엔진실무일반 자동차 구조실습

(1)

1. 엔진에 대해 이해 할수있다.

2. 가솔린 엔진의 3가지 중요한 조건을 설명 할수있다.

3. 내연기관의 분류에 대해 이해 할수 있다.

1.엔진개요.

2.내연기관의 분류

1) 작동 방식에 의한 분류 2) 연소 방식에 의한 분류 3)점화 방식에 의한 분류 4)밸브 배치에 의한 분류 5)엔진 구조에 의한 분류 6)실린더 수와 배치에 의한 분류

엔진에는 내연기관과 외연기관이 있다 자동차 기관은 내연기관이 무게와 성능 면에서 유리하여 장착된 다. 내연기관도 4행정과 2행정 으로 분류된다 2행정은 오토바이 에 장착된다.

연소방식 에는 정적 사이클, 정압 사이클, 복합 사이클 이 있다. 정적 사이클 은 가솔린 엔진 이고 복합 사이클 은 디젤엔진이다. 점화 방식 에도 스파크 점화식 과 압축 착화 하는 방법이 있다.

스파크 점화식 은 가솔린 엔진이고, 압축 착화 식은 디젤엔진에 해당된다.

자동차 구조실습

하성용 교수

Ⅰ. 차시

차시 횟수 2 주차 차시명

엔진실무일반

Ⅱ. 학습 개요

1) 해당 차시 학습 목표

2) 해당 차시 학습 목차(세부목차)

3) 해당 차시 에서의 Keyword

(2)

2

ⅲ. 학습 .

장제목 엔진실무일반

절제목 ^{1.엔진개요} 항제목

항(절)의 학습 내용

엔진(heat engine)이란 열에너지 를 기계적인 일로 바꾸는 장치이며, 이 열에너지 를 기계적인 일로 바꾸기 위해 그 매체로 작동물질(유체) 이 필요하다.

작동물질 은 가솔린 엔진에서는 혼합기 및 연소가스이고 증기기관 에서는 물이 된 다. 이 작동물질에 열에너지를 공급하는 방식에 따라 내연기관과 외연기관으로 나눈다.

내연기관은 엔진의 내부에서 연소가 이루어지며, 혼합기 자체가 보유한 화학적 에 너지를 연소에 의해 열에너지로 바꾸어 그 연소가스가 팽창할 때의 일을 직접 이 용한 것이다.

외연기관은 보일러나 원자로와 같이 엔진의 외부에서 발생한 에너지를 전열벽(傳熱壁)을 통해 작동물질에 가하는 것으로 증기기관이 이에 속한다.열기관을 분류하 면 다음과 같다.

※ 내연기관 종류 ① 용적형 - 가솔린 엔진(LPG엔진), 디젤 엔진, 로터리 엔진 ② 유동형 - 가스 터빈, 제트 엔진※ 외연기관 – 증기기관

※ 외연기관 – 증기기관

본 교재에서 중점적 으로 다룰 내연기관의 가솔린 엔진은 다음과 같은 3가지 중요 한 조건을 만족시켜야 한다.

첫째, 엔진 운전조건에 따라 적절한 혼합기를 공급해야 한다.

둘째, 흡입된 혼합기 를 규정의 압축압력까지 가하여 연소할 수 있도록 기화시켜 야 한다.

셋째, 압축된 혼합기가 정확한 시기에 점화되어 폭발할 수 있어야 한다.

따라서 이상과 같은 3가지 조건을 만족시킬 때 가솔린 엔진은 동력을 얻을 수 있 으며, 이러한 조건을 만족시키기 위해 엔진의 각 부품이 필요하게 된다.

비고

(3)

Ⅳ. 학습

절제목 2.내연기관의 분류

항제목 2-1 작동방식 에의한 분류

1) 4 사이클 엔진

흡입, 압축, 연소(폭발), 배기의 1사이클을 크랭크 샤프트의 2회전 즉, 피스톤의 4 행정으로 하는 엔진이다. 1행정이란 피스톤이 상사점 에서 하사점 또는 하사점 에 서 상사점간 의 직선 이동을 말한다.

(4)

4

Ⅳ. 학습

절제목 2. 내연기관의 분류

항제목 2-1 작동 방식에 의한 분류

2). 2사이클 엔진

소기, 압축, 연소, 배기의 1사이클을 크랭크 샤프트의 1회전 즉, 피스톤의 2행정 으로 하는 엔진이다.

비고

(5)

Ⅳ. 학습 .

항제목 2-2 연소방식에 의한 분류

1) 정적 사이클

일정한 용적 하에서 연소가 되는 것으로 일반적으로 가솔린 엔진이 이에 하며,4사이클을 오토 사이클(Otto cycle), 2사이클을 클러크 사이클 (Clerk cycle)이라 한다.

2) 정 압 사이클

일정한 압력하에서 연소가 되는 것으로 디젤 사이클이라고도 하며 현재 의 자동차용 고속 디젤 엔진은 이에 해당하지 않으며, 최고 회전속도가 1,000rpm이하인 대형 선박용 디젤 엔진이 이에 해당한다.

3) 복합 사이클(Dual combustion cycle)

정적 및 정 압 사이클이 복합되어 일정한 압력하에서 연소가 되는 것으 로 이를 사바테 사이클(Savathe cycle)이라고도 하며 현대자동차에서 생 산하고 있는 디젤엔진이 이에 해당한다.

정적(오토)사이클 정 압(디젤)사이클 복합(사바테) 사이클

비고

(6)

6

Ⅳ. 학습

항제목 2-3. 점화 방식에 의한 분류

1) 스파크 점화식

연료와 공기의 혼합기를 압축하여 전기 스파크에 의해 점화 연소시키는 것으로 가솔린 엔진이 이에 해당한다.

