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왕복엔진

last modified: 2015-01-07 20:12:20 by Contributors

reciprocating engine, piston engine.

왕복엔진은 왕복 운동을 하는 피스톤을 써서 기체압력을 회전 운동으로 바꾸는 엔진이다. 다른 말로는 피스톤 엔진이라고도 한다. 대부분의 자동차, 오토바이의 엔진이 바로 이 왕복엔진이다.

보통 연료를 태워서 기체에 열을 가함으로써 압력을 높이지만, 어찌됐건 압력만 있으면 되므로 꼭 연료를 태울 필요는 없다. 미리 압축된 공기를 사용하는 특수한 경우도 있고, 일부 어뢰에서처럼 고압 가스가 생기는 화학반응을 일으키는 추진제를 사용하는 경우도 있다.

흔한 종류로는 내연기관, 증기기관, 스털링 기관 등이 있다. 이들은 열의 공급 방식 등이 서로 다르지만, 왕복엔진으로서의 공통적인 특징을 가진다. 즉, 실린더가 있고, 그 안에 피스톤이 있어서 왕복 운동을 한다는 점이다. 실린더 안의 기체는 이미 압력을 높인 상태로 주입되든가 (증기기관), 외부에서 열을 가해서 압력을 높이든가(스털링 기관), 아예 실린더 안에서 연소를 시켜 압력을 높이든가(내연기관) 해서 피스톤을 밀어내도록 만든다. 실린더 내의 기체가 피스톤을 끝까지 밀어내면, 엇갈려 움직이는 다른 피스톤의 움직임이나 플라이휠의 관성을 이용해서 다시 피스톤을 실린더에 가장 밀착되는 위치로 원복시킨다. 그후 다시 기체가 밀어내도록 하는 과정부터 반복. 이러한 과정에서 피스톤이 왔다갔다 하는 왕복 운동을 하므로, 왕복엔진 혹은 피스톤 엔진이라는 이름이 붙었다.

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흔히 볼 수 있는 4행정 기관. 출처 : 위키피디어
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실린더 안을 피스톤이 움직이는데, 이 때 피스톤과 실린더 벽과의 틈새로 기체가 새 버리면 말짱 꽝이므로 이 틈새가 반드시 밀폐되어야 한다. 보통 피스톤 둘레에 홈을 몇개 파고 이 곳에 링을 끼워서 실린더 벽에 단단히 밀착되도록 한다. 이 링을 피스톤 링이라 한다.

증기기관과 내연기관에서는 실린더와 피스톤 말고도 실린더 내로 기체를 드나들게 할 밸브가 필요하다. (스털링 기관은 밀봉이라 필요없음). 이런 밸브는 대개 엔진 샤프트에 연결된 이나 크랭크에 의해 피스톤의 움직임과 연동된다.

필요에 따라 다르겠지만, 대개는 크랭크샤프트를 이용해서 피스톤의 직선 운동을 회전 운동으로 바꾼다. 이 때 더 부드러운 회전을 위해서 플라이휠을 사용하기도 한다.

실린더 수(기통 수)가 많을수록 엔진이 전체적으로 더 부드럽게 움직인다. 예를 들어 일반 자동차에는 흔히 4기통이 쓰이는데, 고급차/대형차에는 6기통, 8기통, 심지어 12기통까지 쓰이기도 한다. 물론 기통수가 많아질수록 배기량(실린더 용적 X 개수)이 커지므로 출력 또한 대체로 증가한다. 조그마한 RC 모형엔진 등은 불과 몇 cc 의 배기량을 가지는 반면, 현재 사용되는 가장 큰 왕복엔진은 무려 25,480 리터(=25,480,000cc)의 배기량을 가진다. 선박용 엔진인데, 역시 덩치도 커서, 높이 13.5 m, 길이 27.3 m, 무게 2300 톤에 달한다. 출력은 114,800 마력.

실린더들을 배치하는 형태에 따라, 실린더를 세로로 가지런히 늘어놓는 직렬형 엔진, V자로 놓는 V형 엔진, 원형으로 늘어놓는 성형엔진, 서로 마주보게 놓는 수평대향 엔진 등으로 나뉜다.
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