자동차의 엔진에는 어떠한 종류들이 있나요?
자동차의 엔진에는 어떠한 종류들이 있는지 알고 싶습니다. 자동차 엔진에도 여러가지 타입있다고 들었는데 각 타입은 어떠한 특성이 있는지 궁금합니다.
안녕하세요. 언제나 좋은것을 파는 우리쥬쥬입니다.
내용 정리가 잘된 자료를 인용 하였습니다.
엔진은 3가지 구분으로 보시면됩니다
1.실린더 배열에 따른 엔진
2.연료분사 방식에 따른 엔진 구분
3.사용 연료에 따른 엔진 구분
실린더 배열에 따른 엔진 구분
1. 직렬 엔진
직렬엔진은 실린더를 한 줄로 늘어놓은 형태를 가지고 있습니다. 직렬엔진은 영문 표기 'in-Line'의 약자를 따와 I 혹은 L로 표기합니다. 4기통 직렬엔진이면 I4, L4로 표기하게 되죠. 직렬엔진은 가장 전통적인 방식의 엔진으로 설계가 단순하고 제조 비용이 적으며 정비가 편합니다. 하지만 배기량이 늘어나면 엔진의 길이가 길어지게 되는 문제도 있습니다.
2. V형 엔진
V형 엔진은 실린더가 V자 모양으로 지그재그 형태의 배열을 띄고 있습니다. 직력엔지과 수평대형엔진의 중간 형태인데요. 무게 중심은 직렬엔진에 비해 낮고 같은 기통수의 직렬엔진에 비해 길이가 짧아지는 장점이 있습니다. 그래서 6기통 이상의 승용차는 대부분 V형 엔진구조를 사용하고 있습니다.
3. 수평대향 엔진(박서 엔진)
실린더들이 서로 마주보게 수평으로 배치한 엔진입니다. 대부분의 엔진이 실린더를 상하로 움직여 동력을 얻는데 반해 수평대향엔진은 실린더를 좌우로 움직여 동력을 얻게 됩니다. 이 모습이 마치 박서(Boxer)의 모습과 비슷하다고 해서 박서엔진으로 불리기도 합니다. 엔진의 무게중심이 낮고 이로 인해 하중이 차량 아래쪽에 집중되기 때문에 코너링이 안정적입니다.
연료분사 방식에 따른 엔진 구분
1. GDI(Gasoline Direct Injection)
가장 흔하게 접할 수 있는 가솔린엔진입니다. 실린더 내부의 인젝터가 연료를 직접 분사하는 방식인데요. 정확한 양의 연료를 분사하고 폭발력이 강해 연비와 출력이 비교적 높은 것이 장점입니다. 하지만 가격이 비싸고 소음과 진동이 다른 가솔린 엔진과 비교했을 때 큰 편입니다.
2. MPI(Multi Point Injection)
지금은 GDI엔진을 쉽게 만날 수 있지만 그 전에는 MPI엔진을 많이 사용했습니다. 역시 가솔린 엔진으로 실린더 밖에서 먼저 공기와 혼합한 뒤 연료를 주입하고 폭발시키는 방식인데요. 출력이나 연비는 GDI에 비해 낮지만 진동과 소음이 적고 내구성이 좋은 장점이 있습니다.
3. CRDI(Common Rail Direct Injection)
CRDI은 직분사 방식의 디젤엔진입니다. 커먼레일을 통해 연료를 압축하여 일정하게 유지시켜주는데요. 이렇게 압축한 연료를 가장 효율적으로 분사하게 됩니다. 연소율이 높아 배출가스는 적고 힘 있는 주행이 가능합니다.
사용 연료에 따른 엔진 구분
1. 가솔린 엔진
가솔린 연료를 사용하는 엔진을 가솔린 엔진이라고 합니다. 쉽게 말하면 '휘발유'를 연료로 사용하는 자동차 엔진이죠. 디젤에 비해 소음과 진동이 적은 것이 가장 큰 장점이라고 할 수 있습니다. 하지만 유류비가 비싸고 상대적으로 연비가 좋지 않다는 단점이 있습니다.
