신입생이니까 먼저 엔진 분류에 대해 알아보겠습니다.
엔진에는 특성에 따라 다양한 분류 방법이 있습니다.
1. 연료에 따라 디젤엔진, 가솔린엔진, 천연가스엔진 등으로 나눌 수 있다.
2. 사이클을 달성하기 위한 스트로크 수에 따라 구분
a) 4행정 엔진: 피스톤이 4스트로크를 이동하거나 크랭크샤프트가 2회전을 회전하여 실린더에서 하나의 작업 사이클을 완료합니다.
b) 2행정 엔진: 피스톤 실린더가 2행정을 움직이거나 크랭크샤프트가 한 번 회전하여 작업 주기를 완료합니다.
3. 냉각 방식에 따라
a) 수냉식 엔진: 물을 냉각 매체로 사용
b) 공랭식 엔진: 공기를 냉각 매체로 사용(물 속에서 사용하기에 적합) -사막국가 등 희소지역)
4. 점화방식에 따른
a) 압축점화엔진 : 실린더 내부의 공기가 압축된 후 발생하는 고온을 이용하여 연료를 자연발화시키는 방식이다. 디젤 엔진과 같은.
b) 점화 엔진: 점화 플러그에서 방출되는 전기 스파크를 사용하여 연료를 강제로 점화시켜 연료가 점화되어 연소되도록 합니다. 가솔린 엔진 및 가스 엔진과 같은.
5． 가연성 혼합물을 형성하는 방법에 따라
a) 외부 혼합물을 형성하는 엔진: 연료와 공기가 외부에서 혼합된 후 실린더로 들어갑니다. 기화기를 사용하는 가솔린 엔진과 같은 것입니다.
b) 내부에서 혼합물을 형성하는 내연 기관: 연료는 압축이 끝날 무렵 실린더에 분사되고 실린더 내 공기와 혼합됩니다. 디젤 엔진과 같은.
6． 공기 흡입 방식에 따라
a) 자연 흡기 엔진: 피스톤의 흡입 작용으로 공기가 실린더로 들어갑니다.
b) 슈퍼차저 엔진: 출력을 높이기 위해 엔진에 슈퍼차저를 설치하여 실린더로 유입되는 가스가 실린더로 유입되기 전에 압축기에 의해 사전 압축됩니다.
7． 실린더 수에 따라
a) 단일 실린더 엔진
b) 다중 실린더 엔진: 실린더 배열에 따라 다음과 같이 나눌 수 있습니다
i. 직렬 및 수직 엔진 엔진: 모든 실린더의 중심선은 동일한 수직 평면에 있습니다.
ii. 직렬 수평 엔진: 모든 실린더의 중심선이 동일한 수평면에 있습니다.
iii.V형 엔진: 실린더의 중심선이 두 개의 평면으로 되어 있고, 두 개의 평면이 교차하여 V자 형태를 이루고 있습니다.
iv.대향형 엔진: V자형 각도가 180°이면 대향형 엔진이라고도 합니다.
v. 기타 : H형, X형, 스타형 등이 있으나 차량에는 거의 사용되지 않습니다. 가솔린 엔진과 디젤 엔진을 비교해 보세요
엔진은 다음과 같습니다. 사용되는 연료에 따라 가솔린 엔진과 디젤 엔진으로 나눌 수 있습니다.
경유에 비해 휘발유는 끓는점이 낮아 증발하기 쉬운 반면, 경유는 자연발화온도가 낮다.
디젤엔진은 압축공기를 이용해 공기온도를 높여 디젤의 자기점화 시험을 초과하게 되는데, 이때 디젤이 분사되고, 디젤 스프레이가 공기와 혼합되어 점화된다. 그 자체. 독일 디젤이 이 방식을 고안해 특허를 획득했기 때문에 디젤엔진을 디젤엔진이라고도 부른다.
가솔린 엔진에 비해 디젤 엔진은 가격이 저렴하고 경제적이며, 점화장치가 없어 고장이 적은 것이 장점이다.
그러나 디젤엔진은 작동압력이 높기 때문에 해당 부품의 구조적 강도와 강성이 높아야 하기 때문에 디젤엔진은 상대적으로 부피가 크고 연료분사펌프와 크기가 크다. 디젤 엔진의 노즐은 높은 제조 정밀도를 요구하므로 비용이 상대적으로 높습니다. 또한 디젤 엔진은 거칠고 진동하며 큰 소음을냅니다. 겨울에는 춥습니다.
