자동차 엔진 상식 1편 – 가솔린과 디젤 엔진의 4행정 사이클 차이점

자동차 관련 블로거 카포메이션이다. 이번 포스팅에서는 자동차 엔진 상식에 대해서 포스팅하려고 한다. 이 글을 읽으면 자동차 엔진에 관한 소식을 들을 때 도움이 될 것이다. 자동차 엔진 구조에 대해서 이해하려면 어떻게 작동하는지에 대해서 알아야 한다. 자동차 엔진은 내연기관이다. 내연기관을 쉽게 말하면 엔진의 안에서 연료와 공기가 같이 연소하며 힘을 만드는 기관이라고 생각하면 된다. 그러면 엔진은 어떤 방식으로 연소를 하며 어떻게 힘을 만들까?

내연기관 엔진은 크게 두 가지로 나뉜다. 휘발유(가솔린)를 연료로 쓰는 가솔린 엔진과 경유(디젤)를 연료로 쓰는 디젤 엔진이 있다. 가솔린과 디젤 엔진의 큰 틀은 비슷하지만 연료가 다른만큼 구조가 조금은 다르다. 일단 두 엔진은 모두 4행정 사이클 기관이다. 4행정 사이클은 흡기(피스톤의 하강), 압축(피스톤의 상승), 폭발(피스톤의 하강), 배기(피스톤의 상승)라는 네 가지 피스톤 행정(行程)을 1사이클이라고 하며, 크랭크축이 2회전 하는 사이에 1회의 사이클이 완료되는 기관의 형식이므로, 더욱 간략하게 4사이클이라고도 한다. 이것은 가솔린 엔진과 디젤 엔진과 같이 설명하겠다.

먼저 가솔린 엔진에 대해서 설명하겠다. 위 사진은 가솔린 엔진의 4행정 사이클을 나타낸 것이다. 흡입 단계에서 흡기 밸브가 열리고 압축돼서 열이 있는 연료와 공기가 들어오며 피스톤이 내려간다. 가솔린 엔진은 공기와 연료의 비율이 14.7(공기) : 1(휘발유)이다.

여기서 깨알 상식은 연료분사방식에 따라서 엔진 이름이 다른데, GDI 엔진이라고 한 번쯤은 들어봤을 것이다. GDI 엔진은 직접분사식 가솔린 엔진(Gasoline Direct Injection engine)으로 위 사진처럼 연료를 직접적으로 분사하는 방식이다.

그 다음 압축 단계에서 피스톤이 올라오며 연료와 공기를 더욱 압축시켜 온도를 증가시킨다. 그 다음은 폭발 단계인데 이 부분은 가솔린과 디젤 엔진의 구조가 다르다. 가솔린 엔진은 압축 단계에서 피스톤이 올라왔을 때 점화 플러그에서 불꽃을 만들어 폭발시킨다. 이때 폭발한 힘으로 피스톤이 내려가고 이 단계를 폭발 단계라고 한다. 그 다음 피스톤이 다시 올라가며 배기 밸브가 열리고 연소 후 생긴 배기가스가 빠져나간다.

이제 디젤 엔진을 보겠다. 디젤 엔진은 흡입 단계에서 공기와 연료의 비는 14~160(공기) : 1(경유)로 가솔린 엔진과는 다른 비율로 들어온다.

여기서 또 다른 점은 디젤 엔진에서 연료는 가솔린 엔진에서 점화 플러그가 있던 위치에서 연료가 나온다. 이 말은 디젤 엔진은 점화 플러그가 없다는 뜻이다. 왜 없는 지는 폭발 단계를 이해하면 된다. 흡입 단계에서 다음 압축 단계를 거치고 폭발을 하는데, 여기서 하나 알아야 할 것이 있다. 경유(디젤)는 휘발유(가솔린)보다 더 낮은 온도에서 잘 타는 성질이 있다. 그래서 점화 플러그가 만드는 불꽃이 필요 없이 스스로 타버린다. 이런 방식을 압축착화방식이라고 한다. 이러한 이유로 점화 플러그 위치에 연료 분사기가 있는 것이다. 폭발 후 가솔린 엔진과 똑같이 배기 단계를 거친다. 이렇게 가솔린과 디젤 엔진의 4행정 사이클이 어떻게 다른지 알아봤다. 다음 이야기는 2편에서 계속 하겠다.

 

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자동차 엔진 상식 2편 – 배기량, 기통, 엔진형식(I,V,W,F형)