동역학 내연기관 분석

주제 : 뉴턴이 운동법칙을 알아내고 과학기술의 발전이 산업혁명으로 이어져 온 이래 지금까지 헤아릴 수 없을 만큼 많은 업적이 공학 분야에서 이룩되었다. 특히 기계공학 분야의 눈부신 기술진보는 지난 수백 년 간 끊임없이 계속되어 오고 있다. 이 중에서 동역학과 관련된 사례를 하나 선택하고 그 내용을 이제까지 배운 동역학의 원리로 설명해본다. 내연기관의 직선운동, 회전운동. 내연기관은 17세기에도 존재했다고 하지만 본격적으로 발전이 시작된 것은 19세기 중반부터이다. 외연기관과 내연기관의 큰 차이점이라고 하면 외연기관은 석탄 등의 연료를 태워 나오는 연소가스의 힘을 이용했지만, 내연기관은 연료의 연소할 때의 폭발력을 사용한다는 것이다. 내연기관이 외연기관에 비해 갖는 장점들 중 가장 중요한 것은 - 실린더 안에서 연료가 압축연소 되면서 폭발하는 힘을 그대로 커넥팅로드와 크랭크축을 지나서 회전운동으로 사용하게 되었다는 것이다. 엔진에서의 피스톤은 직선운동을 하게 된다. 일반적으로 가솔린엔진의 압축비는 1:7 ~ 1:12 정도이다. 피스톤은 하사점까지 내려가면서 혼합기를 흡입해서 상사점까지 압축하여 폭발과 함께 하사점으로 가속되면서 내려오게 된다. 피스톤의 직선운동은 커넥팅로드를 통해서 크랭크축에서 회전운동으로 바뀌게 되고 우리가 쓸 수 있는 힘이 되는 것이다.