내연기관 사이클과 행정

핵심 정리

내연기관은 실린더 안에서 연료를 태워 생긴 가스의 압력으로 피스톤을 밀어 동력을 얻는 기관이다. 피스톤이 상사점에서 하사점까지 움직이는 거리를 행정이라 한다. 가스의 흡입, 압축, 팽창, 배기가 한 번 순환하는 과정을 사이클이라 한다. 한 사이클을 몇 행정으로 마치는지에 따라 기관은 2행정 사이클 기관과 4행정 사이클 기관으로 나뉜다. 두 기관을 가르는 기준은 행정 수와 크랭크축 회전수이다. 선지를 읽을 때는 먼저 행정 수가 몇 번인지 확인한다. 4행정 사이클 기관은 흡입, 압축, 팽창, 배기 행정을 거쳐 1사이클을 완성한다. 4행정 사이클 기관은 1사이클을 마칠 때 크랭크축이 2회전하고 캠축이 1회전하며, 흡기와 배기 밸브는 각각 한 번씩 여닫힌다. 반면 2행정 사이클 기관은 1사이클 동안 크랭크축이 1회전한다. 2행정 기관은 첫 번째 행정에서 팽창, 배기, 흡입을 함께 하고 두 번째 행정에서 압축한다. 같은 배기량에서 2행정 사이클 기관은 4행정 사이클 기관보다 이론상 약 두 배의 출력을 낸다. 이 비교는 배기량이 같을 때만 성립한다. 같은 2행정 기관에는 출력이 크다는 장점과 효율이 떨어진다는 단점이 함께 있다. 혼합 기체가 손실되기 때문에 2행정 사이클 기관의 효율은 떨어진다. 따라서 출력과 효율은 구분해서 판단해야 한다. 4행정 가솔린 기관은 흡입, 압축, 폭발, 배기 행정 순으로 작동한다. 흡입과 배기가 밸브로 이뤄진다는 점은 기관 구조와 함께 기억한다.

자세히

출력과 효율의 비교

앞서 살펴본 출력 비교는 배기량이 같을 때만 성립한다. 배기량이 같다는 조건이 있으면 2행정과 4행정 기관의 출력을 비교하면 된다. 비교 문제에서는 배기량과 행정 수를 모두 확인한 뒤 출력의 크기를 판단한다. 효율을 묻는 선지는 출력과 별개로 봐야 한다. 출력이 크다는 사실을 효율이 높다는 뜻으로 해석하면 틀린다. 두 기관의 차이는 아래 표와 같다.

행정과 크랭크축 회전

사이클을 구분하는 기준은 크랭크축 회전수다. 2행정 사이클 기관은 1사이클 동안 크랭크축이 1회전한다. 4행정 사이클 기관은 1사이클 동안 크랭크축이 2회전한다. 이 회전수를 행정 수와 연결해 기억한다. 행정은 피스톤이 두 극점 가운데 한쪽에서 다른 쪽으로 움직이는 거리다. 두 값을 표로 비교하면 선지를 판단하기 쉽다. 간극체적은 피스톤이 상사점에 있을 때 실린더 내부에 남는 체적이다. 간극체적은 행정 거리와 다른 개념이므로 두 값을 혼동하지 않아야 한다.

밸브 기구와 배기 방식

구조를 묻는 선지에서는 밸브 기구의 유무를 먼저 확인한다. 밸브 기구는 흡기와 배기를 여닫는 장치다. 4행정 사이클 기관은 밸브 기구가 필요해 구조가 복잡하다. 반면 2행정 사이클 기관은 밸브 기구가 필요 없고 실린더의 배기 구멍을 사용한다. 두 기관의 구조는 배기 방식에서 크게 차이가 난다. 따라서 구조를 묻는 선지는 배기 방식과 밸브 기구의 유무를 기준으로 판단한다.