따라서 현재 자동차에는 가솔린 엔진이 주로 장착되어 있습니다. 1. 엔진의 기본 용어 피스톤 정지 지점 및 스트로크: a) 실린더 내 피스톤 왕복 운동의 두 극단 위치를 정지 지점이라고 합니다. 크랭크축 중심에서 피스톤의 가장 먼 위치를 상사점, 크랭크축 중심에서 가장 먼 위치를 하사점이라고 합니다.
b) 상사점과 하사점 사이의 거리를 피스톤의 스트로크라고 합니다. 크랭크샤프트의 반 회전은 피스톤의 1행정에 해당합니다. 2. 변위 a) 피스톤은 실린더 내에서 왕복 운동하며 실린더 내 부피는 연속적으로 변합니다. 피스톤이 상사점에 있을 때 피스톤의 상부와 실린더 헤드의 내면으로 형성된 공간을 연소실이라 한다.
이 공간 부피를 연소실 부피라고 합니다.
b) 피스톤이 상사점에서 하사점까지 이동하는 공간의 부피를 실린더 배기량이라고 합니다. 엔진에 여러 개의 실린더가 있는 경우 모든 실린더의 작동 부피의 합을 엔진이라고 합니다. 배수량.
c) 피스톤이 하사점 위치에 있을 때 피스톤 상단 위의 전체 실린더 부피를 전체 실린더 부피라고 합니다. 3. 압축비 a) 연소실 부피에 대한 전체 실린더 부피의 비율을 압축비라고 합니다. 압축비는 피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동할 때 실린더 내에서 가스가 압축되는 정도를 나타냅니다.
b) 압축비가 높을수록 실린더 내 가스의 압축 정도가 높아지며 압축이 끝날 때 가스의 압력과 온도가 높아집니다. , 압축비가 너무 높으면 노킹이 발생하기 쉽습니다.
c) 압축비는 엔진의 중요한 구조적 매개변수입니다. 연료 특성이 다르기 때문에 엔진 유형에 따라 압축비 요구 사항도 다릅니다. 디젤 엔진은 일반적으로 12~29 사이의 더 큰 압축비가 필요한 반면, 가솔린 엔진은 6~11 사이의 더 작은 압축비가 필요합니다. 고급 휘발유를 사용하면 압축비가 부분적으로 증가할 수 있습니다. 4행정 가솔린 엔진의 작동 원리 4행정 가솔린 엔진의 작동 과정은 흡기, 압축, 연소 팽창 및 배기의 4행정으로 구성된 복잡한 과정입니다. 하나. 흡기 행정 이때, 크랭크샤프트에 의해 피스톤이 구동되어 상사점에서 하사점으로 이동함과 동시에 흡기 밸브가 열리고 배기 밸브가 닫힙니다. 피스톤이 상사점에서 하사점으로 이동하면 피스톤 위의 부피가 증가하고 실린더 내의 가스 압력이 감소하여 어느 정도의 진공이 형성됩니다. 흡입 밸브가 열려 있으므로 실린더가 흡입 파이프에 연결되고 혼합물이 실린더로 흡입됩니다. 피스톤이 하사점으로 이동하면 실린더는 이전 작업 사이클에서 배출되지 않은 배기 가스와 새로운 혼합물로 채워집니다. 둘. 압축 행정: 피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동하고 흡기 밸브와 배기 밸브가 닫힙니다. 플라이휠과 같은 관성력의 작용으로 크랭크 샤프트가 회전하고 피스톤이 커넥팅로드를 통해 위쪽으로 밀려납니다. 실린더 내의 가스량이 점차 감소하고 가스가 압축되며 실린더 내의 혼합물의 압력과 온도가 높아집니다. 증가하다. 삼. 연소 팽창 행정 이때 흡기 밸브와 배기 밸브가 동시에 닫히고 스파크 플러그가 점화되어 혼합물이 격렬하게 연소되어 실린더 내의 온도와 압력이 급격히 상승하고 고온 고압의 가스가 연소실을 밀어냅니다. 피스톤을 아래로 내리고 크랭크샤프트를 구동하여 커넥팅 로드를 통해 회전합니다. 엔진의 4행정 중 이 행정만이 열에너지를 기계적 에너지로 변환하는 행정이므로 이를 파워행정이라고도 한다. 4. 