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엔진에서 발생하는 진동은 몇 가지가 있는데 연소실에서 혼합기가 폭발적으로 연소할 때 엔진의 본체에 발생하는 진동과 피스톤-커넥팅 로드-크랭크샤프트의 왕복과 회전운동 할 때 관성력에 의해서 발생하는 진동, 밸브장치의 작동에 의한 진동 등 3가지가 주된 것이다. 혼합기의 연소에 따라 발생하는 진동은 연소 압력이 높을수록 크기 때문에 압축 비가 높고 공기를 많이 흡입하는 고성능 엔진일수록 진동 면에서는 불리하다. 엔진에 공기를 강제적으로 밀어 넣는 터보 엔진은 자연 흡기인 NA엔진(Naturally Aspirated Engine)에 비해 20~50% 정도의 큰 진동을 발생시킨다. 이러한 엔진은 진동의 발생이 어려운 형상으로 제작함으로써 진동이 큰 장소에 보조기구의 설치가 필요 없도록 하는 등의 조치로 진동을 억제하고 있다. 또한, 만약 진동이 크다 해도 엔진 [[마운팅]]의 설치 위치를 연구하여 액체를 봉입한 복합 [[마운팅]]을 적용하는 등 [[바디]]에 진동이 전달되는 것을 억제하고 있다. 관성력도 진동의 큰 원인이다. 피스톤은 상사점의 정지 상태부터 가속하고, 감속하여 하사점에 도달하는 가·감속에 의해, 크랭크샤프트는 크랭크 핀과 [[웹]]의 회전으로 인한 원심력에 의해, [[커넥팅 로드]]는 왕복 운동과 회전 운동이 조합된 복잡한 가·감속에 의해 [[관성력]]이 생긴다. 다기통 엔진은 피스톤이 [[크랭크 샤프트]]에 연결되어 있어 각 기통의 관성력이 상쇄되는 경우도 많지만 기통 수 및 배치와 팽창 행정의 타이밍에 따라서는 덧셈으로 끝나지 않는 경우도 있기 때문에 [[카운터 웨이트]](Counter Weight)에 의해 전체 중량과 관성력의 균형을 유지하는 것인데 완전하게 균형을 유지시키는 것은 어렵다. 관성력은 피스톤 및 커넥팅 로드 등 운동 부품의 중량이 가벼울수록 작으며, 같은 배기량이라면 기통수가 많은 엔진이 부품도 작고 가볍기 때문에 관성력이 작은 것이다. 관성력이 작으면 진동의 발생이 적을 뿐만 아니라 강도가 동일할 때 엔진의 회전수를 더 높일 수 있다. 다기통 엔진이 고속회전용으로 사용되지만 진동이 크지 않은 것은 이 때문이다. 또한, 운동부품의 중량을 가볍게 하면 각각의 부품에 가해지는 관성력이 그만큼 작아지기 때문에 같은 회전수로 엔진을 사용하는 것이라면 그 강도를 낮출 수 있다. 일반적으로 강도를 낮추어도 상관이 없다면 그만큼 경량화할 수 있기 때문에 부품을 더욱 가볍게 할 수 있는 것이다. 경량화는 진동을 억제할 뿐만 아니라 엔진의 성능향상 면에서도 중요하다.<ref> 구기성 기자,〈[http://autotimes.hankyung.com/apps/news.sub_view?nkey=202005211805451 포르쉐, "자연흡기 911은 더 이상 없다"]〉, 《오토타임스》, 2020-05-21 </ref> | 엔진에서 발생하는 진동은 몇 가지가 있는데 연소실에서 혼합기가 폭발적으로 연소할 때 엔진의 본체에 발생하는 진동과 피스톤-커넥팅 로드-크랭크샤프트의 왕복과 회전운동 할 때 관성력에 의해서 발생하는 진동, 밸브장치의 작동에 의한 진동 등 3가지가 주된 것이다. 혼합기의 연소에 따라 발생하는 진동은 연소 압력이 높을수록 크기 때문에 압축 비가 높고 공기를 많이 흡입하는 고성능 엔진일수록 진동 면에서는 불리하다. 엔진에 공기를 강제적으로 밀어 넣는 터보 엔진은 자연 흡기인 NA엔진(Naturally Aspirated Engine)에 비해 20~50% 정도의 큰 진동을 발생시킨다. 