기통 수와 실린더 배열과 흡배기 배열 3가지 작동 방식

기통 수와 실린더 배열을 알게 된 후 4행정에 맞춰 흡기와 배기를 조절합니다.

기통 수

엔진의 총배기량이 커지면 연소되는 연료의 양이 늘어나기 때문에 출력이 높아집니다. 그러나 단순히 기통당 배기량을 키우면 문제가 발생합니다. 연소실 안에서 연소가 일어 날때는 전체가 한꺼번에 불타는 것이 아니라 점화 플러그인의 불꽃에 불이 붙은 곳부터 순차적으로 연소가 확산됩니다. 즉, 기통당 배기량을 키우면 연소실 용적이 커져서 전체에 불이 붙는데 시간이 걸리기 때문에 회전수를 높이기가 어려워집니다.

그래서 해당 엔진에 요구되는 출력에 따라 총배기량이 결정되고, 그 총 배기량에 따라서 기통수가 결정됩니다. 개중에는 총배기량이 같은 기통수가 다른 엔진도 있습니다. 기통수가 많은 엔진은 원활히 회전이나 정숙성 또는 고속회전이 요구되는 경우에 씁니다. 다기통 엔진의 실린더 배차에는 여러가지가 있습니다.

실린더 배열

가장 기본적인 실린더 배열은 직렬형으로, 크랭크 축의 축 방향을 따라 기통이 직렬로 나열됩니다. 이 배열 방식은 구조가 단순하지만 기통 수가 늘어나면 엔진의 전장이 길어져서 엔진룸에 수납하기가 어렵습니다. 전고도 높아져서 무게중심이 올라가기 쉽습니다.

V형

V형의 경우 전체 기통을 절반씩 양쪽에 V자 모양으로 배치해 하나의 크랭크 축을 공유합니다. 각각의 열을 뱅크라고 하며, 뱅크와 뱅크의 각도를 뱅크각이라고 합니다. 직렬창에 비하면 전장을 억제할 수 있지만 전폭은 넓어집니다. 전고가 높지 않아 직렬형보다 무게중심이 낮아집니다. 그리고 V형의 뱅크각을 180도로 한것이 수평 대향형입니다. V형보다 무게중심을 낮게 만들 수 있지만 엔진의 전폭이 넓어지니다

실린더 배열은 외국에서 v형 두개를 조합해 만든 W형 실린더 배열을 사용하는 자동차 제조사도 있습니다.
피스톤의 적동은 직렬형의 경우 실린더가 지면에 대해 수직이지만 열 전체를 기울인 상태로 자동차에 탑재하는 경우가 있습니다.

주운동계

엔진의 기본적인 형태를 구성하는 실린더 블록과 실린더 헤드에 장착된 부품 가운데 시프톤과 커넥팅 로드, 크랭크 축 등의 부품을 총칭해 주운동계라고 합니다. 피스톤은 원통형으로, 실린더의 안지름보다 조금 가늡니다. 경량화를 위해 안쪽을 파내기 때문에 컵을 뒤집어 놓은 듯한 모양이지만, 커넥팅 로드와 피스톤을 접속하는 피스톤 핀은 보강되어 있습니다.

피스톤의 주위에는 피스톤 링이라는 부품이 끼워져 있어 연소실의 기밀성을 유지하는 동사에 윤활용 오일이 연소실 안으로 들어가지 못하도록 막습니다. 크랭크 축을 자세히 살펴보면 최전축이 되는 부분을 크랭크 저널, 커넥팅 로드가 접속되는 부분을 크랭크 핀이라고 합니다.

그리고 저널과 핀을 연결하는 부분인 크랭크 암이 있습니다. 크랭크 핀의 위치가 회전 중심에서 벗어나 있기 떄문에 회전할 떄마다 진동이 발생합니다. 따라서 크랭크 핀의 반대쪽 위치에 평형추라는 무게추가 설치되어 있습니다.

커넥팅 로드는 양쪽 끝이 뚫려 있는 막대입니다. 피스톤 핀에 끼우는 부분을 스몰 엔드, 크랭크 핀에 끼우는 부분을 빅엔드라고 합니다. 양쪽 링을 연결하는 부분은 경량화를 위해 단면을 I형으로 만들 떄가 더 많습니다. 크랭크 축의 모양에 따라 각 기통의 작동 순서가 결정되는데, 맨 끝의 기통부터 순서대로 연소. 팽창 행정이 진행되면 이때 발생한 힘은 축에 비틀 듯이 작용합니다.

점화순서

따라서 최대한 연소,팽창 행정이 분산되어 크랭크축에 균등한 힘이 가해지도록 각 기통의 작동 순서를 결정합니다 이 순서를 점화 순서라고 합니다

밸브 시스템

흡배기 밸브를 여닫는 기구를 밸브시스템이라고 합니다 또한 동변계라고도 부르기도합니다. 밸브 자체는 밸브 스팸이라는 막대 모양의 부분과 밸브 헤드라는 원형 부분으로 구성되어 있습니다. 그리고 이 원형부분이 연소실의 흡배기 포트의 개구부에 끼워집니다. 밸브 스템에는 밸브 스프링이라는 스프링이 장착되어 있어서 밸브가 닫힌 상태를 유지해줍니다.

이 밸브는 캠기구를 통해 열립니다. 캠 기구는 기계요소 중 하나로 회전 운동을 직선 운동으로 바꿔줍니다. 스프링 등을 병용하면 왕복 운동으로도 바꿀 수 있지만, 크랭크 기구처럼 상하 왕복 운동을 회전 운동으로 바꾸지는 못합니다. 밸브 시스템에 사용되는 캠은 단면이 달걀 모양입니다. 달걀 모양의 캠은 회전 중심에서 바깥 둘레까지의 거리가 균일하지 않으며 돌출된 부분이 있는데, 이 캠이 밸브 뒤쪽 끝에 닿아 있습니다.

직동식

그래서 캠이 회전하다 돌출된 부분이 밸브의 뒤쪽 끝을 누르지 ㅇ낳으면 스프링 떄문에 밸브가 닫힙니다. 이와 같이 캠이 밸브의 뒤쪽 끝을 직접 누르는 방식을 직동식이라고 합니다

한편 지렛대가 되는 암을 거쳐서 간접적으로 밸브를 누르는 방식도 있는데, 받침점과 힘점 위치에 따라 스윙암식과 로커암식의 두 방식이 있습니다. 1기통당 흡배기 밸브가 한 개씩 잇는 엔진도 있지만 현재는 각각 두 개씩을 사용하는 4밸브식 주류입니다. 연소실의 한정된 면적에서 포트의 원형 개구부를 크게 확보하려면 4밸브가 더 적합하기 때문입니다.

밸브수를 더 늘리는 방법도 있지만, 그러면 부품이 작아져 구조가 매우 복잡해집니다

캠의 작동 : 캠의 가장 돌출된 부분이 밸브 스프링을 누르면 밸브가 최대한 열리고 그 뒤에는 밸브가 점점 닫힙니다.
캠의 구동 방식 : 작동식 – 스윙암식 – 로커암식
2밸브와 4밸브 : 4밸브가 전체적으로 개구부를 더 크게 확보할 수 있을 뿐 아니라 점화 플러그의 전극을 연소실의 중심에 배치해 혼합기의 연소가 확산되는 거리를 최대한으로 단축할 수 있습니다.