배기 행정 이때 배기 밸브가 열리고 피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동하며, 피스톤이 상승하면서 배기가스가 실린더 외부로 배출됩니다. 배기계통에는 저항이 있고 연소실도 일정한 부피를 차지하기 때문에 배기 마지막에 배기가스를 완전히 배출하는 것은 불가능하다. 남겨진 배기가스 중 이 부분을 잔류배기가스라고 한다. 잔류 배기가스는 인플레이션에 영향을 미칠 뿐만 아니라 연소에도 악영향을 미칩니다. 배기 행정이 끝나면 피스톤이 상사점으로 돌아갑니다. 이것으로 작업 주기가 완료됩니다. 그 후, 크랭크샤프트는 플라이휠의 관성에 의존하여 계속 회전하며 다음 사이클을 시작합니다. 이런 일이 계속되고 엔진은 계속 작동합니다. 공연비 공연비 A/F(A: 공기-공기, F: 연료-연료)는 공기와 연료의 혼합 비율을 나타냅니다. 공연비는 엔진이 작동할 때 중요한 매개변수이며 배기가스 배출, 엔진 출력 및 경제성에 큰 영향을 미칩니다. 이론 공연비: 연료의 완전 연소에 필요한 연료량에 대한 최소 공기량의 비율. 연료의 조성은 이론 공연비에 거의 영향을 미치지 않습니다. 즉, 가솔린의 이론 공연비는 약 14.8입니다. 즉, 가솔린 1g을 연소하려면 14.8g의 공기가 필요합니다. 일반적으로 가솔린 엔진의 혼합은 너무 농후하고 너무 희박하다고 알려져 있으며 그 기준은 이론 공연비입니다. 공연비가 이론 공연비보다 작을 때, 혼합물의 휘발유 함량이 높으며, 이는 공연비가 이론 공연비보다 크면 공기 함량이 너무 높다고 합니다. 혼합물의 함량이 높아서 너무 희박하다고 합니다. 혼합물이 약간 너무 진할 때, 즉 공연비가 13.5-14일 때 휘발유가 가장 잘 연소되고 화염 온도가 가장 높습니다. 더 많은 연료가 공기 중의 모든 산소를 태울 수 있기 때문입니다. 경제적인 관점에서 볼 때, 혼합비가 희박할 때, 즉 공연비가 16일 때 연료 소비가 가장 적습니다. 이때 공기가 더 많기 때문에 연료가 완전히 연소될 수 있습니다. 엔진 출력의 경우, 혼합기가 풍부할 때 화염 온도가 높고 연소 속도가 빠르며 공연비가 12~13일 때 엔진 출력이 최대가 됩니다.
다중 밸브 엔진
1886년 1월 29일, 독일의 칼 벤츠는 자신이 개발한 4행정 단기통 연료 엔진을 삼륜 자동차에 장착하고 특허를 획득했습니다. 우리가 실제로 차를 갖게 된 하루의 시작이었습니다. 엔진이 자동차를 만들었다고 할 수 있다. 엔진의 기본 구조(그림 참조)는 실린더 1, 피스톤 2, 커넥팅로드 3, 크랭크샤프트 4 및 기타 주요 부품으로 구성됩니다. 각 실린더에는 흡기 밸브(파란색)와 배기 밸브가 2개 이상 있습니다. 밸브.(주황색).
밸브 기어는 엔진 밸브 트레인의 필수적인 부분이며 엔진 작동에 매우 중요한 역할을 합니다. 연료 엔진의 작동 작동은 흡기, 압축, 발전 및 배기의 네 가지 작동 프로세스로 구성됩니다. 엔진을 지속적으로 작동시키려면 이 네 가지 작업 프로세스를 순차적으로, 정기적으로 반복하고 순환해야 합니다.
작업 프로세스 중 두 가지인 흡기 및 배기 프로세스에서는 각 실린더의 작동 순서에 따라 가연성 혼합물(가솔린 엔진) 또는 신선한 공기(디젤 엔진)를 정확하게 전달하기 위해 엔진의 밸브트레인이 필요합니다. ), 연소 배기가스를 배출한다. 다른 두 가지 작업 과정인 압축 및 동력 과정의 경우, 엔진의 정상적인 작동을 보장하기 위해 가스 누출을 방지하기 위해 실린더 연소실을 외부 흡기 및 배기 채널로부터 격리해야 합니다. 위의 작업을 담당하는 구성 요소는 밸브 메커니즘의 밸브입니다. 그것은 인간의 호흡 기관과 같아서 숨을 들이쉬고 내쉬는 데 없어서는 안 될 요소입니다.