2. 디젤엔진
디젤연료, 즉 경유를 연료로 사용하는 엔진입니다. 휘발유에 비해 저렴하고 연비가 좋으며 저속 토크가 강하다는 장점이 있습니다. 하지만 엔진의 소음과 진동이 크고 가솔린과 비교해 투입되는 부품이 더 많아 수리비가 비싸다는 단점이 있습니다.
3. LPG엔진
액화석유가스를 연료로 하는 엔진입니다. 연료비가 저렴하고 수명이 길며 다른 엔진에 비해 오염 물질이나 이산화탄소, 미세먼지 등의 배출이 적은 장점이 있습니다. 엔진의 소음도 적은편이죠. 하지만 폭발에 대한 위험성과 모든 운전자가 쉽게 구매하기 어렵다는 단점이 있습니다.
안녕하세요. 외로운고슴도치16입니다.
관련글을퍼왔어요.
알아두면 좋은 자동차 용어, 자동차 엔진 종류를 알아보자
DB손해보험 In:D 2016. 4. 19. 17:44
알아두면 좋은 자동차 용어, 자동차 엔진 종류를 알아보자
안녕하세요, 내차사랑 블로그 인디입니다. :D 자동차 소개글이나 자동차를 주제로 한 이야기들을 살펴보다 보면 가끔 '이게 뭐지?' 싶은 용어들이 보이죠? 자동차에 대해 잘 아시는 분들은 이러한 자동차 용어들을 듣는 순간 그 뜻과 역할을 정확히 이해하실 수 있으시겠지만, 이제 막 자동차를 장만하려는 초보 분들에게는 마냥 생소하고 어렵게 느끼실 거예요. 그래서 오늘은 인디와 함께 자동차 용어, 그 중에서도 엔진과 관련된 용어의 의미를 살펴보도록 해요. ^^
엔진과 관련된 자동차 용어 살펴보기
1. 배기량 (排氣量, engine displacement)
배기량은 자동차 엔진 실린더 내부의 체적(부피)을 산출한 양이에요. 좀 더 정확히 말씀 드리자면, 피스톤의 움직임에 의해 실린더 밖으로 배출되는 기체의 총합을 '엔진 배기량'이라고 한답니다. 실린더 내부의 체적이란 실린더 안의 상단 연소실에서의 공기와 연료의 혼합, 폭발력에 의해 엔진 힘을 만들어 내는 피스톤이 상하 왕복 운동을 하는 공간을 말하는데, 이때 공기와 연료의 혼합으로 인한 폭발로 피스톤이 실린더 상단에서 하단까지 밀려 내려갔을 때의 공간 부피 만큼이 배기량인 것이죠. 국내에서 사용되는 표준 단위로는 CC를 쓰지만, 유럽에서는 리터를 쓰기도 해요.
2. 실린더 (cylinder)
그렇다면 실린더는 무엇일까요? 실린더는 엔진의 힘이 만들어지는 곳이에요. 피스톤의 왕복직선으로 혼합기가 들어오고 빠져나가면서 압축과 폭발이 일어나는 긴 원통형 공간이 바로 실린더랍니다. 여러 개의 실린더로 구성된 자동차 엔진에서 실린더를 고정하는 부분은 실린더 블록이라고 불러요.
3. 보어 ＆ 스트로크 (bore ＆ stroke)
보어는 실린더의 부피를 구하기 위한 공식에 등장하는 용어인데요, 이는 실린더 내부를 왕복 직선 운동하는 피스톤의 지름을 의미해요. 스트로크는 피스톤이 실린더 안에서 가장 위에 있을 때와 가장 아래 있을 때의 거리를 의미한답니다.
보어와 스트로크의 수치를 살펴보면 바로 엔진의 성격을 짐작할 수 있을 정도로 이 둘은 엔진에서 빼놓을 수 없는 매우 중요한 용어랍니다. 보어와 스트로크의 비율이 1:1이라고 했을 때, 스트로크의 수치가 보어보다 큰 것은 '롱 스트로크 엔진', 반대로 짧으면 '숏 스트로크 엔진'이라고 해요.
롱 스트로크 엔진은 피스톤의 움직임이 크기 때문에 압축비가 높고 그만큼 낮은 엔진회전수에서도 큰 힘(토크)을 만들 수 있답니다. 반면 숏 스트로크 엔진은 피스톤이 짧은 거리를 움직이기 때문에 회전수를 높일 수 있는 고회전 엔진에 많이 사용돼요.
