하는 부품이다.또한, 피스톤에 작용하는 상기의 여러 힘들에 의해 왕복운동 뿐만 아니라, 실린더 원주방향으로의 흔들림도 발생하며, 이러한 거동은 피스톤과 실린더를 충돌하게 하여 슬랩소음의 원인이 될 뿐만 아니라 오일소모에도 영향을 주게 되므로 설계시 반드시 염두에 두어야 한다.따라서, 피스톤 아셈블리를 설계할 때에는 이러한 손상의 방지, 소음저향상하고 오일 구멍 및 Side relief 고려 필요.- 피스톤 거동 안정 및 슬랩음 저감을 위해 가솔린엔진의 경우는 핀을 트러스트 방향으로 약간 옵셋하는 것이 바람직 함.○피스톤 스커트- 피스톤 왕복운동시 가이드 역할- 스커트 길이와 강성은 피스톤 핀 중심 상부의 중량에 상응하게 결정- 스커트 형상은 슬랩음, 내스커프성, 마찰손실, 윤활유 긁어내림 등에 많은 요소에 영향을 줌.- 스커트는 실린더와의 국소 접촉을 피하도록 트러스트가 긴 오발리티를 부여하며, 상하방향으로는 열팽창을 고 려하여 상부의 직경감소량이 큰 프로파일로 함.○ 피스톤 조립간극- 피스톤과 실린더 사이의 기밀유지, 윤활 및 슬랩음을 고려하여 설정함.- 간극이 작으면 피스톤 거동이 안정되고 슬랩음이 감소하지만, 열팽창에 의한 스카프 우려가 커짐.- 피스톤 조립간극을 작게 하기 위해 오일링 홈내에 슬릿을 두거나, 열팽창량이 작은 니켈합금강을 주입한 스트 러트 피스톤도 있음.? 피스톤 냉각- 열부하가 높은 디젤엔진이나 터보과급의 고출력 가솔린엔진에서는 윤활유를 피스톤 배면에 쏘아주는 Cooling jet이 사용됨.- Cooling jet에서 쏜 오일이 순환하는 통로를 피스톤 크라운 내에 설치하는 Cooling gallery piston도있음.◎커넥티로드? 커네팅로드의 기능커넥팅로드는 왕복운동을 하는 피스톤과 회전운동을 하는 크랭크축을 연결하는 부품으로서 폭발행정중 발생한 연소실에서 발생한 에너지를 크랭크축으로 전달하는 작용을 한다. 또한, 여타의 행정에서도 피스톤을 상사점과 하사점으로 이동하게 하는 작용을 한다.커넥팅로드는 폭발행정중에 4∼5톤의 힘을 받으며, 크랭크축에 의한 회전운동 때문에 분당 수천회나 운동방향이 바뀐다.또한, 피스톤과 연결된 소단부는 위쪽 방향 이동, 정지, 역방향 이동의 동작을 수천회 반복하게 된다. 뿐만 아니라 냉열사이클이 반복적으로 작용되고 관성력에 의한 응력 또한 작용한다. 반복적이고 지속적으로 이러한 응력과 온도변화가 지속되면 커넥팅로드의 대단부는 확장되게 되므로 정다.

공학/기술| 2008.03.23| 12페이지| 1,500원| 조회(1,404)

사이클, 기관, 피스톤, 크랭크, 내연, ward

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