2) 압축 착화식

공기만을 압축하여 고온(500∼550℃)이 되면 여기에 연료 를 분사하여 자연 착화 시키는 것으로 디젤 엔진이 이에 해 당한다.

1) 스파크 점화방식

비고

(7)

Ⅳ. 학습

항제목 2-3 점화 방식에 의한분류

2) 압축 착화방식

비고

(8)

8

Ⅳ. 학습

절제목 2 . 내연기관의 분류

항제목 2-4 밸브의 배치에 의한 분류

1) 사이드 밸브형

Side Valve 형은 실린더의 양쪽 또는 한쪽에 밸브를 설치한 것으로 현재의 자동차용 엔진으로는 거의 쓰이지 않는다.

2) OHV형

OHV(Over Head Valve)형은 밸브를 실린더 헤드에 설치하고 캠이 푸시 로드와 로커 암을 통해 밸브를 개폐하는 것으로 보통 자동차에 많이 쓰인 다. 현대자동차의 고마력 디젤 엔진이 이 형식에 속한다.

3) OHC형

OHC(Over Head Camshaft)형은 밸브 및 캠 축이 실린더 헤드에 설치된 것으로 일반적인 가솔린 엔진이 이에 해당한다.

4) DOHC형

DOHC(Double Over Head Camshaft)형은 OHC형과 비슷하나 캠 축이 두개로 되어 있고, 흡배기 밸브가 각각 2개씩 1실린더당 4개가 있어 흡 배기의 효율을 높일 수 있는 형식으로 중형급 이상 차량에 주로 사용된다

.

비고

(9)

Ⅳ. 학습

장제목 ^{엔진실무일반}

항제목 2-5 엔진구조에 의한 분류

엔진구조 에는 1) 정지 부품 2) 운동부품

3)부속 장치 부품 으로 크게 나누어진다.

1) 정지부품 에는 ① 구조부품 ② 흡배기 장치

③ 베어링 나누어 진다.

① 구조부품 - 실린더 블록 ( CYL – BLOCK ) - 실린더 헤드 ( CYL – HEAD ) - 오일 팬 ( OIL PAN )

- 로커 커버 ( ROCKER COVER )

② 흡배기장치 - 에어 크리너 ( AIR CLEANER ) - 흡기 다기관 ( IN - MAIN ) - 배기 다기관 ( EX – MAIN )

③ 베어링 - 크랭크 축 베어링 ( MAIN – BRG )

- 크랭크 축 핀 베어링 ( CON – ROD BRG )

비고

(10)

10

Ⅳ. 학습

항제목 2-5 엔진 구조에 의한 분류

2) 운동 부품 에는

① 피스톤 및 크랭크 축 기구 ② 밸브 개폐기구 가 있다.

① 피스톤 및 크랭크축 기구 – 피스톤및 피스톤링 (PISTON ASSY) - 커넥팅 로드 ( CON – ROD ) - 크랭크 축 ( CRANK SHAFT ) - 플라이 휠 ( FLY WHEEL )

② 밸브 개폐기구 – 캠축 ( CAM CHAFT ) - 로커 암 및 축

- 흡기 배기 밸브 및 스프링

3) 부속장치 부품 - 냉각 장치 - 윤활 장치 - 전기 장치 - 연료 장치

- 배출가스 대책장치

비고

(11)

Ⅳ. 학습

장제목 엔진일반

항제목 2-5 엔진 구조에 의한분류

-. 엔진 구조 ( 입체적 으로 표현 )

비고

(12)

12

Ⅳ. 학습

장제목 ^엔진일반

항제목 2-6 실린더 수와 배치에 의한 분류

자동차용 가솔린 엔진에는 4, 6 실린더로 된 것이 많고, 높은 출력이 요구되는 엔진에서는 8, 12 실린더를 쓰는 경우도 있다.

실린더의 배치는 주로 4실린더인 경우 직렬형(L형)을 많이 이용하고 있고, 6실린 더 이상인 엔진에서는 V형을 많이 채용하고 있다.

1) 실린더 수에 따른 분류 : 3기통, 4기통, 6기통, 8기통 2) 기통 배열에 따른 분류 : 직렬엔진, V형엔진, 수평대향 엔진

비고

(13)

Ⅳ. 평가

번호 문제 정답 및 해설

1

1.다음 중 엔진(heat engine) 에 대한 설명 중 맞지 않는 것은 ?

①기계적인 일을 열 에너지로 바꾸는 장치다.

②엔진에는 외연기관과 내연기관 있다.

③내연기관은 엔진내부 에서 연소가 이루어진다.

④화학적인 에너지가 연소에 의해 연 소가스가 팽창 할때의 일을 직접 이용 한다.

①

엔진은 열에너지를 기계적인 일로 바꾸 는 장치이다.

2

2.가솔린 엔진에서 연소 시 3 가지 중 요 조건이다, 맞지 않는 것은?,

① 운전 조건에 따라 적절한 혼합기 를 공급한다.

② 가솔린기관은 압축 시 온도가500℃

이상 되어야 한다.

③혼합기 를 규정의 압축 압력까지 가 하여 연소 할수 있도록 기화 시킨다.

④혼합기 를 정확한 시기에 점화되어 폭발할 수 있어야 한다.

②

※디젤기관은 압축 시 온도가500℃이상 되어야 한다. 가솔린기관 은 압축시 온 도가 높으면 자기착화가 발생하여 노킹 이 발생한다.