4. 압축비 (壓縮比, compression ratio)
압축비란 내연기관에서 실린더 안으로 들어간 기체가 피스톤에 의해 압축되는 용적의 비율이에요. 엔진은 흡입-압축-폭발-배기의 4행정 사이클로 움직이는데 이때 압축행정에서 실린더 내 가스가 몇 분의 1로 압축되었는지를 보여주는 수치랍니다. 실린더의 압축 전 최대 부피를 압축 후 최소 부피로 나누면 압축비를 계산할 수 있어요.
이때 압축비가 클 수록 폭발력이 커지며 높은 출력과 효율성을 얻을 수 있답니다. 하지만 이는 어디까지나 이론이고, 실제로 압축비가 과도하게 높아지면 마찰이 증가해 효율성이 크게 떨어진다고 해요. 보통 디젤 엔진의 압축비가 가솔린 엔진보다 크답니다.
5. 마력 (馬力, horse power)
마력(馬力)이란 동력이나 일률을 측정하는 단위로 HP(Horse Power)나 PS(Pferdestärke) 등으로 표기해요. 마력이라는 용어는 짐마차를 부리는 말이 1분 동안 하는 일을 실측하여 1마력으로 삼은 데서 유래한답니다. 마력은 주로 엔진과 터빈, 전동기 따위에 의해 이뤄지는 일의 비율이나 구동하는 작업 기계에 의해 흡수되는 일의 비율을 나타내는 데 사용되는데 자동차 용어에서 마력이란 최고출력의 단위를 의미해요. 그렇다면 최고출력이란 무엇일까요? 출력은 엔진이 단위시간 동안 한 일의 양을 의미해요.
자동차 엔진 종류를 살피다 보면'최대출력 270마력/6,500rpm' 등으로 표기된 경우를 볼 수 있는데요, 이를 해석하면 270마력은 엔진회전수 6,500rpm에서 그 힘이 나온다는 것이에요. 엔진 최고의 힘이 엔진이 분당 6,500번 회전할 때 나온다는 뜻이죠. 이 출력을 나타내는 단위는 나라마다 조금씩 다른데 우리나라에서는 마력, 유럽에서는 kW, 일본에서는 PS로 쓰고 있답니다.
자동차는 마력이 높을 수록 엔진의 출력이 좋아지기에 가속력이 좋고 최대속도가 높아지는 경향을 가져요. 때문에 같은 조건이면 마력이 높을 수록 당연히 더 좋답니다. 하지만, 반대로 다른 조건을 무시한 상태에서 마력이 빠른 자동차나 고성능 자동차를 결정 짓는 절대적인 요소는 아니라는 점을 염두에 두셔야 해요. 마력이 강한 차량이라면 그만큼 서스펜션과 브레이크의 성능도 뛰어나야 하고, 변속기에 의해 가속력과 최고속도가 바뀌는 경우도 있기 때문이에요.
6. 토크 (torque)
토크는 엔진의 축을 비트는 힘으로 엔진의 폭발 행정 때 피스톤이 *커넥팅 로드를 통해 *크랭크샤프트를 회전시키는 힘을 토크라 해요. 마력과 토크를 조금 더 세분화해서 비교한다면 마력은 시간 당 일을 할 수 있는 능력이고 토크는 차축을 돌리는 힘이라 할 수 있어요.
토크의 단위는 kg.m을 쓰는데요, 이 단위는 1m 막대를 회전시키는 힘의 양을 의미하며, 20kg.m이면 1m 막대를 20kg의 힘으로 돌린다는 뜻이랍니다. 자동차 제원표를 살펴 보면 38kg.m/3,000rplm 등으로 표기된 것을 볼 수 있는데요, 이는 엔진회전수가 3,000회에 이를 때 38kg.m의 엔진의 최대 토크가 나온다는 이야기랍니다.
최대토크에 가깝게 힘을 끌어낼 경우에는 가속력이 좋아져 요즘의 차량들은 터보차저 등의 기술을 동원해 전반적인 토크 그래프가 평평한 형태를 그리도록 하고 있어요.
