내연 기관(ICE)은 작동 유체 흐름 회로의 필수적인 부분인 연소실에서 산화제(보통 공기)를 사용한 연료 연소가 일어나는 열 기관입니다.
내연 기관에서 연소에 의해 생성된 고온 및 고압 가스의 팽창은 엔진의 일부 구성 요소에 직접적인 힘을 가합니다. 힘은 일반적으로 피스톤, 터빈 블레이드, 로터 또는 노즐에 적용됩니다.
이 힘은 구성 요소를 멀리 이동시키고 화학 에너지를 사용 가능한 운동 에너지로 변환하며 모터가 연결된 모든 것을 구동, 이동 또는 추진하는 데 사용됩니다. 이것은 엔진의 무게나 크기가 중요한 응용 분야에서 외연 기관을 대체합니다.
내연 기관이라는 용어는 일반적으로 6행정 피스톤 엔진 및 회전식 Wankel 엔진과 같은 변형과 함께 널리 사용되는 4행정 및 2행정 피스톤 엔진과 같이 연소가 간헐적인 엔진을 말합니다.
두 번째 등급의 내연 기관은 연속 연소를 사용합니다:가스터빈, 제트 엔진 및 대부분의 로켓 엔진은 각각 앞에서 설명한 것과 동일한 원리의 내연 기관입니다. 총기는 내연 기관의 한 형태이기도 하지만 매우 전문화되어 일반적으로 별도의 범주로 취급됩니다.
이에 반해 증기기관이나 스털링기관과 같은 외연기관에서는 연소생성물로 구성되지 않거나 혼합되거나 오염된 작동유체에 에너지가 방출된다. 외연 기관의 작동 유체에는 공기, 온수, 가압수 또는 보일러에서 가열되는 액체 나트륨이 포함됩니다.
자세히 알아보기:외부 연소 엔진이란 무엇입니까?
ICE는 일반적으로 가솔린 또는 디젤 연료와 같은 에너지 밀도가 높은 연료, 화석 연료로 만든 유체로 구동됩니다. 많은 고정 애플리케이션이 있지만 대부분의 ICE는 모바일 애플리케이션에 사용되며 자동차, 항공기 및 보트와 같은 차량의 주요 전원 공급 장치입니다.
1823년에 사무엘 브라운은 미국에서 산업적으로 적용된 최초의 내연 기관에 대한 특허를 받았습니다. 그의 엔진 중 하나는 1830년부터 1836년까지 Croydon 운하에 물을 퍼냈습니다.
상업적으로 성공한 최초의 내연 기관은 1860년경 Étienne Lenoir에 의해 만들어졌으며 최초의 현대식 내연 기관은 1876년 Nicolaus Otto에 의해 만들어졌습니다. 1872년, 미국의 George Brayton은 최초의 상업용 액체 연료 내연 기관을 발명했습니다.
에티엔 르누아르 1822년 Mussy-la-Ville에서 태어났으며 당시 룩셈부르크였지만 지금은 벨기에에 속해 있습니다. 1850년대 초에 그는 프랑스 파리로 이주하여 엔지니어로 일하면서 전기를 실험했습니다.
1860년 그는 가스 연소 단일 실린더 내연 기관에 대한 특허를 취득했으며 이를 3륜 마차에 장착했습니다. 그것은 합리적으로 잘 작동했지만 연료 효율적이지 않고 많은 소음을 내고 자주 과열되었습니다. 냉각을 위해 물이 공급되지 않으면 엔진이 완전히 정지되고 기체 연료를 저장하기 위해 탱크가 필요했습니다.
1863년에 그는 휘발유로 달리는 삼륜 마차를 만들었습니다. 파리에서 시연 중 차는 약 3시간 만에 11km를 주파했는데, 이는 평균 속도 3km/h에 해당한다.
전혀 빠르지 않습니다! 천천히 움직이는 것보다 마차가 인상적이었던 점은 무엇입니까? 글쎄, 그것이 말이나 노새가 아닌 모터로 구동된다는 사실은 그것을 진정한 혁신으로 만들었습니다. 그의 엔진은 총 500개 정도의 엔진을 제작하여 비교적 성공적이었지만 많은 개선의 여지가 있었습니다.
르누아르는 프랑스-프로이센 전쟁 중 프랑스를 도운 공로로 1870년 프랑스 시민이 되었습니다. 1881년 그는 전신 기술의 발전에 대한 공로로 우수상인 레지옹 도뇌르(Légion d'honneur) 상을 받았습니다. 르누아르는 실제로 자동차를 발명했지만 르누아르는 말년에 궁핍했습니다. 그는 1900년 프랑스에서 사망했습니다.