3

3.연소방식에 의한 분류에서 설명 중 맞지 않는 것은?

①정적 사이클 – 가솔린엔진에 해당된 다.

②정압 사이클 – 1000rpm 이하의 대 형 선박용 디젤엔진.

③복합 사이클 – 자동차용 디젤엔진이 해당된다.

④오토사이클 – 일정한 압력 하에서 연소한다.

④

※정적사이클 – 일정한 압력 하에서 연 소한다.

오토 사이클을 정적 사이클이라 한다.

일정한 체적 상태에서 연소되므로 정적 사이클이라 한다.

4

4. 엔진 구조에서 부속장치 부품이 아 닌 것은?

①냉각장치

②윤활장치

③변속기

④연료장치

③변속기

※ 엔진에 필요한 부속장치는 냉각장치, 윤활장치, 전기장치, 연료장치, 배출가 스 대책장치가 필요하다.

변속기는 동력을 차단하거나 전달한다.

(14)

14

-엔진 (heat engine) 에는 내연기관과 외연기관이 있다.

자동차용 엔진은 내연기관을 사용하고 외연기관은 증기기관이다.

내연 기관은 엔진 내부에서 연소가 이루어 진다.

연료 자체가 보유한 에너지를 연소에 의해 열에너지로 바꾸고 ( 온도상승)그 연소 가스가 팽창 할때 (압력상승) 의 일을 직접 이용한 것이다.

쉽게 표현하면 연료를 연소하면 연소실에서 온도가 상승하고 온도가 상승한 만큼 연 소실내의 연소가스가 팽창 하므로 이것은 연소실 내부에서의 높은 압력이 된다.

이 압력은 피스톤을 하강시키는 힘이 되므로 기계적인 일을 할 수가 있다.

즉 크랭크축의 회전력 을 엇을수 있다.

1. 4사이클엔진 – 자동차용 기관

2사이클엔진 – 오토바이 기관

2. 연소 방식에 의한 분류

정적 사이클 – 일정한 체적 하에서 연소 ( 가솔린 엔진) 정압 사이클 – 일정한 압력 하에서 연소 ( 선박용 엔진) 복합사이클 – 정적 및 정 압 하에서 연소 ( 자동차 디젤 엔진) 3. 점화 방식에 의한 분류

스파크 점화 식 - 가솔린 엔진

압축 착화식 - 디젤 엔진 ( 스파크 플러크 없다. ) 4.엔진 구조에 의한 분류

정지부품 – 구조부품, 흡 배기 장치, 베어링

운동부품 – 피스톤 및 크랭크축 기구, 밸브개폐 기구.

부속장치부품 – 냉각장치, 윤활장치, 전기장치, 연료장치, 배출가스 대책장치.

Ⅴ. 핵심 정리

(15)

1. 엔진주요 부품 시스템별 기능과 특성을 이해할 수 있다.

2. 엔진주요 정지부품의 구조를 이해할 수 있다.

1.엔진주요부 2.정지부품 3 흡배기 장치 4.베어링

가솔린 엔진을 구성하는 부품을 크게 나누면 정지부품, 운동부품 및 부속장치가 있으며 정지 부품에는 실린더 블록, 실린더 헤드, 로커 커버 등 엔진 전체의 골격과 외곽을 형성하는 구성 부분으로 되어 있으며 공기 청정기, 흡배기 매니홀드 및 엔진 베어링 등이 포함된다.

자동차 구조 실습

Ⅰ. 차시

차시 횟수 2주차 차시명

엔진본체(정지부품)

Ⅱ. 학습 개요

3) 해당 차시에서의 Keyword

(16)

16

Ⅳ. 학습

장제목 엔진본체(정지부품)

절제목 ^{엔진 주요부} 항제목

1. 엔진주요부

엔진의 일반적인 구조는 아래 그림 1-1과 같이 피스톤(Piston), 커넥팅 로드 (Connecting rod), 크랭크 축(Crank shaft)의 기구로 구성되어 있으며, 진원통으 로 된 실린더 안에서 피스톤이 기밀을 유지하면서 직선 왕복운동을 하여 그 왕복 운동을 커텍팅 로드를 통해 크랭크 축의 회전운동으로 변환시킨다.

연료의 화학적인 에너지는 혼합기의 연소에 의해 열 에너지(가스의 압력)로 변하 고 이 팽창 압력은 피스톤을 밀어 내리면서 크랭크 축을 회전시켜 기계적인 에너 지(동력)로 바꾸어 외부에 일을 하게 된다.

혼합기의 연소로 피스톤에 가해진 동력은 간헐적인 것이므로 크랭크 축을 원활히 회전시키기 위해서 크랭크 축에는 플라이휠이 달려 있다.

가솔린 엔진을 구성하는 부품을 크게 나누면 정지부품, 운동부품 및 부속장치가 있으며, 정지부품에는 실린더 블록, 실린더 헤드, 로커 커버 등 엔진 전체의 골격 과 외곽을 형성하는 구성부분으로 되어 있으며, 공기 청정기, 흡배기 매니폴드 및 엔진 베어링 등이 포함된다.

운동부품은 위에서 설명한 피스톤-크랭크 기구 부품과 캠 축 및 흡배기 밸브 등의 밸브 개폐기구가 포함된다.

부속장치의 부품으로는 혼합기를 형성하는 연료장치 부품(기화기, 연료펌프 등), 혼합기에 점화하는 점화장치 부품(배전기, 점화 코일 등), 운동부분에 오일을 공급 하는 윤활장치 부품(오일 펌프, 오일 필터 등), 엔진의 온도를 제어하는 냉각장치 부품(워터 펌프, 서모스탯 등), 유해 가스를 제어하는 배기가스 대책장치 등이 있 다.

