나는 자동차 기사가 된 적이 없습니다. 나는 내 차가 어떻게 작동하는지 알아내기 위해 후드 아래를 도구로 만드는 데 관심이 없었습니다. 에어컨 필터를 교체하거나 오일을 수시로 교체하는 것 외에는 차에 문제가 생기면 그냥 정비사에게 맡기고 무엇이 문제인지 설명하려고 나오면 정중하게 고개를 끄덕이고 척했습니다. 그가 무슨 말을 하는지 알고 있는 것처럼.
그러나 최근에는 자동차가 어떻게 작동하는지에 대한 기본 사항을 실제로 배우고 싶은 마음이 간절해졌습니다. 나는 그리스 원숭이가 될 계획은 없지만 내 차의 모든 것이 실제로 어떻게 작동하는지에 대한 기본적인 이해를 원합니다. 최소한 이 지식을 통해 다음에 차를 탈 때 정비공이 말하는 내용에 대한 단서를 얻을 수 있을 것입니다. 게다가 남자는 자신이 사용하는 기술의 기본을 이해할 수 있어야 하는 것 같습니다. 매일. 이 웹사이트에 관해서 저는 코딩과 SEO가 어떻게 작동하는지 알고 있습니다. 이제 내 차의 후드 아래에 있는 것과 같이 내 세상에서 보다 구체적인 것들을 조사할 시간입니다.
저와 같은 성인 남성이 또 있을 거라 생각합니다. 자동차 기사는 아니지만 자신의 차량이 어떻게 작동하는지 조금 궁금해하는 남성입니다. 그래서 저는 제 연구에서 배운 것을 공유하고 Gearhead 101이라고 하는 가끔 시리즈를 수정할 계획입니다. 목표는 자동차의 다양한 부품이 작동하는 방식에 대한 기본을 설명하고 어디에서 할 수 있는지에 대한 리소스를 제공하는 것입니다. 스스로 자세히 알아보십시오.
따라서 더 이상 고민하지 않고 자동차의 핵심인 내연 기관의 내부와 외부를 설명하는 것으로 Gearhead 101의 첫 번째 수업을 시작하겠습니다.
내연 기관은 연료와 공기가 내부에서 연소되기 때문에 "내연 기관"이라고 합니다. 엔진은 피스톤을 움직이기 위한 에너지를 생성하고, 피스톤은 차례로 자동차를 움직입니다(아래에서 자세히 설명하겠습니다).
연료가 외부에서 연소되는 외연 기관과 대조됩니다. 엔진과 그 연소에서 생성된 에너지가 동력입니다. 증기 기관이 이에 대한 가장 좋은 예입니다. 석탄은 엔진 외부에서 연소되어 물을 가열하여 증기를 생성한 다음 엔진에 동력을 공급합니다.
대부분의 사람들은 기계화 운동의 세계에서 증기 동력 외연 기관이 내연 기관보다 먼저 등장했다고 생각합니다. 내연기관이 먼저 나온 것이 현실입니다. (예, 고대 그리스인들은 증기 동력 엔진을 가지고 놀았지만 그들의 실험에서 실용적인 것은 아무것도 없었습니다.)
16 세기에 발명가는 화약을 연료로 사용하여 피스톤의 움직임에 동력을 공급하는 일종의 내연 기관을 만들었습니다. 사실 그들을 움직인 것은 화약이 아니었다. 이 초기 내연 기관이 작동하는 방식은 피스톤을 실린더 상단까지 채우고 피스톤 아래에서 화약을 점화하는 것이었습니다. 폭발 후 진공이 형성되어 피스톤을 실린더 아래로 빨아들입니다. 이 엔진은 피스톤을 움직이기 위해 기압의 변화에 의존하기 때문에 대기 엔진이라고 불렀습니다. 그다지 효율적이지 않았습니다. 17 일 까지 세기에 증기 기관은 많은 가능성을 보여주었기 때문에 내연 기관은 버려졌습니다.
1860년이 되어서야 안정적이고 작동하는 내연 기관이 발명되었습니다. Jean Joseph Etienne Lenoir라는 벨기에 사람은 실린더에 천연 가스를 주입하는 엔진에 대한 특허를 얻었고, 실린더는 실린더 근처에서 영구적인 화염에 의해 점화되었습니다. 화약 대기 엔진과 유사하게 작동하지만 너무 효율적이지는 않습니다.
