4 행정 엔진이란? - 부품 및 작동

4행정 엔진이란?

4행정 엔진은 내연기관의 가장 일반적인 유형으로 자동차, 트럭 및 일부 오토바이와 같이 특히 가솔린을 연료로 사용하는 다양한 자동차에 사용됩니다.
4행정 엔진은 피스톤의 2주기(또는 4피스톤 행정)마다 1회의 동력 행정을 제공합니다. 4행정 엔진의 애니메이션과 아래에 프로세스에 대한 추가 설명이 있습니다.

흡기 스트로크

피스톤이 아래쪽으로 이동합니다. 이것은 연료-공기 혼합물이 챔버에 들어갈 수 있도록 부피를 증가시킵니다.

압축 스트로크

흡기 밸브가 닫히고 피스톤이 챔버를 위로 이동합니다. 이것은 연료-공기 혼합물을 압축합니다. 이 행정이 끝나면 점화 플러그가 압축 연료에 연소를 시작하는 데 필요한 활성화 에너지를 제공합니다.

파워 스트로크

연료가 연소의 끝에 도달하면 탄화수소 연소에서 방출되는 열이 압력을 증가시켜 가스가 피스톤을 아래로 밀어내어 출력을 생성합니다.

배기 행정

피스톤이 바닥에 도달하면 배기 밸브가 열립니다. 나머지 배기 가스는 피스톤이 위로 올라갈 때 밀어냅니다.

이러한 가솔린 엔진의 열효율은 차량의 모델과 디자인에 따라 다릅니다. 그러나 일반적으로 가솔린 엔진은 연료(화학적 에너지)의 20%를 기계적 에너지로 변환하고 이 중 15%만 바퀴를 움직이는 데 사용됩니다.
엔진에서 열역학적 효율을 향상시킬 수 있는 한 가지 방법은 압축비를 높이는 것입니다. 이 비율은 엔진 챔버의 최소 부피와 최대 부피 사이의 차이입니다. 비율이 높을수록 더 많은 연료-공기 혼합물이 유입되어 압력이 높아져 챔버가 더 뜨거워지고 열 효율이 높아집니다.

 

 

4행정 엔진 부품

실린더

엔진의 심장입니다. 피스톤은 실린더에서 왕복합니다.

실린더 헤드

실린더 헤드라고 불리는 TDC를 향한 실린더의 상단 덮개입니다.

피스톤

엔진의 왕복 부품입니다. 실린더 내에서 왕복합니다.

피스톤 링

피스톤에는 2개 또는 3개의 피스톤 링이 제공됩니다. 실린더 라이너와 피스톤 사이의 틈을 밀봉합니다.

크랭크

회전하는 부재입니다. 크랭크 케이스 내부에서 원을 그리며 움직입니다.

케이스

크랭크 및 기타 엔진 부품의 하우징입니다. 또한 윤활유의 섬프로 사용됩니다.

연접봉

피스톤의 왕복 운동을 크랭크 샤프트의 회전 운동으로 변환하는 데 사용됩니다.

크랭크 샤프트

크랭크를 연결하는 회전 부재입니다.

냉각 핀 또는 워터 재킷

냉각 목적으로 사용됩니다.

캠과 캠축

Diesel 엔진에서 Inlet, Exhaust 밸브의 개폐를 작동시키고 연료분사 펌프를 작동시키기 위해 제공된다.

입구 밸브

이 밸브는 엔진 실린더 내부의 전하 또는 공기의 유입을 제어했습니다.

배기 밸브

이 밸브는 연소 후 연소된 가스의 제거를 제어합니다.

흡기 매니폴드

이것은 신선한 전하 또는 공기를 운반하는 통로입니다.

배기 매니폴드

배기가스가 엔진 실린더 밖으로 나가는 통로입니다.

점화 플러그

가솔린 엔진이나 SI 엔진에서 연료를 점화하는 데 사용됩니다.

연료 주입기

디젤 엔진이나 CI 엔진에서 엔진 실린더 내부에 연료를 분사하는 데 사용됩니다.

기화기

공기-연료를 적절하게 혼합하기 위해 가솔린 엔진에 사용됩니다.

플라이휠

크랭크 샤프트에 장착되며 주철로 만들어집니다. 관성의 형태로 에너지를 저장합니다.

 

오토 사이클

4행정 엔진에서 연료-공기 혼합물이 압력과 부피에서 겪는 변화를 모델링한 압력-체적 다이어그램(PV 다이어그램)을 오토 사이클이라고 합니다. 이들의 변화는 열을 생성하고 이 열을 차량이나 기계를 움직이는 데 사용합니다(따라서 열 엔진 유형인 이유).