커넥팅 로드 (connecthing rod)
커넥팅 로드는 피스톤과 크랭크샤프트를 연결하는 막대랍니다. 커넥팅 로드는 일정한 길이를 지니고 있어 피스톤과 크랭크샤프트 사이에 일정한 힘을 전달할 수 있어요.
크랭크샤프트 (crankshaft)
크랭크샤프트는 피스톤의 왕복 직선운동을 회전운동으로 바꿔주는 축이에요. 제원표에서 말하는 엔진회전수(rpm)는 크랭크샤프트가 1분 동안 회전하는 숫자를 뜻해요.
자동차 엔진의 종류 살펴보기
자동차 엔진은 자동차에 동력을 공급하는 기관으로 자동차의 최고 핵심 부품이랍니다. 엔진 하나가 자동차 가격의 절반 가량을 차지하는 점만 봐도 이를 알 수 있죠. 자동차 엔진은 사용 연료나 실린더 배열에 따라 그 종류를 구분할 수 있는데요, 지금부터 자동차 엔진의 종류를 인디와 함께 살펴보도록 해요. ^^
1. 2행정 엔진과 4행정 엔진
자동차 엔진에서 '행정'이란 실린더 속의 피스톤이 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 움직이는 것을 의미하는데요, 이 행정의 횟수에 따라 2행정 엔진과 4행정 엔진으로 구분할 수 있어요.
<2행정 엔진>
<2행정 내연기관의 움직임 (출처 : 위키피디아)>
2행정 엔진은 1회의 피스톤이 상하 운동(2행정=상승 1회, 하강 1회)으로 '흡입-압축-연소(폭발)-배출(배기)'의 사이클을 완료한답니다. 2행정 엔진의 장점은 4행정 엔진에 비해 상대적으로 구조가 단순하기 때문에 제작이 간단하며 가격이 저렴하다는 점을 들 수 있어요. 또, 4행정엔진에 비해 상대적으로 구조가 단순하기 때문에 제작이 간단하고 가격이 저렴해지며, 문제 시 수리가 용이하다는 장점을 지니고 있답니다.
반면 2행정 엔진은 엔진 오일을 같이 연소하는 특성상 대기오염 물질의 배출량이 많다는 단점을 지니고 있답니다. 또한 연료 효율이 낮고, 4행정 엔진에 비해 실린더의 피로도가 높아 수명이 짧다는 단점도 있어요. 2행정 엔진은 과거에는 많이 사용되었었지만, 현재는 환경규제에 불리하다는 이유로 자동차용으로서는 이미 퇴출된 지 오래되었답니다. 단, 스쿠터용 엔진이나 예초기 등에는 여전히 많이 사용되고 있어요.
<4행정 엔진>
<4행정 내연기관의 움직임 (출처 : http://www.escapedirecto.com/)>
4행정 엔진은 2회의 피스톤 상하 운동(4행정=상승 2회, 하강 2회)으로 '흡입-압축-연소(폭발)-배출(배기)'의 사이클을 완료하는 엔진이에요. 즉 4행정 엔진이 한번의 사이클을 완료하면 크랭크축이 2회전, 캠 축이 1회전하며, 각 실린더의 흡기밸브와 배기밸브는 각 1회 열리고 닫힌답니다.
현재 대부분의 자동차 엔진은 4행정 엔진을 사용하는데요, 4행정 엔진이 2행정 엔진에 비해 연료 효율이 좋고, 오염 물질의 배출량이 적기 때문이에요. 다만 2행정 엔진에 없는 밸브 개폐기구가 추가되면서 구조가 복잡해져 같은 출력의 경우 더 크고 무겁게 제작된다는 단점도 있어요.
2. 사용 연료에 따른 엔진 분류
<가솔린 엔진>
엔진은 사용하는 연료에 따라서도 다르게 분류된답니다. 그 중에서도 가솔린을 연료로 하는 엔진을 가솔린 엔진이라고 하는데요, 가솔린 엔진은 1876년 니콜라스 오토가 최초의 실용적 가스 엔진을 발명하면서부터 그 역사가 시작되었답니다. (가스엔진과 가솔린엔진은 기본적인 원리가 같고, 몇 가지 기구를 제외하면 거의 동일한 구조로 이루어져 있어요.)