표1-1 엔진구조에 의한 분류

비고

(17)

Ⅳ. 학습

절제목 ^정지부품 항제목

그림1-1 엔진의 구조 2. 정지부품

엔진의 정지부품으로는 실린더 블록, 실린더 헤드, 오일 팬 및 로커 커버 등의 엔 진의 전체 골격과 외곽을 형성하는 구조부품과 흡배기 장치 및 엔진 베어링 등이 포함된다.

2-1 구조부품 1) 실린더 블록

실린더 블록(Cylinder block)은 엔진의 기초가 되는 부분으로 자동차 엔진에서는 보통 4∼12개의 실린더가 있다. 실린더는 피스톤이 왕복운동을 하는 부분으로 피 스톤 행정의 약 2배의 길이이고 진원통으로 가공되어 있으며, 실린더의 직경과 길 이에 따라 엔진 배기량이 달라진다.

실린더 주위에는 연소가스에 의해 받은 열을 외부로 방출하기 위한 워터 재킷 (Water jacket)과 주 운동부분의 윤활을 위한 오일 순환 통로가 있다.

실린더 블록의 윗면에는 실린더 헤드가 장착되고 아래쪽 크랭크 케이스실 중앙 부 위에는 크랭크 축이 장착되는 크랭크 보어가 정밀하게 가공되어 있다.

실린더 블록 아래 끝에는 오일을 저장하는 오일 팬(Oil pan)이 장착되고, 블록 전 면은 오일 펌프가 내장된 프런트 케이스가 장착되어 있다.

(18)

18

Ⅳ. 학습

항 또는 절 단위로 정리해주시기바랍니다.

그림 2-1 실린더블록

실린더는 고온 고압의 팽창가스에 노출되기 때문에 충분한 강도와, 일정한 온도 (200∼300℃)에서 작동될 수 있도록 열전도율이 좋아야 하며, 피스톤의 왕복운동 (피스톤 접동속도 10∼20m/s)에 충분히 견딜 수 있는 내마멸성이 우수한 재질을 사용해야 한다.

실린더 블록의 재질은 일반적으로 특수 주철을 주조하여 사용하는 경우가 많으나, 일부의 엔진에서는 알루미늄 합금의 주물을 쓰는 경우도 있다.

가솔린 엔진의 실린더는 다음 그림2-2과 같이 실린더 블록과 일체형으로 주조하 여 사용하는 경우가 많고, 디젤 엔진의 실린더는 건식 라이너를 사용하는 경우(소 형 디젤)와 습식 라이너를 사용하는 경우(대형디젤)도 있다.

이러한 라이너를 별도로 삽입하는 이유는 실린더 내경이 마멸되었을 때 신품 라이 너와 용이하게 교환하기 위해서이다.

비고

(19)

Ⅳ. 학습

그림2-2 일체형 실린더와 라이너

2) 실린더 헤드

실린더 헤드(Cylinder head)는 실린더 블록 위에 설치되며, 가스나 물이 새는 것을 방지하기 위해 개스킷을 대고 볼트로 조여 블록에 결합되어 있다.

헤드의 안쪽은 피스톤 및 실린더와 함께 반구형과 쐐기형(pent roop)의 연소실을 형성하고 있으며, 헤드의 위쪽은 캠 축과 밸브 및 밸브 개폐기구가 설치되어 있고 그 외부에는 흡배기 매니폴드 및 점화 플러그 등이 부착되어 있다.

실린더 헤드의 재질은 일반적으로 가솔린 엔진의 경우 알루미늄 합금을 쓰고, 디 젤 엔진에서는 주철로 쓰는 경우가 많다. 알루미늄 합금은 주철에 비해 열전도가 매우 좋기 때문에 연소실 온도를 낮출 수 있는 장점이 있는 반면 열팽창 계수가 커 서 변형이 생기기 쉽고 강도가 작은 결점도 있다. 따라서 밸브 가이드와 밸브 시트 는 별도의 재료로 만들어 끼워 사용하고 있다.

비고

(20)

20

Ⅳ. 학습

그림 2-3 실린더 헤드) 오일 팬 및 로커 커버

3) 오일 팬 및 로커카바

오일 팬은 2-4 그림과 같이 강판을 프레스로 가공하여 만든 엔진 오일 통으로 이 것은 액상 개스킷을 바르고 실린더 블록의 크랭크 케이스실에 장착된다.

이것은 엔진 오일을 저장하기 쉽도록 한 섬프(일부를 더 깊게 만든 부분)와, 섬프 아래 부분에는 오일을 배출시킬 수 있는 드레인 플러그가 있다. 또한 오일 팬은 가 열된 엔진 오일을 식히기 위해 대기중으로 열발산시키는 역할(냉각)을 하며, 후륜 구동용(FR)차량 엔진에서는 차량 전후의 움직임에 따라 발생하는 오일의 유동을 막아 공기가 흡입되지 않도록 하기 위해 칸막이를 설치 하기도 한다. 전륜구동형 (FF) 자동차에서는 엔진을 횡배치하기 때문에 칸막이의 설치가 필요없다. 로커 커 버는 실린더 헤드 윗부분에 개스킷과 같이 장착되어 로커 암축 및 밸브 개폐기구 를 보호하는 커버로서, 로커 커버의 윗부분에는 오일을 주입할 수 있는 오일주입 구 및 오일 필러 캡이 있고, 브리더 호스가 연결되는 튜브와 블로바이가스를 제어 하는 PCV(Positive Crankcase Ventilation)밸브가 로커 커버의 측면에 부착되어 있다.