그 작업을 기반으로 1864년 Nicolaus August Otto와 Eugen Langen이라는 두 명의 독일 엔지니어가 Lenoir의 모델과 유사한 엔진을 만드는 회사를 설립했습니다. Otto는 회사 경영을 포기하고 1861년부터 가지고 놀던 엔진 설계 작업을 시작했습니다. 그의 설계는 오늘날 우리가 알고 있는 4행정 엔진으로 이어졌고 기본 설계는 오늘날에도 여전히 자동차에 사용됩니다.
V-6 엔진
여기서 4행정 엔진이 어떻게 작동하는지 잠시 후에 보여드리겠지만, 그 전에 엔진의 다양한 부분을 살펴보는 것이 도움이 될 것이라고 생각했습니다. 4 스트로크 프로세스. 이 설명에는 목록의 다른 용어에 의존하는 용어가 있으므로 처음에 혼동하더라도 걱정하지 마십시오. 전체 내용을 읽고 전반적인 내용을 파악한 다음, 이야기할 때 각 부분에 대한 기본적인 이해를 돕기 위해 다시 읽으세요.
엔진 블록(실린더 블록)
엔진 블록은 엔진의 기초입니다. 대부분의 엔진 블록은 알루미늄 합금으로 주조되지만 일부 제조업체에서는 여전히 철을 사용합니다. 엔진 블록은 통합 구조로 주조되는 실린더라는 큰 구멍 또는 튜브 때문에 실린더 블록이라고도 합니다. 실린더는 엔진의 피스톤이 위아래로 미끄러지는 곳입니다. 실린더가 많을수록 엔진은 더 강력해집니다. 실린더 외에도 오일과 냉각수가 엔진의 다른 부분으로 흐를 수 있도록 하는 다른 덕트와 통로가 블록에 내장되어 있습니다.
엔진을 "V6" 또는 "V8"이라고 하는 이유는 무엇입니까?
좋은 질문입니다! 그것은 엔진이 가지고 있는 실린더의 모양과 수와 관련이 있습니다. 4기통 엔진에서 실린더는 일반적으로 크랭크축 위에 직선으로 장착됩니다. 이 엔진 레이아웃을 인라인 엔진이라고 합니다. .
또 다른 4기통 레이아웃은 "플랫 4"라고 합니다. 여기에서 실린더는 두 개의 뱅크에 수평으로 놓여 있으며 크랭크 샤프트는 중앙을 향합니다.
엔진에 4개 이상의 실린더가 있는 경우 실린더는 2개의 실린더 뱅크로 나누어집니다. 즉, 측면당 3개의 실린더(또는 그 이상)입니다. 실린더를 두 개의 뱅크로 나누면 엔진이 "V"처럼 보입니다. 6개의 실린더가 있는 V자형 엔진 =V6 엔진. 8개의 실린더가 있는 V자형 엔진 =V8 — 각 실린더 뱅크에 4개.
연소실
엔진의 연소실은 마법이 일어나는 곳입니다. 연료, 공기, 압력 및 전기가 함께 모여 자동차의 피스톤을 위아래로 움직이는 작은 폭발을 일으켜 차량을 움직이는 동력을 생성하는 곳입니다. 연소실은 실린더, 피스톤 및 실린더 헤드로 구성됩니다. 실린더는 연소실의 벽, 피스톤의 상단은 연소실의 바닥, 실린더 헤드는 연소실의 천장 역할을 합니다.
실린더 헤드
실린더 헤드는 엔진의 실린더 위에 있는 금속 조각입니다. 연소실 상단에 공간을 만들기 위해 실린더 헤드에 작고 둥근 홈이 있습니다. 헤드 개스킷은 실린더 헤드와 실린더 블록 사이의 조인트를 밀봉합니다. 흡기 및 배기 밸브, 점화 플러그, 연료 인젝터(이 부분은 나중에 설명)도 실린더 헤드에 장착됩니다.
피스톤
피스톤은 실린더를 위아래로 움직입니다. 거꾸로 된 수프 캔처럼 보입니다. 연소실에서 연료가 점화되면 힘이 피스톤을 아래쪽으로 밀어내고, 이는 다시 크랭크축을 움직입니다(아래 참조). 피스톤은 콘 로드라고도 하는 커넥팅 로드를 통해 크랭크축에 부착됩니다. 피스톤 핀을 통해 커넥팅 로드에 연결되고 커넥팅 로드는 커넥팅 로드 베어링을 통해 크랭크 샤프트에 연결됩니다.