내연 기관(ICE)에서 연료의 점화 및 연소는 엔진 자체 내에서 발생합니다. 연소라고도 하는 연소는 연료-공기 혼합물에서 에너지를 방출하는 기본적인 화학 공정입니다. 그런 다음 엔진은 연소 에너지의 일부를 일로 변환합니다.
엔진은 고정 실린더와 움직이는 피스톤으로 구성됩니다. 팽창하는 연소 가스는 피스톤을 밀어서 크랭크축을 회전시킵니다. 피스톤이 연료-공기 혼합물을 압축한 후 스파크가 점화되어 연소를 일으킵니다. 연소 가스의 팽창은 파워 스트로크 동안 피스톤을 밀어냅니다.
궁극적으로 파워트레인의 기어 시스템을 통해 이 동작이 차량의 바퀴를 구동합니다.
현재 두 가지 유형의 내연 기관이 생산되고 있습니다:불꽃 점화 가솔린 엔진과 압축 점화 디젤 엔진. 대부분은 4행정이며, 이는 한 사이클을 완료하는 데 4개의 피스톤 행정이 필요함을 의미합니다. 사이클은 흡기, 압축, 연소 및 동력 행정, 배기의 4가지 프로세스로 구성됩니다.
스파크 점화 가솔린과 압축 점화 디젤 엔진은 연료를 전달하고 점화하는 방식이 다릅니다. 스파크 점화 엔진에서 연료는 공기와 혼합된 다음 흡기 과정에서 실린더로 흡입됩니다. 피스톤이 연료-공기 혼합물을 압축한 후 스파크가 점화되어 연소를 일으킵니다.
연소 가스의 팽창은 파워 스트로크 동안 피스톤을 밀어냅니다. 디젤 엔진에서 공기는 엔진으로 유입된 다음 압축됩니다. 그런 다음 디젤 엔진은 적절한 계량된 양의 연료를 뜨거운 압축 공기에 분사하여 점화합니다.
내연 기관은 현재 존재하는 가장 널리 적용되고 널리 사용되는 발전 장치입니다. 예를 들면 가솔린 엔진, 디젤 엔진, 가스터빈 엔진, 로켓 추진 시스템이 있습니다.
IC 엔진에는 다음과 같은 많은 응용 프로그램이 있습니다.
현재 생산 중인 내연 기관에는 불꽃 점화 가솔린 엔진과 압축 점화 디젤 엔진의 두 가지 종류가 있습니다. 이들 대부분은 4행정 사이클 엔진으로, 한 사이클을 완료하는 데 4개의 피스톤 행정이 필요합니다.
IC 엔진은 사용 연료, 열역학적 사이클, 점화 유형, 냉각 시스템 유형, 실린더 배치, 충전 방법 등에 따라 분류할 수 있습니다. 이제 자세히 연구합니다.
우리는 IC 엔진이 주기적 작동에서 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다는 것을 알고 있습니다. 많은 열역학적 사이클이 있습니다. 카르노 사이클, 오토 사이클, 디젤 사이클, 랭킨 사이클 등 IC 엔진은 오토 사이클과 디젤 사이클, 듀얼 사이클의 3가지 사이클에서 작동합니다. 따라서 IC 엔진은 이에 따라 다음과 같은 유형으로 분류할 수 있습니다.
스파크 점화 엔진 또는 일정 체적 열 추가 엔진, 가솔린 엔진 등으로도 알려져 있습니다. 이 주기에서 열 추가(연료 연소) 및 제거(배기)는 일정한 체적에서 발생하고 팽창 및 압축은 등엔트로피에서 발생합니다. 이 엔진은 고속에서 낮은 출력을 제공합니다.
이것은 압축점화 엔진, 디젤 엔진, 정압 엔진 등으로 알려져 있습니다. 이 사이클에서 열 추가(연료 연소)는 일정한 압력에서 발생하고 열 제거는 일정한 체적에서 발생합니다. 저속에서 높은 출력을 내는 엔진입니다.
듀얼 사이클은 오토 사이클과 디젤 사이클의 조합입니다. 이 엔진에서 열 추가는 일정한 부피와 일정한 압력 모두에서 일정 비율로 발생합니다.
일부 엔진은 스털링 사이클과 에릭슨 사이클에서 작동하지만 상업적으로 사용되지는 않습니다.
