내연기관의 다양한 분류

내연기관의 연료공급, 피스톤 형상에 의한 분류법 및 열역학 기본 개념

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연료공급에 의한 분류

기화기식 기관

가솔린기관, 석유기관과 같이 기화기에 의해 연료와 공기를 혼합하여 실린더에 공급하는 기관입니다.

분사식 시관

- 공기 분사식 : 초창기의 디젤기관이 이 형식에 속하며 연료를 실린더 속에 분사하기 위해서 연료펌프는 낮은 압력으로 연료를 분사노즐로 보내고 분사노즐에서는 별도로 고압의 압축 공기를 이용해서 연료를 분사하는 기관입니다. 저질의 연료유를 사용해도 고압의 공기 힘으로 쉽게 무화 시킬 수 있는 장점이 있으나 고압의 공기 압축기를 구동하는 축 마력의 손실이 따릅니다. 또한 급격한 부하 변동시 공기 분사 압력을 조정해야 하고 연료 소비량이 많아 현재는 거의 사용되지 않고 있습니다.

- 무기 분사식 : 현재의 고속 디젤기관이 여기에 속합니다. 분사펌프를 이용 연료유 압력을 승압시켜 분사노즐로 이송해 실린더 내에 직접 분사하는 기관입니다. 혼합 사이클이 여기에 속합니다.

피스톤의 형상으로 본 분류

트렁크 피스톤 기관

피스톤 로드가 없이 연접봉을 직접 피스톤에 연결하는 형으로 대형을 제외한 대부분의 기관이 이 형입니다.

크로스 헤드형 기관

직경 500mm 이상의 기관은 피스톤만으로는 측압을 받기가 곤란하므로 일반적으로 크로스 헤드형으로 합니다. 피스톤 로드를 사용하며 크로스 헤드를 설치하는 식으로 피스톤 측압을 주지 않으며 과열되는 일이 없고 분해 검사도 편리하지만 운동부의 질량이 커서 고속시관에는 부적당합니다. 재료는 내ㄴ마모성이 강한 특수강, 니켈강 등이 사용됩니다. 박용 대형기관에 사용되는 크로스는 양측에 가이드 슈를 붙인 것을 사용합니다. 안내판은 공작조립에 있어 특히 중요한 것은 피스톤 로드와 크로스 헤드 핀이 바르게 직각일 것과 핀과 크랭크축이 평행하여야 하고 또한 윤활면은 피스톤 로드를 거쳐 실린더 중심선에 바르게 평행 하여야 합니다.

냉각방법에 의한 분류

공기 냉각식

워터자켓인 쿨 팬이 있으며 자동차용 소형기관이나 항공기관 또는 육상 발전기 등에 채용됩니다.

청수 냉각식

고속기관에 많이 채용되며 선용기관에서는 용량이 큰 청수탱크와 냉각장치가 필요합니다.

해수 냉각식

해수는 기관을 부식 시키는 결점은 잇지만 사용하기 편리하므로 특히 저속시관에 많이 채용되고 있습니다.

오일 냉각식

단독으로 채용되는 일은 거의 없고 물과 함께 채용되고 냉각효율은 떨어지나 구조적으로 물로서는 냉각하기 어려운 피스톤 같은 내부를 냉각하는데 편리합니다.

* 박용기관의 청전공기 냉각 방법 : 대부분의 주기관 해수기 발전기는 청수를 냉각제로 사용하여 냉각합니다.

흡기공기 도입방법에 따른 분류

흡입기관

피스톤의 하강에 의해 실린더의 체적이 증가하면 실린더내의 진공 즉 부압이 발생하여 대기압에 의해 공기가 실린더내로 흡입되는 기관입니다.

과급기관

기관의 출력을 증가시키기 위해서 흡입공기를 과급기를 이용하여 강제로 압축하여 실린더에 공급하는 기관입니다. 현재 대부분의 중고속 및 중대형 디젤기관에서 이용하고 있습니다.

용도에 의한 분류

• 반용기관 : 휴대할 수 잇게 경량, 소형으로 가볍게 만든 기관
• 농공용기관 : 농업용 또는 토목용
• 차량용기관 : 자동차, 기동차 등에 사용
• 육용기관 : 공장 원동기, 발전기 등
• 박용기관 : 일반선박과 어선에 사용

* 육상용 기관은 견고한 기초위에 설치하여 운전하므로 큰 플라이휠을 붙일 수 있으나 박용기관은 좁은 공간에 설치되므로 큰 플라이휠을 설치할 수 없으므로 가능한 실린더수를 많이 하여 작은 플라이휠로 회전력을 균일하게 합니다.

 

열 역할상으로 본 분류

정적 사이클 기관

가스 및 가솔린 기관과 같이 연료가 실린더내의 일정한 용적 하에서 연소를 완료하는 기관으로서 오토 사이클 시관이라고도 합니다.

정압 사이클 기관

연료가 실린더 내에서 연소할 때 일정한 압력하에서 연소를 완료하는 기관으로 공기분사식 기관이 여기에 속합니다.

복합 사이클 기관

연료가 실린더 내에서 연소할 때 처음의 일부는 정적하에서 연소하고 다음에 나머지 연료는 정압하에서 연소를 완료하는 시관으로서 무기 분사식 기관이 여기에 속하며 복합사이클이라고도 합니다.

 

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< 열역학 기초이론 >

 

열역학 법칙

박용기관을 이해하려면 열역학은 필수적으로 다루어야 할 분야입니다. 열역학이란 일과 열을 포함한 에너지의 변환과 에너지의 변화에 관계되는 물질의 물리적 성질을 취급하는 학문으로서 열기관 기초가 됩니다. 열역학 줄에서도 열에 관한 기초적인 이론 즉, 모든 종류의 열기관, 공기조화장치 및 유체의 압축, 팽창 등 그 응용에 관한 물리적 성질을 취급하는 학문의 한 분야를 공업 열역학이라 합니다.

 

열역학 0의 법칙

일반적으로 온도가 다른 두개의 물체를 오래 접촉 시키면 처음에는 고온 물체에서 저온 물체로 열에너지의 이동이 있다가 시간이 경과되면 결국에는 같은 온도가 되어 열의 이동이 정지합니다. 이러한 상태를 열적평형에 도달하였다고 합니다. 이러한 열역할적 이론적 전개를 열역학 0의 법칙이라 합니다.

 

열역학 제1의 법칙

열에너지는 다른 에너지로 또 다른 에너지는 열에너지로 전환할 수 있다는 것입니다. 어떠 ㄴ물체에 일이 행하여질 때 언제나 행하여진 일과 같은 양의 열이 소비되고 반대로 열을 발생하기 위해서 일을 할 때는 항상 발생한 열량이 이것을 발생시킨일과 같습니다. 즉 열과 일은 본질적으로 같으며 열은 일로 일은 열로 변환시킬 수 있다는 것입니다.

 

Q = W, Q=AW, W=JQ