이러한 엔진은 진동의 발생이 어려운 형상으로 제작함으로써 진동이 큰 장소에 보조기구의 설치가 필요 없도록 하는 등의 조치로 진동을 억제하고 있다. 또한, 만약 진동이 크다 해도 엔진 [[마운팅]]의 설치 위치를 연구하여 액체를 봉입한 복합 [[마운팅]]을 적용하는 등 [[바디]]에 진동이 전달되는 것을 억제하고 있다. 관성력도 진동의 큰 원인이다. 피스톤은 상사점의 정지 상태부터 가속하고, 감속하여 하사점에 도달하는 가·감속에 의해, 크랭크샤프트는 크랭크 핀과 [[웹]]의 회전으로 인한 원심력에 의해, [[커넥팅 로드]]는 왕복 운동과 회전 운동이 조합된 복잡한 가·감속에 의해 [[관성력]]이 생긴다. 다기통 엔진은 피스톤이 [[크랭크 샤프트]]에 연결되어 있어 각 기통의 관성력이 상쇄되는 경우도 많지만 기통 수 및 배치와 팽창 행정의 타이밍에 따라서는 덧셈으로 끝나지 않는 경우도 있기 때문에 [[카운터 웨이트]](Counter Weight)에 의해 전체 중량과 관성력의 균형을 유지하는 것인데 완전하게 균형을 유지시키는 것은 어렵다. 관성력은 피스톤 및 커넥팅 로드 등 운동 부품의 중량이 가벼울수록 작으며, 같은 배기량이라면 기통수가 많은 엔진이 부품도 작고 가볍기 때문에 관성력이 작은 것이다. 관성력이 작으면 진동의 발생이 적을 뿐만 아니라 강도가 동일할 때 엔진의 회전수를 더 높일 수 있다. 다기통 엔진이 고속회전용으로 사용되지만 진동이 크지 않은 것은 이 때문이다. 또한, 운동부품의 중량을 가볍게 하면 각각의 부품에 가해지는 관성력이 그만큼 작아지기 때문에 같은 회전수로 엔진을 사용하는 것이라면 그 강도를 낮출 수 있다. 일반적으로 강도를 낮추어도 상관이 없다면 그만큼 경량화할 수 있기 때문에 부품을 더욱 가볍게 할 수 있는 것이다. 경량화는 진동을 억제할 뿐만 아니라 엔진의 성능향상 면에서도 중요하다.<ref> 구기성 기자,〈[http://autotimes.hankyung.com/apps/news.sub_view?nkey=202005211805451 포르쉐, "자연흡기 911은 더 이상 없다"]〉, 《오토타임스》, 2020-05-21 </ref> | ||
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2021년 7월 15일 (목) 13:13 판
자연흡기엔진(naturally aspirated engine)은 피스톤이 하강할 때 부압에 의하여 혼합 가스나 공기를 흡입하는 엔진을 말한다.
개요
자연흡기엔진은 피스톤이 하강할 때 부압에 의하여 혼합 가스나 공기를 흡입하는 엔진을 말하며, 줄여서 NA라고도 한다. 압축기로 엔진에 흡입되는 공기의 압력을 높이는 슈퍼차지드 엔진과 대조적으로 사용되는 용어이다.[1]
장점
외부 공기를 흡입해 엔진을 움직이는 방식으로 가속 페달을 밟으면 반응 속도가 빠르며, 고속 주행 시 터보 엔진보다 안정적인 운행이 가능하다.[2]
단점
배기량에 비헤 터보 엔진보다 출력이 떨어진다.[2]
터보 엔진과 자연흡기엔진의 차이점
- 차량 가격 측면: 같은 배기량이라면 터보엔진이 더 비싸다. 아반떼(Avante) 스마트 스트림 가솔린 1.6(Smart Stream Gasoline) 모델과 가솔린 1.6 터보 스포츠(Gasoline 1.6 Turbo Sports) 모델을 비교했을 때, 최고 사양 기준으로 터보 엔진 모델이 200만원 이상 비싸다. 터보 엔진이 비싼 이유는 터보 엔진은 배기가스를 그대로 배출하지 않고 터빈을 돌리는 데 쓰기 때문이다. 대신 터보차저가 이 역할을 수행한다. 더불어 압축 공기 온도가 높아 효율이 떨어지는 것을 예방하는 인터쿨러도 필요하다. 또한, 터보 엔진은 엄청난 고열을 버티기 위해 비싼 소재가 필요하고, 제조 공정 중 가공 정밀도 수준이 훨씬 높다. 이 추가 부품과 기술력이 비싼 가격의 이유인 것이다.[2]