비고

(21)

Ⅳ. 학습

그림 2-4 오일팬 및 로커카바

그림 2-5 분할형 오일팬(자동차 구조 교재56P)

4) 프런트 케이스

프론트 케이스는 개스킷과 함께 실린더 블록 앞쪽에 장착되며, 중앙 부위에는 크 랭크 축용 오일 실이 있고 오일 실 뒤편에는 기어식 오일 펌프가 크랭크 축에 결합 된다.

또한 프런트 케이스의 측면에는 오일의 압력을 일정한 상태로 조절하는 릴리프플 런저(Relief Plunger)와 오일 필터가 장착될 수 있도록 되어 있다.

(22)

22

Ⅳ. 학습

항 또는 절 단위로 정리해주시기바랍니다.

그림 2-6 프런트 케이스

비고

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Ⅳ. 학습

절제목 ^{흡배기 장치} 항제목

엔진을 작동시키기 위해서 실린더 안에 혼합기를 흡입하기 위한 장치는 공기 청정 기, 기화기 및 흡기 매니폴드가 있고, 또 혼합기가 연소한 후 그 연소 가스를 외부 로 배출하기 위해 설치된 장치는 배기 매니폴드, 배기 파이프, 3원촉매 및 소음기 로 구성되어 있다.

3-1 공기청정기

공기 청정기는 공기 중에 함유되어 있는 모래나 먼지 등을 제거 분리하며 깨끗한 공기가 엔진에 공급되도록 하고 공기가 흡입될 때 발생하는 소음을 억제하며 역화 시에 불길을 저지하기도 하다.

공기속의 모래나 먼지 등이 엔진에 흡입되면 연마제가 되어 실린더와 피스톤의 마 멸 또는 윤활유를 오염시켜 베어링 등의 마멸을 촉진시킨다.

그림 3-1 공기청청기의 구조 (사각형) (자동차구조 교재 58P)

비고

(24)

24

Ⅳ. 학습

3-2 흡기 매니홀드

혼합기를 실린더로 안내하는 통로이며 실린더 헤드 측면에 설치된다. 흡입 다기관 은 각 실린더에 균일하게 분배 되도록 하여야 하며 유체 충돌을 방지하여 흡이효 율이 저하되지 않도록 굴곡이 있어서는 안되며 연소가 촉진되도록 혼합기에 와류 를 일으키게 하여야 한다.엔진의 작동 중 흡입 다기관은 실린더에서 흡입 작용으 로 항상 진공상태에 있게되고 공전 상태에서는 45cmHg~50cmHg의 진공을 유지 하여 브레이크 배력 장치 및 크랭크 케이스환기와 점하장치의 진각기구 등에 활용 되고 있

비고

(25)

Ⅳ. 학습

3-3 배기 매니홀드

배기 매니홀드(Exhaust Manifold)는 실린더 안에서 연소된 배기가스를 모아서 배 기 파이프로 배출하기 위한 부품으로 보통 주철로 되어 있으며 모양은 흡기 매니 홀드 와 비슷하고 실린더 헤드에 장착되어 있다. 배기 매니홀드에는 연소되고 난 가스의 잔류 산소량을 검출하는 산소센서가 부착된다.

그림 3-3 배기 매니홀드

(26)

26

Ⅳ. 학습

절제목 ^{흡배기장치} 항제목

그림 3-4 흡배기 장치

2-3 베어링

크랭크 축의 저널 부분이나 크랭크 핀 부분에 사용하는 베어링은 일반적으로 분활 형을 쓰고 캠축 저널 부분 및 카운트 밸런스 샤프트 베어링은 원통형의 삽입식 미

끄럼형 베어링을 사용한다

.

그림 2-17 베어링의 구조 (자동차구조 교재60P)

비고

(27)

Ⅳ. 학습

절제목 ^베어링

항제목

4 베어링

크랭크 축의 저널 부분이나 크랭크 핀 부분에 사용하는 베어링은 일반적으로 분활형 을 쓰고 캠축 저널 부분 및 카운트 밸런스 샤프트 베어링은 원통형의

삽입식 미끄럼형 베어링을 사용한다

.

그림4-1 베어링 의 구조

비고

(28)

28

Ⅳ. 평가

1

1.엔진의 구조중 정지부품이 아닌것 은?

①실린더 블록 ②오일 팬 ③흡기 다기관 ④커넥팅 로드

④ 커넥팅 로드는 피스톤 과 연결된 운 동 부품이다.

2

2. 혼합기를 실린더로 안내하는 통로 이며 실린더 헤드 측면에 설치 되는 부 품은?

①흡기 매니홀드 ②오일 팬 ③로커 카바 ④프런터 케이스

①

3

3. 엔진의 기초가 되는 부분으로 자동 차 엔진에서는 보통 4∼10개의 실린더 가 가공되어 있는 부품은?

①실린더 헤드 ②실린더 블록 ③프런트 케이스 ④배기 매니홀드

② 실린더 블록 윗면에는 실린더 헤드가 장착되고 아래 끝에는 오일 팬이 장착된 다.

4

4. 연소 가스를 외부로 배출하기 위해 설치된 장치중 아닌것은?

①배기 매니홀드 ②배기 파이프 ③소음기 ④에어 크리너

④ 에어 크리너는 혼합기를 흡입하기 위 한 장치다.

(29)

- 엔진의 일반적인 구조 중 정지부품 으로는 실린더 블록, 실린더 헤드, 오일팬, 로커 커버, 에어 크리너, 흡기 다기관, 배기 다기관 , 크랭크 축 베어링 등으로

구성되 어 있다..