피스톤 상단에는 금속에 주조된 3~4개의 홈이 있습니다. 홈 피스톤 링 내부 피스톤 링은 실제로 실린더의 벽에 닿는 부분입니다. 그들은 철로 만들어지며 압축 링과 오일 링의 두 가지 종류가 있습니다. 압축 링은 상단 링이며 실린더 벽을 바깥쪽으로 눌러 연소실을 강력하게 밀봉합니다. 오일 링은 피스톤의 하단 링이며 크랭크 케이스의 오일이 연소실로 스며드는 것을 방지합니다. 또한 과도한 오일을 실린더 벽과 크랭크 케이스로 닦아냅니다.
크랭크샤프트
크랭크축은 피스톤의 상하 운동을 자동차가 움직일 수 있도록 회전 운동으로 변환하는 것입니다. 크랭크 샤프트는 일반적으로 바닥 근처의 엔진 블록에 세로로 맞습니다. 엔진 블록의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 확장됩니다. 엔진 끝의 전면에서 크랭크축은 캠축에 연결되고 자동차의 다른 부분에 동력을 전달하는 고무 벨트에 연결됩니다. 엔진의 뒤쪽 끝에서 캠축은 동력을 바퀴에 전달하는 구동계에 연결됩니다. 크랭크축의 양쪽 끝에는 오일 씰 또는 "O-링"이 있어 엔진에서 오일이 누출되는 것을 방지합니다.
크랭크 샤프트는 엔진의 크랭크 케이스에 있습니다. 크랭크 케이스는 실린더 블록 아래에 있습니다. 크랭크 케이스는 크랭크 샤프트와 커넥팅 로드를 외부 물체로부터 보호합니다. 크랭크 케이스의 바닥에 있는 영역을 오일 팬이라고 하며 엔진 오일이 저장되는 곳입니다. 오일 팬 내부에는 필터를 통해 오일을 펌핑하는 오일 펌프가 있습니다. 그런 다음 해당 오일이 크랭크 샤프트, 커넥팅 로드 베어링 및 실린더 벽에 분사되어 피스톤 스트로크의 움직임에 윤활을 제공합니다. 오일은 결국 오일 팬으로 다시 떨어지다가 다시 프로세스를 시작합니다.
크랭크축을 따라 크랭크축의 균형을 유지하고 크랭크축이 회전할 때 발생하는 흔들림으로 인한 엔진 손상을 방지하는 균형추 역할을 하는 균형 로브를 찾을 수 있습니다.
또한 크랭크축을 따라 메인 베어링을 찾을 수 있습니다. 메인 베어링은 크랭크축이 회전할 수 있도록 크랭크축과 엔진 블록 사이에 매끄러운 표면을 제공합니다.
캠샤프트
캠샤프트는 엔진의 두뇌입니다. 타이밍 벨트를 통해 크랭크 샤프트와 함께 작동하여 최적의 엔진 성능을 위해 적절한 시간에 흡기 및 배기 밸브가 열리고 닫힙니다. 캠축은 밸브의 개폐 타이밍을 제어하기 위해 가로질러 확장된 달걀 모양의 로브를 사용합니다.
대부분의 캠축은 크랭크축 바로 위의 엔진 블록 상단을 통해 확장됩니다. 인라인 엔진에서 단일 캠축은 흡기 및 배기 밸브를 모두 제어합니다. V자형 엔진에서는 두 개의 개별 캠축이 사용됩니다. 하나는 V의 한쪽에 있는 밸브를 제어하고 다른 하나는 반대쪽에 있는 밸브를 제어합니다. 일부 V자형 엔진(예:그림의 엔진)에는 실린더 뱅크당 2개의 캠축이 있습니다. 하나의 캠축은 밸브의 한쪽을 제어하고 다른 캠축은 다른 쪽을 제어합니다.
타이밍 시스템
위에서 언급했듯이 캠축과 크랭크축은 타이밍 벨트나 체인을 통해 움직임을 조정합니다. 타이밍 체인은 엔진이 작동하는 동안 항상 크랭크축과 캠축을 서로 동일한 상대 위치에 유지합니다. 어떤 이유로든 캠축과 크랭크축이 동기화되지 않으면(예:타이밍 체인이 기어 톱니바퀴를 건너뛰는 경우) 엔진이 작동하지 않습니다.