터보 엔진
터보 엔진은 버리는 에너지를 재활용해 성능과 효율을 높인 엔진이다. 처음에는 비행기 엔진에 사용했지만, 지금은 주로 자동차 엔진에 쓴다. 모든 내연 기관 기관은 배출 가스를 내보낸다. 터보 엔진은 이 배출 가스를 그냥 버리지 않고, 터빈을 돌리는 데 사용한다. 이 때 생기는 압축 공기를 다시 연소실로 보내 출력을 높이는 것이다. 같은 배기량이라면 터보 엔진 성능이 일반 엔진보다 높다.[3]
장점
같은 배기량의 자연흡기 엔진보다 출력이 높고, 낮은 RPM에서 높은 토크를 낼 수 있다. 또한 배기량이 낮아도 높은 출력을 낼 수 있는 것은 터보 엔진이다.[2] 최근 출시하는 자동차 모델은 대부분 엔진 라인업에 터보 모델 하나 정도는 꼭 넣는다. 이유는 크게 두 가지로, 첫 번째는 운전자 입장에서는 일반 모델보다 스포티한 주행감을 느낄 수 있어 드라이브 만족도를 높일 수 있다. 더불어 뛰어난 연비와 저렴한 자동차세 덕분에 차량 유지비도 아낄 수 있다. 두 번째로는 제조사 입장에서는 나날이 엄격해지는 환경 규제에 대응할 수 있는 좋은 방법이다. 요새는 기름을 덜 먹으면서도 강한 힘을 발휘하는 자동차에 대한 요구가 늘면서 터보 엔진을 이용해 배기량을 낮추는 추세인데, 이를 다운사이징이라고 한다.[3]
단점
터보 엔진의 힘을 얻으려면 배출 가스 양이 충분해야 터빈을 돌릴 수 있기 때문에, 터보 엔진이 작동할 때까지 터보래그가 생길 수 있다. 쉽게 말하자면 오류가 걸릴 수 있다. 또한 터보 엔진 고장 시 타보엔진 날개가 깨져서 엔진 속으로 들어가면 엔진 헤드를 내리거나 엔진을 보링해야 하고, 심하면 엔진을 통째로 교체하는 일이 생길 수 있으며 터보 엔진 차 관리를 못하면 자동차 수명이 단축될 수 있다. 자연흡기엔진에 비해 고장 확률이 높기 때문에 수리 비용이 많이 든다.[2]
엔진
엔진에서 발생하는 진동은 몇 가지가 있는데 연소실에서 혼합기가 폭발적으로 연소할 때 엔진의 본체에 발생하는 진동과 피스톤-커넥팅 로드-크랭크샤프트의 왕복과 회전운동 할 때 관성력에 의해서 발생하는 진동, 밸브장치의 작동에 의한 진동 등 3가지가 주된 것이다. 혼합기의 연소에 따라 발생하는 진동은 연소 압력이 높을수록 크기 때문에 압축 비가 높고 공기를 많이 흡입하는 고성능 엔진일수록 진동 면에서는 불리하다. 엔진에 공기를 강제적으로 밀어 넣는 터보 엔진은 자연 흡기인 NA엔진(Naturally Aspirated Engine)에 비해 20~50% 정도의 큰 진동을 발생시킨다. 이러한 엔진은 진동의 발생이 어려운 형상으로 제작함으로써 진동이 큰 장소에 보조기구의 설치가 필요 없도록 하는 등의 조치로 진동을 억제하고 있다. 또한, 만약 진동이 크다 해도 엔진 마운팅의 설치 위치를 연구하여 액체를 봉입한 복합 마운팅을 적용하는 등 바디에 진동이 전달되는 것을 억제하고 있다. 관성력도 진동의 큰 원인이다. 피스톤은 상사점의 정지 상태부터 가속하고, 감속하여 하사점에 도달하는 가·감속에 의해, 크랭크샤프트는 크랭크 핀과 웹의 회전으로 인한 원심력에 의해, 커넥팅 로드는 왕복 운동과 회전 운동이 조합된 복잡한 가·감속에 의해 관성력이 생긴다. 다기통 엔진은 피스톤이 크랭크 샤프트에 연결되어 있어 각 기통의 관성력이 상쇄되는 경우도 많지만 기통 수 및 배치와 팽창 행정의 타이밍에 따라서는 덧셈으로 끝나지 않는 경우도 있기 때문에 카운터 웨이트(Counter Weight)에 의해 전체 중량과 관성력의 균형을 유지하는 것인데 완전하게 균형을 유지시키는 것은 어렵다. 