1. 실린더 블록

엔진의 기초가 되는 부분으로 보통 4∼10개의 실린더가 가공되어 있음.

2. 실린더 헤드

실린더 블록 위에 설치되며 가스나 물이 새는것을 방지하기 위해 개스킷을 대고 볼트로 조여 블록에 결합되어 있음.

3. 오일 팬

엔진 오일 통으로 실린더 블록의 크랭크 케이스실에 장착됨.

4. 흡배기 장치

엔진을 작동시키기 위해서 실린더 안에 혼합기를 흡입하기 위한 장치는

공기 청정기, 흡기 매니홀드가 있고 연소 가스를 외부로 배출하기 위해 설치된 장치는 배기 매니홀드, 배기 파이프, 3원촉매 및 소음기로 구성됨.

5. 베어링

크랭크 축의 저널 부분과 크랭크 핀에 사용하는 분활형 베어링등 있다.

Ⅴ. 핵심 정리

(30)

30 1. 엔진주요 운동부품의 구조와 특성을 이해할 수 있다.

2. 엔진별 벨트의 특성 및 구동방식 을 이해할 수 있다.

1) 피스톤 2) 크랭크 기구 3) 밸브 개폐기구

가솔린 엔진을 구성하는 부품 중 운동부품 의 요소인 피스톤 과 커넥팅 로드 의 작동원리 및 특성 을 이해하며 크랭크 축을 구성하는 각종 주요부의 역할 및 밸브 개폐기구 와 밸브 개폐시기 의 원리 및 캠 축 의 기능과 엔진 특성별 타이밍 벨트의 구동 방식을 이해함.

자동차 구조 과정 기초 원고

Ⅰ. 차시

차시 횟수 5차시 차시명

엔진본체(운동부품)

Ⅱ. 학습 개요

3) 해당 차시에서의 Keyword

(31)

Ⅳ. 학습

장제목 엔진본체 (운동부품)

절제목 ^피스톤

항제목

1-1 피스톤 1) 피스톤

피스톤(Piston) 은 실린더 안을 왕복운동하여 동력행정에서 고온,고압의 가스 압 력 을 받아 커넥팅 로드를 통해 크랭크 축에 회전력을 발생시키는 일을 한다 피스 톤 헤드는 고온(2000도이상)의 연소가스에 노출되고 30∼40kg/㎠의 압력을 충격 적으로 받으며 실린더 안에서 고속운동(약 10~20m/s)을 하기 때문에 큰 마찰이 생기므로 이러한 악 조건에서 그 기능을 발휘할 수 있는 알루미늄 합금 피스톤을 이용하고 있다. 피스톤의 주요 부분으로는 피스톤 헤드,링 지대,스커트(Skirt), 보 스(Boss) 등으로 되어 있으며 피스톤 헤드는 연소실의 일부를 형성하고 고온에 의 한 팽창을 고려하여 스커트 부분의 지름보다 작게 되어 있다.피스톤 윗부분의 둘 레에는 링지대가 있어 두개의 압축 링과 하나의 오일 링이 삽입되어있다. 압축링 은 압축과 팽창시의 기밀을 유지하고 피스톤이 받은 높은 열을 실린더 블록으로 전달하며 오일이 연소실로 들어가지 못하도록 최소한의 유막을 남겨 놓고 긁어 내 리는 역할을 한다. 오일 링은 실린더 보어에 윤활유가 균일하게 묻을 수 있도록 하 고 여분의 오일을 긁어 내리는 역할을 한다.피스톤 스커트부는 피스톤이 왕복운동 을 할 때 가이드 역할을 하며 보스 부분은 피스톤 핀이 장착되는 부분으로 냉각시 는 타원형이나 웜업시는 팽창하여 진원으로 된다.

그림 1-1 피스톤의 연결부품

(32)

32

Ⅳ. 학습

장제목 엔진본체(운동부품)

항제목

그림 1-2 피스톤의 구조

2) 피스톤 핀

피스톤 핀은 피스톤과 커넥팅 로드를 연결하는 핀으로, 피스톤 핀 중앙부에 커넥 팅 로드가 결합되고 핀의 양쪽은 피스톤 보스에 지지된다. 피스톤 핀의 설치 방법 에는 반부동식과 부동식이 많이 이용되고있다.반부동식은 가솔린 엔진에서 많이 이용되고 있는 방식으로, 그림3-3과 같이 커넥팅 로드의 작은쪽에 피스톤 핀이 압 입되는 형식이다. 부동식은 피스톤 보스 양쪽에 스냅링이 설치되어 있고 커넥팅 로드의 작은쪽에는 부싱이 끼워져 있는 형식으로 디젤 엔진에서 많이 이용되고 있 다

비고

(33)

Ⅳ. 학습

항제목

그림 1-3 피스톤 핀의 설치방법

3) 커넥팅 로드

커넥팅 로드(Connecting)는 피스톤과 크랭크 축을 연결하는 맏대로 작은끝(Small end) 은 피스톤 핀과 연결되고 큰 끝(Big end)은 분활되어 크랭크 축의 크랭크 핀 과 커넥팅 로드 캡에 의해 연결된다.커넥팅로드는 운전중 압축력, 인장력, 휨 등의 하중을 반복하여 받기 때문에 이것을 충분히 견딜 수 있는 강도와 강성이 필요하 고, 또 무게를 커넥팅 로드는 운전중 압축력, 인장력, 휨 등의 하중을 반복하여 받 기 때문에 이것을 충분히 견딜 수 있는 강도와 강성이 필요하고, 또 무게를 볍게 하기 위하여 Ⅰ형 단면으로 되어 있다. 재질은 니켈 크롬강, 크롬 몰리브덴강, 탄 소강 등을 사용하여 형타 단조(Drop forging)하여 만든다.