이 사이클을 사용하는 모든 엔진의 구성 요소에는 연료-공기 혼합물의 부피와 압력을 변경하는 피스톤이 있습니다. 피스톤은 연료 연소(아래에서 설명)와 엔진 시동 시 전기 부스트를 통해 움직임을 얻습니다.

다음은 작동 유체 가솔린과 공기(산소), 때로는 전기의 연소가 피스톤의 운동을 변경하는 PV 다이어그램의 각 단계에서 발생하는 것을 설명합니다.

실제 주기-단계 0에서 1(이상적인 주기-녹색 선)

흡기 단계라고 하는 피스톤이 아래쪽으로 당겨져 챔버의 부피가 증가하여 연료-공기 혼합물을 "흡입"할 수 있습니다. 열역학적 관점에서 이것을 등압 과정이라고 합니다.

프로세스 1~2

이 단계에서 피스톤이 당겨져 챔버에 들어간 연료-공기 혼합물을 압축할 수 있습니다. 압축으로 인해 혼합물의 압력과 온도가 약간 증가하지만 열은 교환되지 않습니다. 열역학적 관점에서 이것을 단열 과정이라고 합니다. 사이클이 지점 2에 도달하면 점화 플러그와 연료가 만나 점화됩니다.

프로세스 2 ~ 3

이것은 점화 플러그에 의한 연료의 점화로 인해 연소가 발생하는 곳입니다. 가스의 연소는 지점 3에서 완료되어 열(열 에너지)이 많은 고압 챔버가 생성됩니다. 열역학적 관점에서 이것을 등각선 과정(isochoric process)이라고 합니다.

프로세스 3~4

연소의 결과로 챔버의 열 에너지는 피스톤에 작용하여 피스톤을 아래로 밀어 챔버의 부피를 증가시키는 데 사용됩니다. 이것은 열 에너지가 기계나 차량에 동력을 공급하기 위해 운동으로 전환될 때이기 때문에 파워 스토크라고도 합니다.

Purple line(공정 4~1 및 배기 단계)

공정 4에서 1로 배기 밸브가 열리고 모든 폐열이 엔진 챔버에서 배출됩니다. 열이 가스를 떠나면서 분자는 운동 에너지를 잃어 압력이 감소합니다. 그런 다음 배기 단계(단계 0에서 1)는 챔버에 남아 있는 혼합물이 압력을 변경하지 않고 피스톤에 의해 압축되어 "배출"될 때 발생합니다.

 

 

4행정 엔진의 장점과 단점

4행정 엔진의 장점

▷ 더 많은 토크
▷ 2행정 엔진보다 연비 향상
▷ 윤활유 소모량 감소
▷ 적절한 연료 연소로 인한 오염 감소
▷ 더 많은 내구성
▷ 잘 관리된 냉각 시스템, 그래서 더 긴 엔진 수명
▷ 덜 시끄럽다
▷ 소거가 정말 잘 일어나서 엔진의 열효율과 HP가 높습니다.

4행정 엔진의 단점

▷ 움직이는 부품이 많기 때문에 마찰이 더 많이 발생하므로 엔진의 기계적 효율성이 떨어집니다.
▷ 디자인이 복잡하다
▷ 무거운 플라이휠 구조로 인해 엔진의 무게가 더 큽니다.

 

4행정 디젤 엔진의 적용

4행정 디젤 엔진은 가장 인기 있는 프라임 오버 중 하나입니다. 다음과 같은 다양한 유형의 애플리케이션이 있습니다.

▷ 소형 펌핑 세트
▷ 자동차 산업에서
▷ 공기 압축기
▷ 드릴링 지그
▷ 보트 및 선박
▷ 파워 톱
▷ 불도저
▷ 탱크
▷ 디젤 전기 기관차 ETC.

 

4행정 엔진의 냉각 시스템

연료 연소에 의해 생성된 모든 열은 크랭크축에서 동력으로 완전히 변환되지 않습니다.
열의 약 20%만이 크랭크축에서 동력으로 사용됩니다. 그리고 열의 35%가 실린더 벽으로 전달되어 충전의 사전 점화를 일으키고 열로 인해 윤활유가 연소되어 엔진이 고착될 수 있습니다.
위의 요소를 염두에 두고 적절한 냉각 시스템을 설치해야 합니다.

4행정 엔진에는 두 가지 유형의 냉각 방법이 있습니다.

▷ 공기 냉각
▷ 물로 냉각

 

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