관성력은 피스톤 및 커넥팅 로드 등 운동 부품의 중량이 가벼울수록 작으며, 같은 배기량이라면 기통수가 많은 엔진이 부품도 작고 가볍기 때문에 관성력이 작은 것이다. 관성력이 작으면 진동의 발생이 적을 뿐만 아니라 강도가 동일할 때 엔진의 회전수를 더 높일 수 있다. 다기통 엔진이 고속회전용으로 사용되지만 진동이 크지 않은 것은 이 때문이다. 또한, 운동부품의 중량을 가볍게 하면 각각의 부품에 가해지는 관성력이 그만큼 작아지기 때문에 같은 회전수로 엔진을 사용하는 것이라면 그 강도를 낮출 수 있다. 일반적으로 강도를 낮추어도 상관이 없다면 그만큼 경량화할 수 있기 때문에 부품을 더욱 가볍게 할 수 있는 것이다. 경량화는 진동을 억제할 뿐만 아니라 엔진의 성능향상 면에서도 중요하다.[4]
현황
포르쉐가 간판 제품인 911에 자연흡기 엔진을 얹지 않는다. 21일 외신에 따르면 포르쉐 GT 제품 책임자 프랭크 슈테판 발리서(Frank-Steffen Walliser) 박사는 최근 인터뷰를 통해 "새 911의 엔진룸은 대배기량 자연흡기 엔진에 필요한 기계적 장치를 추가할 공간이 부족하다"며 "911에 맞는 자연흡기 엔진 개발에도 막대한 비용이 요구돼 사실상 자연흡기 엔진을 추가하는 건 불가능"하다고 전했다. 자연흡기 엔진은 말 그대로 자연적으로 유입한 공기와 연료를 엔진 실린더에 공급하는 흡기 방식의 엔진이다. 빠른 응답성과 부드러운 가속이 가능해 전통적인 고성능차 소비자들이 선호한다. 자연 흡기는 최근 수 년동안 이산화탄소 배출 저감을 위해 터보차저로 대체하고 있다. 터보차저는 배기가스의 압력을 활용해 흡기 성능을 극대화한다. 엔진 배기량과 탄소 배출을 줄이면서 성능을 높일 수 있어 다운사이징 흐름의 핵심 구조로 꼽힌다. 과열, 과급 지연 현상의 단점이 있지만 기술 개발을 통해 없애가는 추세다. 한편, 포르쉐는 수동 변속기를 당분간 유지할 전망이다. 운전자가 직접 변속하는 수동 특유의 운전재미를 놓치기 않겠다는 것. 최근 포르쉐 소비자들은 소셜 미디어를 통해 "수동변속기를 살리자"란 뜻의 '#Savethemanuals' 해시태그 캠페인을 벌인 바 있다. 포르쉐는 이전 세대 911(991)의 부분 변경부터 기본형인 카레라(Carrera)에도 3.0ℓ 바이터보 엔진을 탑재하기 시작했다. 최근 국내에도 출시한 신형 911(992)에도 같은 형식의 엔진을 장착했다. 현재 남은 포르쉐의 자연흡기 엔진은 718 GTS 4.0 및 GT4, 911 GT3 등이 있다.[5]
각주
- ↑ 〈내추럴리 애스퍼레이티드 엔진〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 〈엔진의 장단점을 알아보자 자연흡기엔진 터보엔진〉, 《네이버 블로그》, 2020-08-22
- ↑ 3.0 3.1 영현대, 〈터보 엔진 vs 자연흡기 엔진〉, 《네이버 블로그》, 2020-05-11
- ↑ 구기성 기자,〈포르쉐, "자연흡기 911은 더 이상 없다"〉, 《오토타임스》, 2020-05-21
- ↑ 〈엔진의 진동〉, 《네이버 지식백과》
참고자료
- 〈내추럴리 애스퍼레이티드 엔진〉, 《네이버 지식백과》
- 영현대, 〈터보 엔진 vs 자연흡기 엔진〉, 《네이버 블로그》, 2020-05-11
- 〈엔진의 장단점을 알아보자 자연흡기엔진 터보엔진〉, 《네이버 블로그》, 2020-08-22
- 구기성 기자,〈포르쉐, "자연흡기 911은 더 이상 없다"〉, 《오토타임스》, 2020-05-21
- 〈내추럴리 페라리 F140 엔진〉, 《위키백과》
- 〈엔진의 진동〉, 《네이버 지식백과》
