자동차 엔진에서 사용하는 기계적 강도는
자동차에 적용하는 엔진 중에 실린더 피스톤 크랭크죽 등 기계류가 사용되고 있습니다. 이 기계들은 어느 정도 압력이면 망소되거나 파괴될 수 있나요?
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.
엔진 부품들은 연소 과정에서 발생하는 매우 높은 압력과 온도, 그리고 반복적인 힘에 견디도록 설계됩니다. 이들이 파괴되는 정확한 압력값은 재질,설계,제조공정,엔진의 사용환경, 작동온도, 윤활상태, 사용시간 등 여러 요인에 따라 매우 복잡하고 갑녀적이라 단일 수치로 명확히 말씀드리기는 어렵습니다.
각 주요 부품이 받는 압력과 손상 요인은 다음과 같습니다.
실린더 : 폭발 행정시 연소가스가 직접 닿아 최고 100~180bar(약 100~180기압) 이상의 순간적인 고압과 고온에 노출됩니다. 실린더가 파괴되는 경우는 주로 과도한 열 응력(열변형)이나 내부 결함, 지속적인 피로누적, 또는 냉각 불량으로 인한 변형 및 균열 발생으로 인해 발생합니다.
피스톤 : 연소 압력을 직접 받아 최고 수십톤에 달하는 힘을 견딥니다. 이는 피스톤 표면적에 작용하는 압력으로 환산될수있습니다. 피스톤은 주로 과열로 인한 용융, 윤활 불량으로 인한 실린더 벽과의 마찰 손상(소착), 그리고 반복되는 힘에 의한 피로 균열 등으로 손상됩니다.
크랭크축 : 피스톤에서 전달된 직선 운동을 회전 운동으로 바꾸면서 비틀림과 굽힘 응력을 동시에 받습니다. 크랭크축의 손상은 주로 엔진 오일 부족으로 인한 베어링 손상, 심각한 진동, 그리고 반복적인 스트레스에 의한 피로 파괴가 주요 원인입니다.
엔진은 이러한 극한의 조건에서도 작동하도록 안전 여유율(safety factor)를 충분히 고려하여 설계됩니다. 따라서 정상적인 사용 환경에서는 쉽게 망가지지 않습니다. 오히려 설계 압력을 넘어서는 과도한 외부 충격이나, 엔진 오일 관리 소홀, 냉각수 부족으로 인한 과열, 혹은 잘못된 연료 사용 등이 부품 손상을 일으키는 더 흔한 원인입니다.
안녕하세요
자동차에는 몇만가지의 기계부품이 들어가는데요
고장의 원인은 항상 복합적이라고 보시면 됩니다.
실린더나 축등 여러가지 부품들은 제조사에서 권장하는 동작 조건이 있을텐데요
예를들면 엔진같은 경우 내부 실린더가 깨지는 경우가 간혹 발생하는데
실린더가 깨지는 주된 이유 같은 경우는 실린더의 피로누적으로 인한 파손이 발생될수도 있고 과열(오일,냉각수부족등) 여러가지 문제로 인하여 실린더가 깨질수 있습니다. 이를 방지하고 경제적 부담을 줄이기 위해서는 정기적인 유지관리 보수가 필요합니다.
안녕하세요 기계공학 전문인 박성수 전문가입니다.
실린더는 설계와 재료에 따라 다를 수 있지만, 주철로 만든 실린더 블록은 200바 이상의 압력에서 손상이 발생할 수 있습니다.
그리고 알루미늄 합금 피스톤의 경우 약 150~200바 이상의 압력에서 파괴될 수 있습니다
마지막으로 크랭크축은 250~300MPa 이상의 응력에서 파괴될 수 있습니다.