기술의 발전으로 자동차 엔진의 속도는 점점 더 빨라지고 있으며, 현대 자동차 엔진의 속도는 일반적으로 분당 5,500회전 이상에 도달할 수 있습니다. 기존 2밸브 시스템은 더 이상 짧은 시간 내에 환기 작업을 완료할 수 없으므로 엔진 성능 향상이 제한됩니다. 이 문제를 해결하는 유일한 방법은 가스의 출입 공간을 늘리는 것입니다. 즉, 공간은 시간과 거래됩니다. 멀티 밸브 기술은 이러한 문제를 해결하는 가장 좋은 방법입니다. 엔진의 전반적인 품질이 질적으로 도약한 것은 1980년대 멀티 밸브 기술이 보급된 이후였습니다.
다중 밸브 엔진은 실린더당 2개 이상의 밸브, 즉 흡기 밸브 2개와 배기 밸브 1개를 갖춘 3밸브 엔진을 말합니다. ; 흡기 밸브 3개와 배기 밸브 2개가 있는 5밸브형입니다.
현재 자동차에 들어가는 대부분의 멀티 밸브 엔진은 4밸브입니다. 4기통 엔진에는 16개의 밸브가 있고, 6기통 엔진에는 24개의 밸브가 있으며, 8기통 엔진에는 32개의 밸브가 있습니다. 예를 들어, 일본의 Lexus LS400 세단형 엔진에는 8개의 실린더와 32개의 밸브가 있습니다. 밸브 개수를 늘리면 해당 밸브 트레인 장치를 추가해야 하며 구조가 비교적 복잡하다. 일반적으로 실린더 연소실 중심선 양쪽에 배치된 밸브를 제어하기 위해 오버헤드 캠샤프트 2개를 사용한다. 밸브 헤드의 직경을 최대한 확장하고 공기 흐름 통과 면적을 늘리며 환기 성능을 향상시키고 컴팩트한 연소실을 형성하기 위해 실린더 연소실 중앙을 기준으로 양쪽에 경사진 위치에 밸브를 배치합니다. 중앙에 스파크 플러그가 있어 혼합물을 빠르게 연소시키는 데 도움이 됩니다.
밸브가 이렇게 좋은데 실린더당 밸브가 6개 이상인 엔진은 왜 볼 수 없느냐고 묻는 분들도 계십니다. 열역학에는 "커튼 면적"이라는 개념이 있는데, 이는 밸브의 둘레에 밸브의 양력을 곱한 것, 즉 밸브가 열리는 공간을 말합니다. "커튼 면적"이 클수록 밸브가 열리는 공간이 넓어지고 공기 흡입량이 늘어납니다. 아우디 100 세단의 엔진을 예로 들면, 4밸브 '커튼 면적' 값은 흡기 상태의 2밸브 '커튼 면적' 값보다 절반, 배기 상태에서는 70% 더 크다. 물론, 모든 것에 특정 적용 범위가 있습니다. 이는 밸브가 많을수록 "커튼 면적" 값이 커진다는 의미는 아닙니다. 전문가의 계산에 따르면 각 실린더의 밸브 수가 6개로 증가하면 "커튼 면적"이 커집니다. 면적" 값은 실제로 증가합니다. 밸브가 많을수록 메커니즘이 더 복잡해지고 비용도 높아집니다. 따라서 현재 승용차용 다중 밸브 연료 엔진의 각 실린더에 있는 밸브 수는 3~5개이며, 4개의 밸브가 가장 일반적입니다.
가솔린 엔진을 예로 들면 기존의 2밸브 엔진에 비해 다중 밸브 엔진은 더 많은 공기를 흡입하여 연료를 혼합하고 연소할 수 있으며, 연료를 절약하고 배기가스를 더 빠르게 배출하며 오염 물질을 배출할 수 있습니다. 적게, 엔진 출력을 향상시키고 소음을 줄일 수 있어 환경 최적화와 에너지 절약이라는 개발 방향에 부합하므로 멀티 밸브 기술을 빠르게 추진할 수 있습니다.
다중 밸브 연료 엔진이 등장하기 시작했을 때 일부 사람들은 기술적인 결함이 있고 저속에서 원활하게 작동하지 않는다고 믿었습니다. 독일의 유명한 포르쉐 자동차 회사는 이러한 견해를 가지고 있었습니다.