가솔린 엔진은 일반적으로 공기에 연료를 섞어 점화장치를 이용해 실린더에서 강제 폭발시키는 방식이에요. 초기에는 기화기(카뷰레터)를 사용하여 공기와 기화된 연료를 혼합하여 공급하는 방식이 많았는데, 80년대 이후에는 흡기 포트에 연료를 직접 분사해주는 `인젝터`를 장착하여 실린더 도달 직전에 공기와 가솔린을 혼합해주는 포트 분사 방식을 주로 채용하고 있답니다. 일부 제조사에서는 연소실에 직접 연료를 분사하는 직분사 방식의 채용을 가속화해 가고 있는 추세예요.
<디젤 엔진>
디젤엔진은 1893년 독일의 기계기술자 루돌프 디젤에 의해 개발됐어요. 디젤 엔진은 가솔린 엔진과 달리 실린더에 공기만을 넣고 압축하여 고온으로 만든 뒤, 연료를 뿌려 자연발화 시키는 방식으로 작동된답니다. 이는 디젤연료가 400~500도의 온도에서 자체 폭발이 일어나기 때문에 가능한 것인데요, 자체폭발이 일어나면 연료가 골고루 동시에 연소된답니다. 즉, 연료의 연소율이 높아지고 결과적으로 연비가 좋아지는 효과가 생기는 것이죠.
디젤엔진은 공기가 가솔린 엔진에 비해 2배 이상의 고압으로 압축되고 연소 역시 동시다발적으로 발생하므로 엔진 구조가 강해야 해요. 때문에 가솔린 엔진에 비해 크기가 커질 수밖에 없답니다. 또한, 이에 따라 진동과 소음도 가솔린 엔진에 비해 상대적으로 심한 편이라 이전에는 상용차나 산업 및 선박용으로 많이 사용되었어요. 하지만 요즘에는 우수한 연비와 함께 소음과 진동에 대한 문제를 상당부분 해결한 우수한 디젤 엔진이 많이 개발되어 인기가 좋은 편이에요.
3. 실린더 배열에 따른 엔진 분류
위에 소개해드린 엔진들은 모두 내연기관으로 왕복 운동을 한답니다. 즉, 실린더 안에 있는 피스톤을 움직여 동력을 만드는데, 실린더의 배열 방식에 따라 엔진의 명칭이 달라지기도 해요.
<직렬엔진>
<출처 : http://gifsgallery.com/>
먼저 직렬엔진(in-line engine, straight engine)은 실린더를 한 줄로 가지런히 늘어놓은 형태의 엔진을 의미해요. 직렬엔진은 In-Line에서 따와서 I 또는 L로 표기한답니다. 예를 들어 4기통 직렬 엔진이면 I4나 L4로 표기하는 것이죠. 직렬엔진은 가장 전통적인 방식의 엔진으로 설계가 단순하기 때문에 제조 비용이 적게 들고 정비가 편하다는 장점이 있답니다.
다만 실린더를 일렬로 배열하는 특성 때문에 배기량이 늘어나면 엔진의 길이가 너무 길어지는 문제가 발생하는데요, 때문에 직렬엔진은 2,000cc급 전후의 준중형이나 소형자동차에 많이 쓰인답니다. 물론 차체가 큰 대형 버스나 트럭 등의 자동차에서는 크게 상관이 없어요.
<수평대향 엔진>
<출처 : http://gereksizbilgi.blogspot.kr/>
수평대향 엔진은 실린더를 서로 마주보게 하여 수평으로 배치한 엔진이랍니다. 즉, 보통의 엔진이 실린더를 상하로 움직여 동력을 얻는다면 이 엔진은 좌우로 움직여 동력을 얻는 것이죠. 그 모습이 마치 권투선수가 자신의 두 주먹을 때리는 모습을 연상시킨다고 해서 박서(Boxer) 엔진이라고도 불린답니다.
수평대향 엔진은 개발 당시 특유의 배치로 인해 엔진 실린더의 편마모 현상이 있었었는데요, 하지만 현재는 기술의 발전으로 이 문제는 해결된 상태에요. 수평대향 엔진은 엔진의 무게 중심이 낮아 코너링이 안정적이라는 장점이 있는데요, 반면 좌우로 공간을 많이 차지하여 더블 위시본이나 멀티링크 서스펜션의 사용이 어려운 편이라고 해요.