우리 대부분은 이러한 엔진에 대해 알고 있습니다. 이들은 가솔린 엔진과 디젤 엔진입니다. 최근에는 LPG, CNG, 수소 등과 같은 기체 연료도 IC 엔진에 사용됩니다. 이러한 엔진을 비전통 엔진이라고 합니다.
충전은 연료-공기 혼합물이 어떻게 유입되는지를 의미합니다. 이는 다음과 같이 분류할 수 있습니다.
이 엔진에서는 실린더 내부의 압력차와 대기압으로 인해 혼합기(SI 엔진) 또는 공기 단독(CI 엔진)의 유입이 이루어진다.
이 엔진에서는 실린더 내부의 충전을 위해 별도의 압축기가 사용됩니다. 이 압축기는 엔진 동력(벨트 구동으로 크랭크축과 연결됨)을 사용하여 작동됩니다.
이 엔진은 공기를 실린더로 끌어들이고 배기 가스 동력을 사용하여 작동하는 터빈을 사용합니다. 또한 과급기와 비슷하지만 압축기는 배기 가스에 의해 회전하는 터빈에 의해 작동됩니다.
IC 엔진에서 충전 점화는 두 가지 방식으로 발생할 수 있습니다. 첫 번째는 연료를 점화하기 위해 별도의 점화 플러그나 다른 장치를 사용하는 것(Spark Ignition Engine)이고, 다른 하나는 압축 또는 연료 중 발생하는 열로 인해 연료를 점화하는 것(Compression Ignition Engine)입니다.
따라서 이러한 방식에 따르면 두 가지 엔진이 스파크 점화 엔진 또는 SI 엔진(가솔린 엔진)과 압축 점화 엔진 또는 CI 엔진(디젤 엔진)이 있습니다.
가솔린 엔진에서는 점화 플러그를 사용하여 연료를 점화했습니다. 점화 시스템에 의해 생성되는 점화 플러그에서의 이 불꽃. 점화 시스템에 따르면 두 가지 유형의 엔진이 있습니다. 첫 번째는 배터리 점화 엔진(배터리를 사용하여 스파크 발생)이고 다른 하나는 마그네토 점화 엔진(작은 발전기를 사용하여 스파크 발생)입니다.
이러한 형태의 엔진에서는 연료가 연소될 때 발생하는 압력을 이용하여 왕복운동을 하는 피스톤이 사용된다. 크랭크축은 이 왕복 운동을 회전 운동으로 변환합니다. 자동차 엔진은 대부분 왕복식입니다.
자세히 알아보기: 왕복 엔진이란 무엇입니까?
로터리 엔진에서는 로터가 사용됩니다. 연료의 연소에 의해 생성된 압력은 이 로터에 가해지며 휠을 더 회전시킵니다. Wankel 엔진은 로터리 엔진의 한 유형입니다. 이 엔진은 현재 자동차 엔진에 사용되지 않습니다.
IC 엔진에는 공랭식과 수랭식의 두 가지 유형의 냉각이 사용됩니다. 따라서 엔진은 공랭식 엔진 또는 수냉식 엔진입니다. 이 두 냉각 시스템에는 모두 고유한 장점이 있습니다. 이에 대해서는 나중에 설명하겠습니다. 엔진 오일은 냉각 매체로도 사용됩니다.
스트로크는 피스톤이 실린더 내부 또는 TDC와 BDC 사이를 이동할 수 있는 최대 거리라는 것을 알고 있습니다. 엔진이 TDC에서 BDC로 이동하는 경우 이를 1행정이라고 합니다. BDC로 돌아오면 2획이라고 합니다. 크랭크축은 2행정으로 1회전합니다. 그것에 따르면 세 가지 유형의 엔진이 발명되었습니다.
이 엔진에서 크랭크축은 한 번의 파워 스트로크로 한 번 회전합니다. 이 엔진은 다른 엔진에 비해 더 많은 힘을 제공합니다. 저격수, 선박, 발전기 등에 사용됩니다.
자세히 알아보기: 2행정 엔진이란? 4행정 엔진이란 무엇입니까?
이 엔진은 한 번의 파워 스트로크로 두 개의 크랭크축 회전을 제공합니다. 그들은 낮은 전력을 제공하지만 높은 효율을 제공합니다. 자동차, 트럭, 자전거 등에 사용됩니다.
이 엔진은 개발 과정에 있습니다. 이름에서 알 수 있듯이 한 번의 파워 스트로크로 세 개의 크랭크축을 회전시킵니다.
이러한 엔진은 말보다 도표로 더 잘 이해할 수 있습니다.
