휘발유 엔진의 원리

이제는 전기차의 시대가 오고 있고 이미 하이브리드 자동차는 역사가 오래되었다. 어찌 보면 지금의 전기차가 클래식한 휘발유 방식의 자동차 엔진에 비해 개발이 더 쉬울 것 같다는 생각이 든다.

 

도대체 누가 처음 휘발유 엔진을 생각했고 만들어 낸 것일까? 그리고 원리는 무엇일까?

 

1. 엔진의 역사

휘발유 엔진의 경우 1876년 독일의 니콜라우스 오토에 의해 개발되어 20세기 초에는 다양한 디젤과 가솔린 자동차 모델이 생산되었다.

2. 엔진의 원리

2-1. 흡입 행정

실린더 안에 있는 피스톤이 아래로 내려가면 흡기밸브라는 것이 열린다. 열린 이곳으로 연료와 공기가 뒤섞인 혼합기가 실린더 안으로 뿜어진다.

2-2. 압축 행정

열렸던 흡기밸브가 닫히며 피스톤이 위로 올라가고 혼합기가 압축된다.

2-3. 폭발 행정

점화 스파크가 불꽃을 일으켜 연료를 폭발시키면 실린더 내에 피스톤이 아래로 내려간다.

2-4. 배기 행정

배기 밸브가 열리고 피스톤이 올라가면서 배기가스는 실린더 밖으로 배출된다.

 

위와 같은 4 행정이 계속해서 발생하면서 차바퀴와 연결된 크랭크축을 회전시키며 자동차가 움직이는 것이다.

엔진에는 크게 가솔린 엔진과 디젤 엔진이 있다. 

 

3. 가솔린과 디젤 연료 차이점

- 가솔린(Gasoline)
끓는점 30~100℃ 의 석유 정제 제품으로 증발하기 쉽고 인화성이 높기 때문에 폭발의 위험이 있어 주의를 요한다.

- 디젤(Diesel)
끓는점 250~350℃ 의 석유 정제 제품으로 저렴한 연료비로 높은 효율을 자랑하지만 미세먼지 등 유해물질을 배출하는 단점이 있다.

 

자동차 산업이 팽창하던 당시 한 가지 문제가 있었는데 그것은 엔진에 손상을 초래할 수 있는 점화 현상인 노킹(knocking)이었다. 이를 해결하기 위한 해결책으로 테트라에틸납이 포함된 유연 휘발유가 떠올랐다.

그러나 나중에 해당 첨가물의 납성분이 신경조직에 손상을 남기며 어린이 장애 유발 등과 같은 유해함이 밝혀지게 되어 현재 우리가 사용하는 휘발유는 모두 납이 제거된 무연 휘발유를 사용하고 있는 것이다.

4. 엔진의 진화

현대에 오면서 휘발유 엔진은 계속해서 진화해 왔다.

TDI(Turbochaged Direct Inject), GDI(Gasoline Direct Injection), MPI(Multi Point Injection) 등과 같이 자동차 제조사마다 출력을 높이고 연비를 향상하기 위한 노력에 의해 다양한 휘발유 엔진이 개발되었다.

 

이번 포스팅에서는 휘발유 엔진의 원리에 대해 알아보았다.

이제는 어느덧 자동차 제조사 대부분이 향후 몇 년 내에 휘발유 엔진 방식의 개발 및 신차 출시를 중단하고 전동화 계획을 공표한 상태이다.

곧 역사의 뒤로 사라지게 될 휘발유 엔진 방식이지만 구동 원리는 언제나 신기하고 기발하다는 생각이 든다.