<V형 엔진>
<출처 : http://imgur.com/>
V형 엔진은 말 그대로 실린더가 V자를 그리며 지그재그로 배열된 엔진을 뜻해요. V형 엔진은 직렬 엔진과 수평대향 엔진의 중간 형태를 지니는데요, 무게 중심은 직렬 엔진보다 다소 낮아지며, 실린더를 지그재그로 배치하는 만큼 같은 기통수의 직렬 엔진에 비해 길이가 짧아지는 장점이 있답니다.
때문에 6기통 이상의 승용차용 엔진은 대부분 V형 엔진구조를 사용하고 있어요. 6기통 이상의 직렬엔진은 일반적인 승용차나 소형 상용차에서는 엔진의 길이뿐만 아니라 구조적인 문제로 개발이 어려우며, 특히 승용차용 6기통 엔진은 개발과 개량이 쉽지만은 않아 이제는 거의 사용되지 않는다고 해요. 때문에 과거 직렬 6기통 엔진을 쓰던 회사들 대부분이 현재는 V형 6기통 엔진을 사용하고 있답니다. 설계나 부품이 직렬 엔진보다 복잡해지는 약점은 있지만, 직렬 엔진으로 대배기량 엔진을 만드는 것이 어려운 이상 6기통 이상의 승용차 엔진은 대부분 V형을 사용할 수밖에 없죠.
4. 터보차저와 슈퍼차저
<터보차저(Turbocharger) 엔진>
'터보차저 엔진'은 우수한 연비를 내는 자동차에 대한 요구가 늘면서 배기량을 줄인 다운사이징 엔진의 수요가 높아지면서 등장한 용어랍니다. 여기서 터보 차저는 내연기관에서 필연적으로 발생하는 엔진의 배출가스 압력을 이용해 터빈을 돌린 후, 이 회전력을 이용해 흡입하는 공기를 대기압보다 강한 압력으로 밀어 넣어 출력을 높이기 위한 기관이에요. 터보차저 엔진은 자연흡기 방식보다 훨씬 더 많은 공기를 압축해 집어넣을 수 있어 자연흡기 방식에 비해 더 큰 힘을 낼 수 있어요. 디젤 엔진에 장착하는 터보차저는 구조와 설계가 비교적 간단해 최근 양산되는 디젤 자동차들은 대부분 터보차저를 장착하고 있답니다. 또, 최근에는 가솔린 차량에도 사용 빈도가 늘고 있어요.
<슈퍼차저(supercharger) 엔진>
슈퍼차저는 실린더 대부로 공기를 압축해 넣는다는 점은 터보차저와 같지만 배기가스 대신 크랭크샤프트를 이용한다는 점이 달라요. 슈퍼차저의 공기 펌프는 크랭크샤프트에 연결되어 있는데요, 이 방식의 장점은 터보차저가 일정량의 배기가스가 모이기 전까지 시간이 지체되는 '터보 랙'이 발생하는 것에 비해 슈퍼차저는 자연흡기 수준의 출력 반응성을 낼 수 있다는 점이에요. 또, 슈퍼차저 자체의 스트레스나 부하가 크지 않기 때문에 내구성이 좋다는 점도 장점으로 꼽을 수 있어요.
단, 슈퍼차저 또한 단점은 존재하니 부품 수나 기계 가공이 많이 필요하여 비용이 높아지며, 중량과 부피가 크다는 점을 꼽을 수 있어요. 또, 압축기를 항상 구동하고 있기에 엔진의 효율이 떨어지며 고회전에서의 출력이 터보차저에 비해 뒤떨어지는 등의 단점도 있답니다.
이렇게 자동차 엔진과 관련한 용어와 자동차 엔진의 종류를 두루 살펴보았는데 어떠셨나요? 다음 번에 자동차 관련 기사나 콘텐츠를 접할 때, 이제는 그 내용을 좀 더 정확하게 이해할 수 있겠죠? ^^ 그럼 인디는 다음 번에도 알찬 이야기로 여러분을 찾아 뵙도록 할게요. 여기까지 읽어 주셔서 감사합니다~!