내연 기관(ICE 또는 IC 엔진)은 작동 유체 흐름 회로의 필수적인 부분인 연소실에서 산화제(일반적으로 공기)와 함께 연료 연소가 발생하는 열 기관입니다.
1823년에 사무엘 브라운은 최초의 내연 기관 특허를 받았습니다. 미국에서 산업적으로 적용하기 위해; 그의 엔진 중 하나는 1830년부터 1836년까지 Croydon 운하에 물을 퍼냈습니다.
상업적으로 성공한 최초의 내연 기관 1860년경 Étienne Lenoir와 최초의 현대식 내연 기관에 의해 만들어졌습니다. 1876년 Nicolaus Otto가 만들었습니다. 1872년에 미국의 George Brayton은 최초의 상업용 액체 연료 내연 기관을 발명했습니다. .
엔진은 고정 실린더와 움직이는 피스톤으로 구성됩니다. 팽창하는 연소 가스는 피스톤을 밀어서 크랭크축을 회전시킵니다. 피스톤이 연료-공기 혼합물을 압축한 후 스파크가 점화되어 연소를 일으킵니다. 연소 가스의 팽창은 파워 스트로크 동안 피스톤을 밀어냅니다.
IC 엔진에는 다음과 같은 많은 응용 프로그램이 있습니다.
오늘날 사용되는 내연 기관에는 세 가지 주요 유형이 있습니다.
내연 기관의 개발은 인간을 가장 힘든 육체 노동에서 해방시키는 데 도움이 되었고 비행기와 다른 형태의 운송 수단을 가능하게 했으며 발전에 혁명을 일으켰습니다.
Si 엔진은 스파크 점화 원리로 작동하는 내연 기관입니다. 휘발유를 사용하고 오토 사이클을 사용합니다. 디젤(Ci) 엔진은 디젤 연료를 사용하고 디젤 사이클로 작동하는 내연 기관이기도 합니다.
내연 기관(ICE)은 차량, 보트, 선박, 비행기 및 기차에 사용되는 가장 일반적인 형태의 열 기관입니다. 연료가 엔진 내부에서 작업을 수행하기 위해 점화되기 때문에 그런 이름이 붙었습니다. 그런 다음 동일한 연료와 공기 혼합물이 배기 가스로 배출됩니다.
AFR은 내연 기관에 존재하는 공기 대 연료의 질량 비율입니다. 가솔린 엔진의 경우 화학양론적 A/F 비율은 14.7:1이며 이는 연료 1에 대해 공기 14.7을 의미합니다. 연료의 종류에 따라 다릅니다.
엔진 실린더의 연소 가스 온도는 1500~2000°C에 이르며, 이는 실린더 몸체와 엔진 헤드의 재료 융점보다 높습니다. (녹는점이 가장 높은 금속인 백금은 1750°C, 철은 1530°C, 알루미늄은 657°C에서 녹습니다.)
희박 연료 혼합물과 농후 연료 혼합물의 주요 차이점은 엔진에서 최대 출력을 위해 농후 혼합물을 사용하는 반면 최대 효율을 위해 희박 혼합물을 사용한다는 것입니다. 우리는 엔진 및 산업용 용광로의 연소 과정을 설명하기 위해 희박 및 농후 연료 혼합물이라는 용어를 사용합니다.
농후 혼합물은 과도한 비율의 연료를 포함하는 연료/공기 혼합물입니다. 풍부한 혼합물은 실린더의 모든 산소를 사용하기에 충분한 연료를 제공합니다. 농후한 혼합물에는 가솔린이 너무 많고 공기가 충분하지 않습니다.
가솔린은 1892년에 명성을 얻었지만 디젤은 처음 사용되어 연료원으로 인정된 1893년을 가리키는 일부 출처와 함께 조금 더 오래 걸렸습니다. 이를 염두에 두고 가솔린은 디젤보다 빠르게 인기를 얻고 상업적인 성공을 거두었기 때문에 기술적으로 첫 번째였습니다.
피스톤은 내연기관의 기본 부품입니다. 왕복 운동을 하고 열 에너지를 기계적 동력으로 변환합니다. 엔진이 동력을 생산할 때 실린더 내부를 위아래로 움직입니다. 피스톤의 목적은 가스의 팽창을 견디고 이를 크랭크축으로 보내는 것입니다.
ICE 차량은 내연 기관으로만 구동되는 일반 차량을 의미합니다.
내연기관의 효율은 약 35-45%입니다. 외연기관에 비해 약 15~25%의 효율을 갖는다. 내연 기관의 연료 비용은 상대적으로 높습니다. 외연기관의 연료비에 비해 상대적으로 저렴합니다.
