개념 한 쪽
이 개념은 엔진의 기본 열역학 식과 연료·공기 관계, 2행정 소기 방식, 연소 관련 문제와 엔진 부품의 기능·점검 요건을 다룬다. 문제 해결에는 주어진 식의 대입과 단위 변환, 명칭 구분이 핵심이다.
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출제기준 단원 「산업안전 관련 규정」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 오토사이클 열효율 계산 | 1 | 압축비와 비열비로 이론 열효율을 계산하기 |
| 혼합비와 단위환산 | 1 | 연료 부피와 비중으로 공기 질량을 구하는 계산 |
| 소기 방식과 명칭 구분 | 1 | 2행정 디젤의 소기 방식 이름을 가려내기 |
오토 사이클(가솔린 기관)의 이상적인 열효율은 압축비 r과 비열비 k로 결정되며 공식은 ɳo = 1 - (1 / r^(k-1))이다. 예로 압축비가 12이고 k가 1.4이면 지수는 0.4가 되어 계산 결과 약 0.63, 즉 63%의 이론 열효율이 도출된다. 실제 기관은 마찰 손실 등으로 이보다 낮은 효율을 보인다는 점을 참고한다.
연료와 공기의 질량 관계는 혼합비를 이용해 구한다. 연료 질량은 부피에 비중을 곱해 구하며, 혼합비는 공기:연료의 질량비임을 인지한다. 예로 가솔린 300cc의 비중이 0.75이면 연료 질량은 300×0.75=225g이고, 혼합비 15를 적용하면 필요한 공기 질량은 225×15=3,375g, 즉 3.375kgf가 된다.
2행정 디젤기관의 소기 방식은 단류 소기, 루프 소기, 횡단 소기의 세 가지가 일반적으로 쓰인다. 가변 벤튜리는 흡기계의 구조를 가리키는 용어로 소기 방식의 명칭에는 해당하지 않는다. 따라서 소기 방식 명칭을 묻는 문제에서는 단류·루프·횡단을 답지에 대비해 기억한다.
연소 관련 안전과 성능 관점에서는 노크 방지와 관련한 조치가 중요하다. 노크는 연소실 일부의 자발적 착화로 발생하므로 와류 등으로 난류를 증대시켜 화염 전파 속도를 높이고 화염 전파 거리를 짧게 하면 노크를 억제한다. 반대로 와류를 없애는 것은 노크를 유발할 수 있으므로 주의한다.
엔진 부품의 기능과 점검에서도 오개념을 경계한다. 플라이휠은 관성으로 회전 균일화를 하고 링기어로 시동 동력을 전달하는 기능을 갖추며, 엔진을 무부하 상태로 만드는 기능은 클러치나 변속기의 역할임을 구분한다. 연료필터의 오버플로우 밸브는 필터 막힘 시 우회 흐름을 제공하여 필터와 펌프를 보호하는 장치이며 분사 펌프의 압력을 상승시키는 역할은 하지 않는다.
밸브 스프링이 과도하게 진동하면 밸브가 실린더 헤드에 강하게 충돌하거나 개폐 시기가 불량해지는 현상이 발생하는데 이를 서징(Surge)이라 부른다. 엔진오일 점검은 엔진 정지 상태에서 게이지의 F와 L 사이를 확인하고, 오일 색상이나 점도 저하 등 상태 불량이 발견되면 단순 보충이 아니라 교환이 필요함을 기억한다.
오토 사이클 열효율 문제는 공식 ɳo = 1 - (1 / r^(k-1))에 r=12, k=1.4를 대입하여 1 - (1 / 12^0.4)을 계산하면 약 0.63으로 63%가 되는 것을 보이면 된다. 혼합비 문제는 먼저 연료 질량을 부피×비중으로 구하고 여기에 혼합비를 곱한 뒤 g→kg로 단위 환산하여 300cc×0.75×15÷1000=3.375kgf를 도출하면 정답을 얻는다. 소기 방식 문제는 보기 중 가변 벤튜리가 있으면 이를 흡기 구성 요소로 보고 단류·루프·횡단을 정답 후보로 남겨 오답을 제거하면 된다.
가솔린기관에서 압축비가 12일 경우 열효율(ɳo)은 약 몇 % 인가? (단, 비열비(k)=1.4이다.)
정답 ③ · 가솔린기관의 압축비와 비열비가 주어졌을 때 이론 열효율을 구하는 문제이다. 가솔린기관의 이론 사이클인 오토 사이클의 열효율은 1에서 압축비의 k-1 승으로 나눈 값을 뺀 식으로 계산한다.
오토 사이클 열효율은 1-(1/압축비^(k-1)) 공식으로 계산하며, k=1.4, r=12 대입 시 약 63% 도출된다.
가솔린 300 cc를 연소시키기 위하여 약 몇 kgf의 공기가 필요한가? (단, 혼합비는 15, 가솔린의 비중은 0.75이다.)
정답 ③ · 가솔린 연소에 필요한 공기의 무게를 혼합비와 비중을 이용해 구하는 문제이다. 먼저 가솔린 300cc에 비중 0.75를 곱하면 연료의 질량은 300 곱하기 0.75 = 225g이 된다.
연료량에 혼합비를 곱해 공기 질량을 구한 후 비중으로 부피를 질량(kgf)으로 환산한다.
2행정 디젤기관의 소기 방식이 아닌 것은?
정답 ① · 2행정 디젤기관의 소기 방식이 아닌 것을 고르는 문제이다. 2행정 디젤기관의 대표적 소기 방식은 단류 소기식, 루프 소기식, 횡단 소기식의 세 가지이다.
2행정 디젤기관의 소기 방식은 단류, 루프, 횡단이 일반적이며 가변 벤튜리는 소기 방식이 아님.
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