그림 1-4 커넥팅 로드 구조(자동차구조 교재64p)

(34)

34

Ⅳ. 학습

절제목 ^{크랭크 기구} 항제목

1) 크랭크 축

크랭크 축(Crank shaft)은 크랭크 케이스 안에 설치된 메인 베어링과 캡에 지지되 어 각 실린더의 동력행정에서 발생한 피스톤의 직선운동을 커넥팅 로드를 통해 회 전 운동으로 바꾸고, 반대로 다른 행정에서는 피스톤에 운동을 가해 연속하여 동 력을 발생하는 중요한 기능을 가지고 있다.

크랭크 축의 주요부로는 메인 베어링에 지지되는 메인 저널, 커넥팅 로드가 연결 되는 크랭크 핀, 메인 저널에서 크랭크 핀을 연결하는 크랭크 암과, 핀의 평형을 유지하기 위해 설치된 평형추(Balance weight)가 있으며, 뒤 축 끝에는 플라이휠 을 설치하기 위한 플렌지와 플렌지 외경에는 오일의 유출을 막는 리어 오일 실이 장착되고, 앞쪽에는 캠축을 구동하기 위한 크랭크 스프로킷과 워터 펌프, 발전기 를 구동할 수 있는 크랭크 풀리가 장착된다.

크랭크 축 내부에는 커넥팅 로드 베어링의 윤활을 위해 저널에서 핀까지 오일 구 멍이 가로질러 가공되어 있다.

그림 2-1 크랭크축 의 구조

비고

(35)

Ⅳ. 학습

절제목 ^{크랭크 기구} 항제목

2) 플라이 휠

플라이휠은 주철제로 만들어 크랭크 축 뒤쪽의 플렌지에 고정되어 있다.

크랭크 축은 동력행정에서만 큰 회전력을 얻을 뿐 그 밖의 행정에서는 오히려 회전을 멈추려고 하는 힘이 작용하므로 플라이휠을 부착해서 회전 관성 을 이용하여 회전속도의 변동을 적게 하고 원활한 회전을 하도록 하고 있 다.

따라서 플라이휠은 회전중의 관성을 크게 하고 또 중량은 가볍게 하기 위해 중심 부분은 얇게 하고 주위는 두껍게 한 원판으로 되어 있다.플라이휠의 뒷면 은 클러치의 마찰면으로 이용하며, 바깥 둘레에는 엔진을 시동할 때 스타 트 모터의 피니언 기어와 맞물려 돌아가도록 링 기어가 열 박음으로 압입 되어 있다. 자동변속기인 경우에는 토크 컨버터가 플라이휠과 동일한 역 할을 한다

그림 2-2 플라이 휠의 구조

비고

(36)

36

Ⅳ. 학습

절제목 ^{밸브 개폐기구} 항제목

3-1 밸브 개폐기구

4사이클 엔진의 캠 축은 크랭크 축 2회전마다 1회전하도록 스프로킷의 기 어비가 구성되어 있으며, 캠 축의 회전에 따라 로커 암 축에 설치된 로커 암 이 작동되고 이 로커 암의 운동은 밸브를 개폐시킨다. 피스톤 운동에 따라 정확한 밸브의 개폐작용을 위해 크랭크 스프로킷과 캠 스프로킷에는 조립 표시가 있어 조립할 때에는 이 표시를 맞추어야 한다

1) 밸브

밸브(Valve)는 동력행정에 필요한 혼합기를 연소실안으로 흡입하고 또 연소 가스를 외부로 배출하기 위해 1개의 실린더에 다음 그림과 같은 흡배기 밸 브를 각각 1개씩(알파 엔진은 흡기 2개와 배기 1개, DOHC 엔진은 흡기 2개 와 배기 2개) 설치되어 있다.

엔진의 출력은 밸브 헤드부분 지름의 크기에 따라 밀접한 관계를 가지며, 밸 브 지름이 큰 편이 흡배기 효율이 좋으나 배기밸브는 냉각이 곤란하므로 흡 기 밸브보다 밸브 지름을 작게 하고 있다.

2) 밸브시트와 밸브 가이드

밸브 시트는 밸브 페이스(Face)와 밀착하여 연소실의 압력이 새는 것을 방 지하며, 밸브 헤드의 열을 받아 실린더 헤드의 냉각수 통로로 전달도 한다.

밸브 시트는 항상 고온가스에 노출되고 또 밸브와 접촉을 하기 때문에 알루 미늄제의 실린더 헤드에 내열강으로 만든 밸브 시트링을 열박음한 후 시트 자리를 가공한다.밸브 가이드는 보통 주철로 만든 다음 실린더 헤드에 압입 시킨 후 가이드 내경을 정밀하게 다듬질하여 밸브의 밀착이 잘 되도록 안내 역할을 한다.밸브 가이드와 밸브 스템의 틈새를 통해 엔진 오일이 연소실로 침입하는 것을 방지하기 위해 밸브 스템부위에는 밸브 스템 실을 장착한다.

3) 밸브 스프링

밸브 스프링은 밸브가 닫혀 있는 동안에 밸브 시트에 밀착시켜 실린더 안의 기밀을 유지하고, 또 밸브가 운동하는 동안에는 로커 암을 캠 면에 밀어서 캠의 모양대로 확실하게 작동하여 서로 떨어지지 않도록 하는 일을 한다.

