차란 무엇인가 – 엔진(Engine) 편 Ⅰ

차란 무엇인가 – 엔진 (Engine) 편 Ⅰ

자동차의 심장으로 이야기한다면 당연히 엔진일 겁니다. 앞으로 자동차의 부품들에 대해서 알아보고, 글을 작성하려고 하는데요 일단 엔진의 기능이나 분류 같은 것들에 대해서 간단하게 알아보고, 그 세부 부품들의 기능도 알아보려고 합니다. 오늘은 가장 기본적인 엔진에 대해서 알아보도록 하죠.

 

목차

• 엔진의 작동원리
• 엔진의 역사
• 엔진의 종류
• 1부를 마치며

 

엔진의 작동원리

이미지 일부 출처: Zephyris, " 4StrokeEngine_Ortho_3D_Small.gif " (CC BY-SA 3.0), Wikimedia Commons 출처: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:4StrokeEngine_Ortho_3D_Small.gif?uselang=ko 편집 및 수정: 차알

엔진의 작동원리는 아마도 많이들 아실 겁니다. 중고등학교 때 학교에서도 가르치는 내용이었으니까요. 엔진은 기본적으로 흡입, 압축, 폭발 배기의 4 행정 사이클의 과정을 거쳐 동력을 생산하는 장치입니다.

• 흡입 : 피스톤이 내려가면서 공기와 연료 혼합물이 실린더 안으로 들어오는 과정입니다.
• 압축 : 피스톤이 올라가면서 실린더 안으로 들어온 공기와 혼합물이 압축되는 과정입니다.
• 폭발(점화) : 가솔린 엔진은 압축된 내용물에 점화 플러그로 점화하여 폭발시키고, 디젤 엔진은 압축 착화 방식으로 폭발시켜 그 반발력으로 동력을 만들어 내는 과정입니다.
• 배기 : 폭발 연소 후 남은 배기가스를 실린더 밖으로 배출하는 과정입니다.

위 4가지 과정을 수차례 반복하면서 엔진은 차가 앞으로 나가는 동력을 만들어 냅니다.

피스톤을 가지고 있지 않은 로터리 엔진도 있으나, 피스톤이 하는 압축, 폭발의 원리를 로터가 회전하면서 대신하는 방법으로 기본적으로 4행정의 원리는 크게 다르지 않습니다.

 

엔진의 역사

초기 내연기관

자동차 엔진의 역사는 18세기 후반에 시작됩니다. 1876년 독일의 니콜라우스 오토(Nikolaus Otto)는 4행정 사이클 내연기관을 최초로 개발하게 됩니다. 이는 현대 가솔린 엔진의 기초가 되는 순간이엇습니다.

디젤 엔진

1892년 루돌프 디젤(Rudolf Diesel)은 높은 압축비를 이용하여 폭발력을 만드는 디젤 엔진을 개발하였으며, 디젤 엔진은 당시 높은 연료 효율을 보여주게 됩니다. 그래서 디젤 엔진이 상용화되는데 가속력을 얻게 됩니다.

현대의 엔진

20세기 후반부터 엔진의 연비에 도움을 주는 과급 방식(공기를 넣어주는 방법)에 다양한 변화가 생기게 됩니다. 슈퍼차저(지금은 오히려 테슬라의 충전 방식으로 더 익숙한 용어이지만, 사실 예전에 많이 쓰던 과급 방식과 이름이 같습니다)나, 터보차저 같은 방식이 여기에 속하죠. 그리고 연료 직분사, 가변 밸브 타이밍 등의 기술이 많이 도입되면서 엔진의 성능이 크게 성장하였습니다. 연비나 무게 등과 같은 면에서 엄청난 성장을 이뤘죠. 지금은 전기 모터가 발전하면서 엔진은 전기 모터와 결합하여, 더 좋은 연비와 높은 성능을 갖출 수 있게 되었습니다.

 

구조에 따른 분류

엔진의 종류를 구조에 따른 분류부터 보도록 하죠.

• 직렬 엔진 : 우선 가장 기본적인 직렬 엔진입니다. 말 그대로 피스톤이 일렬로 배치된 형태입니다. 대부분의 자동차가 여기에 속하죠. 4기통이니 6기통이니 하는 말은 피스톤이 4개이냐 6개이냐를 말하는 것으로 직렬 6기통이라고 한다면 6개의 실린더가 일렬로 나열되어 있는 엔진임을 뜻하는 것입니다.

 

• V형 엔진 : V형 엔진은 말 그대로 엔진 실린더를 V모양으로 배치하는 것입니다. 기존의 직렬 엔진보다 엔진의 길이가 짧고 무게 중심이 유리하죠. 무게 중심이 좋아진다는 것은 주행성능에 있어서 아주 유리한 이점을 가지고 올 수 있기 때문에 스포츠카나, 고성능 차량에서 많이 이용하는 방법입니다. 길이가 짧아지긴 하지만 대신 부피가 커지는 단점이 있죠.

 

• 수평 대항(박서) 엔진 : 포르쉐에서 많이 이용하는 엔진입니다. 안정성이 좋고, 진동이 적으며, 차체 중심이 낮아 연비가 좋다는 장점이 있습니다. 그리고 엔진이 서로 등을 대고 움직이는 방식이다 보니 엔진의 진동을 서로 상쇄하는 효과가 가장 커서 안전성이 높습니다. 실린더가 수평으로 움직이는 게 권투선수 같다고 하여 박서엔진으로 불리고 Flat Engine의 첫 글자 F와 기통수를 조합해 F4, F6로 표현하기도 합니다.

 

원본 이미지 출처: bukk, " Volkswagen motor cut 1945.JPG " (CC BY-SA 3.0), Wikimedia Commons 출처: [https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Volkswagen_motor_cut_1945.JPG#/media/File:Volkswagen_motor_cut_1945.JPG] 편집 및 수정: 차알

• 로터리 엔진 : 피스톤이 아닌 회전하는 로터를 이용해서 연소하는 방식입니다. 회전수가 굉장히 높고 정비성이 좋습니다. 그래서 레이싱에 강점이 있는 엔진이지만 열효율이 낮고 오일 소모가 심합니다. 또한, 배기가스 문제가 있어서 마쯔다 외의 자동차에선 쉽게 보기 힘든 엔진입니다.

 

 

1부를 마치며

엔진에 대한 이야기를 간단하게 해보려고 했는데, 역시 엔진의 이야기는 최대한 간단하게 하려고 해도 간단하게는 되지 않는 것 같네요. 포스팅이 너무 길어질 것 같아서 나머지 이야기를 다음 글에 해보려고합니다. 다음 글에서 엔진에 대한 나머지 이야기들을 같이 해보도록 할께요!

 

사진은 위키피디아에서 가져왔습니다.

 

차란 무엇인가 - 엔진(Engine) 편 Ⅱ

 

점화 플러그(Spark Plug) - 엔진에 불꽃을!