밸브 트레인
밸브 트레인은 밸브의 작동을 제어하는 실린더 헤드에 장착된 기계 시스템입니다. 밸브 트레인은 밸브, 로커 암, 푸시로드 및 리프터로 구성됩니다.
밸브
밸브에는 흡기 밸브와 배출 밸브의 두 가지 유형이 있습니다. 흡기 밸브는 공기와 연료의 혼합물을 연소실로 가져와 엔진에 동력을 공급하는 연소를 생성합니다. 배기 밸브는 연소 후 생성된 배기 가스를 연소실 밖으로 내보내는 역할을 합니다.
자동차에는 일반적으로 실린더당 하나의 흡기 밸브와 하나의 배출 밸브가 있습니다. 대부분의 고성능 자동차(재규어, 마세라티스 등)에는 실린더당 밸브가 4개(흡기 2개, 배출 2개) 있습니다. "고성능" 브랜드로 간주되지는 않지만 Honda는 또한 차량의 실린더당 4개의 밸브를 사용합니다. 실린더당 3개의 밸브(흡기 밸브 2개, 배출 밸브 1개)가 있는 엔진도 있습니다. 다중 밸브 시스템을 통해 자동차가 더 잘 "호흡"하여 엔진 성능이 향상됩니다.
로커암
로커 암은 캠축의 로브 또는 캠에 닿는 작은 레버입니다. 로브가 로커의 한쪽 끝을 들어 올리면 로커의 다른 쪽 끝이 밸브 스템을 아래로 눌러 밸브를 열어 공기를 연소실로 유입시키거나 배기 가스를 배출합니다. 시소처럼 작동합니다.
푸시로드/리프터
때때로 캠축 돌출부가 로커암에 직접 닿아(오버헤드 캠축 엔진에서 볼 수 있듯이) 밸브를 열고 닫습니다. 오버헤드 밸브 엔진에서 캠축 로브는 로커 암과 직접 접촉하지 않으므로 푸시로드 또는 리프터가 사용됩니다.
연료 분사기
피스톤을 움직이는 데 필요한 연소를 생성하려면 실린더에 연료가 필요합니다. 1980년대 이전에는 자동차가 연소실에 연료를 공급하기 위해 기화기를 사용했습니다. 오늘날 모든 자동차는 직접 연료 분사, 포트형 연료 분사 또는 스로틀 바디 연료 분사의 세 가지 연료 분사 시스템 중 하나를 사용합니다.
직접 연료 분사를 사용하면 각 실린더에 자체 인젝터가 있어 연소에 적절한 시간에 연소실로 직접 연료를 분사합니다.
포트형 연료 분사를 사용하면 연료를 실린더에 직접 분사하는 대신 밸브 바로 바깥에 있는 흡기 매니폴드로 분사합니다. 밸브가 열리면 공기와 연료가 연소실로 들어갑니다.
스로틀 바디 연료 분사 시스템은 기화기와 같은 방식으로 작동하지만 기화기는 없습니다. 각 실린더에 자체 연료 인젝터가 있는 대신 스로틀 바디로 가는 연료 인젝터가 하나만 있습니다. 연료는 스로틀 바디의 공기와 혼합된 다음 흡기 밸브를 통해 실린더로 분산됩니다.
스파크플러그
각 실린더 위에는 점화 플러그가 있습니다. 스파크가 발생하면 압축된 연료와 공기를 점화시켜 피스톤을 아래로 밀어내는 소형 폭발을 일으킵니다.
4행정 주기
이제 엔진의 모든 기본 부품을 알았으므로 실제로 자동차를 움직이는 움직임인 4행정 사이클을 살펴보겠습니다.
위의 그림은 단일 실린더의 4행정 사이클을 보여줍니다. 이것은 다른 실린더에서도 진행됩니다. 이 사이클을 1분에 천 번 반복하면 움직이는 자동차를 얻을 수 있습니다.
자, 여기 있습니다. 자동차 엔진 작동 원리. 오늘 자동차 후드 아래를 살펴보고 우리가 논의한 부품을 지적할 수 있는지 확인하십시오. 자동차가 작동하는 방식에 대해 더 알고 싶다면 How Cars Work라는 책을 확인하세요. 제 연구에 많은 도움이 되었습니다. 저자는 모든 것을 초보자도 이해할 수 있는 언어로 분해하는 훌륭한 일을 합니다.
