엔진(Engine), 작동원리 세상 제일 쉽게 설명드림 [1편].

 

1. 엔진 :

 

우선, 엔진(Engine)이란 화학에너지를 운동에너지로 변환하는 것을 의미해요. 예를 들면, 가솔린(휘발유)이라는 화학에너지를 품고 있는 화학물질을 연소시켜서 폭발력으로 바퀴를 굴리는(운동에너지) 것이죠. 이러한 작업을 하는 사람들이 '엔지니어(Engineer)'인 것입니다.

 

 

정리

엔진(Engine) : 변환 from 화학에너지 to 운동에너지

 

 

2. 엔진원리 + 구성품 : 

  

  엔진의 목적은 화학에너지를 운동에너지로 변환하는 것이라고 했죠. 이때, 어떤 화학에너지를 쓸 건지에 따라 엔진의 이름이 바뀌어요. 예를 들면, 가솔린(휘발유)을 쓴다면, '가솔린엔진', 디젤(경유)를 쓴다면 '디젤엔진'인 것이죠. 이제부터 엔진을 설명할 때는 가솔린엔진을 기반으로 설명할 거에요. 디젤엔진과의 차이점은 '인화점(불이 붙는 지점)'의 차이이기 때문에 거의 같다고 봐도 무방합니다. 

 

  엔진은 아래 그림 처럼 생겼어요. 복잡해 보일 수도 있지만, 하나 하나 뜯어보면 굉장히 간단해요. 가볍게 어떤 것들이 있는지 살펴보고 넝어가면 이해하기 쉬울 거에요. 

가솔린엔진 구성부품

 

  엔진의 작동원리는 총 4단계로 나누어집니다. 

 

1) 혼합가스 흡입 : 크랭크 반 바퀴

 

  첫 단계로는 '혼합가스'가 들어와야 해요. 여기서, 혼합가스란 '가솔린 + 공기'를 합친 것을 의미해요. 가솔린은 연료 역할을하고 공기는 산화제 역할을 하죠. '불'이라는 것은 화학반응이 일어난 결과물이기 때문에 '연료+산화제'로 화학반응을 일으키면, 불이 붙는 것이죠. 

 

  혼합가스를 실린더(Cylinder) 내부로 들여오면 실린더 안이 가스로 가득차겠죠. 그러면, 피스톤(Piston)은 압력에 의해 아래로 내려가게됩니다. 이때, 피스톤과 연결된 커넥팅 로드(Connecting Rod)도 함께 내려가죠. 그리고, 커넥팅 로드의 직선운동을 크랭크축이 회전운동으로 바꿔서 바퀴를 굴리는 것이에요. 플라이 휠(Fly wheel)이라는 것 까지 개입이 되지만, 생략할게요. 

 

 

  여기서, 개념 정리를 할게요. 혼합가스를 흡입시키기 위해서는 입구가 필요하겠죠. 입구역할을 하는 녀석이 '흡입밸브'입니다. 밸브(Valve)는 유체(액체, 기체)를 제어하는 역할을 하죠. 혼합가스가 들어오면, 실린더에 가득차겠죠. 실린더는 '원통형'이라는 뜻이에요. 그리고, 원통형 안에 있는 '작은 막대기'를 피스톤이라고 부르죠. 항상 실린더+피스톤은 함께합니다. 아무튼, 혼합가스에 의해 피스톤이 아래로 내려가면, 커넥팅 로드도 따라 움직인다고 했죠. 커넥팅 로드(Connecting Rod)는 이름 그대로 연결(Connecting) 막대기(Rod)라는 뜻입니다. 막대기는 '직선'이죠. 즉, '직선운동'을 하고 있어요. 하지만, 바퀴는 원운동, 즉 '회전운동'을 합니다. 이러한 직선운동을 회전운동으로 바꾸어주는 것이 '크랭크축'입니다. 크랭크(Crank)는 이름 그대로 '회전시키다'라는 뜻이에요. 

 

정리 

1단계 엔진작동순서 : 혼합가스 흡입(흡입밸브) > 피스톤 직선아래운동 in 실린더 > 커넥팅 로드 직선아래운동 > 크랭크축 반회전

1단계 엔진 구성품 : 흡입밸브, 실린더+피스톤, 커넥팅 로드, 크랭크축 

* 흡입밸브 :  혼합가스 흡입 to 실린더 

* 실린더(Cylinder) : 원기둥(연소 일어나는 곳) 

* 피스톤(Piston) : 작은 막대기 for 직선운동 by 압력 

* 커넥팅 로드(Connecting Rod ) : 연결 막대기 with 피스톤 for 직선운동

* 크랭크축 : 변환 from 커넥팅로드's 직선운동 to 회전운동 for 바퀴회전 

 

 

2) 혼합가스 압축 : 

 

  2단계는 혼합가스의 흡입을 막는 것이에요. 흡입밸브를 닫으면 되겠죠. 그러면, 실린더 내부의 혼합가스양은 줄어들어 다시 피스톤이 위로 올라오게 됩니다. 피스톤이 올라오면? 이에 연결되어있는 커넥팅 로드, 크랭크축 모두 따라 올라오겠죠. 여기서, 중요한 핵심이 있어요. 1단계에서 혼합가스에 의해 아래로 밀린 피스톤+커넥팅로드+크랭크 축은 '반 바퀴'만 돈 것이에요. 즉, 아래방향으로만 밀었기 때문에 180도만 돌아간 것이죠. 원운동인 360도를 만들려면, 반 바퀴를 다시 돌려야겠죠. 해답은 간단해요. 흡입밸브를 막으면, 혼합가스양이 줄어들어 압력차이로 다시 피스톤이 올라가는 것이죠. 

 

 

 

정리 

2단계 엔진작동순서 : 흡입밸브 닫음(혼합가스 유입x) > 피스톤 윗방향 운동(압력차이) > 커넥팅로드 직선up운동 > 크랭크축 반회전 

2단계 엔진 구성품 : 흡입밸브, 실린더+피스톤, 커넥팅 로드, 크랭크축