지속적인 기술 개선으로 다중 밸브 가스 엔진의 기술적 결함이 점차 극복되었습니다. 최근 몇 년 동안 포르쉐 자동차 회사의 944S2 세단에는 4기통, 4밸브 엔진이 장착되었습니다. 이제 전 세계 거의 모든 중급 및 고급형 세단에 다중 밸브 연료 엔진이 장착됩니다. 터보차저
대회에 참가하는 스포츠카나 포뮬러카에는 일반적으로 자동차의 출력을 더 높이기 위해 엔진에 터보차저가 장착되어 있습니다. 엔진은 실린더 내에서 연료를 연소하여 동력을 생성합니다. 실린더로 흡입되는 공기의 양에 따라 입력되는 연료량이 제한되며, 엔진 작동 성능이 이미 최고 수준인 경우 출력도 제한됩니다. 연료의 양을 늘리고 연소 작업 능력을 향상시키기 위해 실린더에 더 많은 공기를 압축해야만 출력을 높일 수 있습니다. 현재의 기술 상황에서 터보차저는 동일한 작동 효율을 유지하면서 엔진의 출력을 높일 수 있는 유일한 기계 장치입니다.
구조
터보차저는 터빈실과 과급기로 구성된 기계로, 터빈실 입구는 배기 매니폴드에 연결되고, 배기 포트는 배기 매니폴드에 연결된다. 과급기 공기 흡입구는 공기 필터 파이프에 연결되고 배기 포트는 흡기 매니 폴드에 연결됩니다. 터빈과 임펠러는 각각 터빈실과 과급기에 설치되며 동축으로 견고하게 연결됩니다.
원리
터보차저는 실제로 공기를 압축하여 공기 흡입량을 늘리는 공기 압축기입니다. 엔진에서 배출되는 배기가스의 관성운동량을 이용하여 터빈을 터빈실 내로 밀어넣고, 터빈은 차례로 동축 임펠러를 구동하여 공기 필터 파이프에서 보내진 공기를 가압하여 실린더 내로 가압합니다. 엔진 속도가 증가하면 배기가스 배출 속도와 터빈 속도도 동시에 증가합니다. 임펠러는 더 많은 공기를 실린더로 압축하므로 더 많은 연료를 연소할 수 있습니다. 엔진 속도를 조정하면 엔진의 출력을 높일 수 있습니다.
기술
터보차저는 엔진의 흡기 및 배기 매니폴드에 설치되며 고온, 고압, 고속의 작업 환경에서 매우 가혹합니다. 요구 사항이 상대적으로 까다롭기 때문에 제조 재료 및 가공 기술이 매우 까다롭습니다. 그 중 가장 제작하기 어려운 것은 터빈 샤프트의 작동을 지지하는 '플로팅 베어링'이다. 일반 베어링이 견딜 수 있다는 의미는 아닙니다. 베어링과 본체 내벽 사이에 냉각을 위한 오일이 있는데, 이를 "풀 플로팅 베어링"이라고도 합니다.
단점
터보차저는 엔진의 출력을 높이는 데 도움을 줄 수 있지만 단점도 있습니다. 그 중 가장 명백한 것은 임펠러의 지연 반응으로 인한 "지연 반응"입니다. 관성효과는 스로틀의 급격한 변화에 천천히 반응해 개선 후에도 반응시간이 1.7초로 엔진의 출력 증가나 감소를 지연시킨다. 급가속을 하거나 추월을 하려는 자동차라면 순간적으로 약간의 밋밋함을 느끼게 될 것입니다.
개선
그러나 터보차저는 결국 비영리적인 것인데, 배기가스의 에너지를 사용하지 않으면 엔진의 배기가스를 이용해 작동하게 된다. 헛된 것입니다. 따라서 터보차저의 등장 이후 배기가스 이용률을 높이기 위해 가공 정밀도를 높이고 터빈과 터빈실 내벽 사이의 간격을 최소화하는 등 기술적인 개조를 하는 경우가 많아졌습니다. 에너지; 세라믹의 저항성을 활용하기 위해 신소재 세라믹을 사용합니다. 높은 열, 강한 강성 및 가벼운 무게의 장점으로 인해 터보차저는 더 작고 부피가 작아지며 터빈의 "지연 응답" 시간을 줄일 수 있습니다. .
지난 30년 동안 터보차저는 일부 자연흡기 엔진의 본질적인 단점을 보완하고 실린더 작동량을 변경하지 않고도 엔진 작동을 증가시킬 수 있어 많은 종류의 자동차에 보급되었습니다. 출력이 10% 이상 향상되어 많은 자동차 제조사들이 이 슈퍼차저 기술을 활용하여 엔진의 출력을 향상시켜 자동차의 고성능을 구현하고 있습니다.