비고

(37)

Ⅳ. 학습

항(절)의

학습 내용

그림 3-1 밸브 개폐기구

그림 3-2 밸브 구조(자동차 구조 교재 67p)

(38)

38

Ⅳ. 학습

그림 3-3 밸브 스프링

4) 캠축

캠축(Cam shaft)은 흡배기 밸브수와 동일한 수의 캠과, 캠 축을 실린더 헤드에 지 지하는 저널로 구선 되어 있으며,.밸브의 운동상태와 밸브가 열려있는 기간 및 밸 브의 열림량 등은 캠의 형상에 따라 정해지며, 캠이 회전하면 로커 암은 그 양정 곡선을 따라 움직이면서 밸브를 밀어 주고, 기초원(Base circle)부에 이르게 되면 밸브는 스프링 힘에 의해 닫히게 된다.캠축의 구동방식은 SOHC 및 DOHC엔진인 경우 체인 구동식과 벨트 구동식이 이용되고 있으며, 근간에 나온 NF-소나타 와 TG-그랜저(2.7 제외) 같은 차종은 체인 구동방식을 적용시켰다.

비고

(39)

Ⅳ. 학습

항(절)의

학습 내용 그림 3-4 캠축

5) 밸브 개폐시기

크랭크 축의 회전에 맞추어 밸브의 개폐를 정확히 유지하는 것을 밸브 개폐시기 (Valve timing)라 하고 다음 그림과 같이 표시한다.

흡입 밸브는 흡기의 관성을 이용하여 혼합기를 될 수 있는 대로 많이 실린더 안으 로 흡입하기 위해 상사점 12。전에 열린다.(차종마다 조금씩 상이)배기 밸브는 동 력(폭발)행정이 끝나기 직전인 하사점 전 52。에서 밸브를 열어서 연소가스를 신 속히 배출하고 상사점 후 12。까지 열어두어 배기를 완전히 시킨다. 또한 흡입 밸 브와 배기 밸브가 모두 열려 있는 시기를 밸브 오버랩(Valve over lap)이라 하며 이것은 혼합기의 체적 효율을 높이는 데 목적이 있다.

그림 3-5 밸브 개폐시기선도(자동차구조 교재 71p)

비고

(40)

40

Ⅳ. 학습

그림 3-6 캠의 형상

6) 밸브 간극

밸브 기구의 각 부품은 엔진의 온도 상승에 따라 팽창하므로 이 기구내에 간극을 두지 않으면 밸브가 닫힐 때 밸브 페이스 면과 밸브 시트가 밀착되지 않고 가스가 샌다. 이를 방지하기 위하여 반드시 규정의 간극을 두어야 한다.밸브 간극이 규정 치를 벗어날 경우는 소음(Valve noise)이 발생되고 규정치에 미달될 경우에는 부 조의 원인이 되기도 한다. 최근 엔진에서는 유압을 이용한 자동 유압간극 조절기 (Hydraulic lash adjuster)를 사용하여 밸브 간극을 항상 0(제로)이 되도록 하고 있 다.

비고

(41)

Ⅳ. 학습

그림 3-7 유압식 밸브 간극 조정기

그림 3-8 벨트 구동방식 (자동차 구조 교재 70P)

비고

(42)

42

Ⅳ. 평가

1

1.엔진의 구조중 운동부품이 아닌것 은?

①크랭크 축 ②캠 축 ③에어 크리너 ④커넥팅 로드

③ 에어 크리너는 정지부품 이다.

2

2. 피스톤 링의 기능이 아닌것은?

①기밀 작용 ②오일제어 작용 ③열전도 작용 ④윤활 작용

④

3

3. 플라이 휠에 대한 다음 글 중 맞는 것을 고르시오

①회전력을 일정하게 유지하기 위하 여 사용함

②평행 크랭크 기구애 사용함 ③속도의 변화를 일으키려고 사용함 ④크랭크가 원동절인 경우에 사용함

① 플라이휠 은 회전 관성을 이용하여 회전속도의 변동을 적게하고 원활한 회 전을 하도록 하고 있다..

4

4. 피스톤 핀의 설치 방법이 아닌것은?

①고정식 ②요동식

③반부동식 ④전부동식 ②

(43)

- 엔진의 일반적인 구조 중 운동부품 으로는 피스톤 및, 피스톤 링 과 커넥팅 로 드 , 크랭크 축, 플라이 휠 , 밸브 개폐기구 및 캠축, 흡 배기 밸브 등으로 구성 되어있다.

1. 피스톤

실린더 안을 왕복운동하여 동력행정에서 고온, 고압의 가스 압력을 받아 커넥팅 로드를 통해 크랭크 축에 회전력을 발생시키는 일을한다.

2. 커넥팅 로드

피스톤과 크랭크 축을 연결하는 막대.

3. 크랭크 축

각 실린더의 동력행정에서 발생한 피스톤의 직선운동을 커넥팅 로드를 통해 회전 운동으로 바꾸고 다른 행정에서는 피스톤에 운동을 가해 연속하여 동력을 발생 시킴.

4. 플라이 휠

회전 관성을 이용하여 회전속도의 변동을 적게하고 원활한 회전을 하도록 함.

5. 밸브

동력행정에 필요한 혼합기를 연소실 안으로 흡입하고 또 연소가스를 외부로 배출시킴.

6. 캠축

흡배기 밸브수와 동일한 수의 캠으로 타이밍 벨트에 으해 흡. 배기 밸브 를 개폐 시키는 일을함.

Ⅴ. 핵심 정리