자동차 엔진 (4 행정 기관)

Car engine (four-stroke cycle)

자동차 엔진 속 피스톤은 네 번 오르내리는 동안 무슨 일을 해서 바퀴를 돌릴까요?

무슨 일이 일어났나

4 행정 엔진은 피스톤이 네 번 움직이는 동안(흡입 · 압축 · 폭발 · 배기) 한 순환을 마칩니다. 순환은 흡입 행정으로 시작하고, 폭발(동력) 행정에서 뜨거운 가스가 피스톤에 일을 합니다(NASA).

내연 기관이 쓰는 이 순환을 오토 순환이라고 합니다. 시뮬레이터는 공기 1 mol 을 이상 기체로 본 오토 순환 모형으로, 부피 비 8 이면 한 바퀴에 받은 열 27.2 kJ 가운데 15.4 kJ 를 일로 바꿔 열효율이 0.565 입니다.

부피 비를 4 로 낮추면 열효율이 0.426 으로 떨어지고, 10 으로 높이면 0.602 가 됩니다 — 많이 눌러 담을수록 같은 열에서 일을 더 뽑습니다.

실제 휘발유 차는 연료 에너지 가운데 약 12~30 % 만 차를 굴리는 데 쓰고, 대부분은 엔진에서 주로 열로 잃습니다(미국 에너지부).

캠이 한 바퀴 돌 때 크랭크축은 두 바퀴 돕니다(NASA). 행정 하나가 크랭크축 반 바퀴라, 네 행정이 두 바퀴에 맞춰집니다.

💡 생활 속 예시

자전거 펌프 끝을 손가락으로 막고 손잡이를 빨리 누르면 펌프 통이 따뜻해집니다 — 엔진의 압축 행정도 기체를 눌러 데웁니다.
한참 달리고 난 자동차의 보닛이 뜨거운 것은 연료 에너지의 대부분이 바퀴가 아니라 엔진에서 열로 빠져나가기 때문입니다.

어떤 부품이 무엇을 하나

실린더 — 피스톤이 오르내리는 통으로, 이 안에서 기체가 들어오고 타고 나갑니다.
피스톤 — 실린더 안을 오르내리며 기체를 눌러 담고, 폭발 행정에서 뜨거운 가스에 밀려 일을 받습니다.
점화 플러그 — 눌러 담은 연료와 공기에 불꽃을 튀겨 불을 붙입니다(요즘 엔진).
밸브와 캠 — 캠이 밸브를 열고 닫아 새 기체를 들이고 탄 가스를 내보냅니다.
크랭크축 — 피스톤의 오르내림을 도는 운동으로 바꿔 바퀴 쪽으로 보냅니다. 캠이 한 바퀴 돌 때 두 바퀴 돕니다.

흡입: 피스톤이 내려가며 공기(와 연료)를 실린더로 빨아들입니다.
압축: 피스톤이 올라가며 들어온 기체를 좁은 곳으로 눌러 담습니다.
폭발(동력): 점화 플러그의 불꽃으로 불이 붙어 뜨거워진 가스가 피스톤을 밀어 내립니다 — 네 행정 가운데 이때만 일을 얻습니다.
배기: 피스톤이 다시 올라가며 탄 가스를 밖으로 밀어내고, 다시 흡입부터 되풀이합니다.

확인된 값

피스톤이 네 번 움직이면(4 행정) 한 순환이 끝난다: 4 출처
순환은 흡입 행정으로 시작한다: intake stroke 출처
폭발(동력) 행정 — 뜨거운 가스가 피스톤에 일을 한다: power stroke 출처
캠이 한 바퀴 돌 때 크랭크축은 두 바퀴 돈다: 2 출처
요즘 엔진은 점화 플러그로 불꽃을 낸다: spark plug 출처
NASA 그림의 본보기 — 라이트 형제의 1903 년 비행기 엔진 실린더: 1903 출처
오토 열역학 순환 — 내연 기관이 쓰는 순환: Otto cycle 출처
휘발유 차에서 연료 에너지 중 차를 굴리는 데 쓰이는 몫 — 약 12~30 %: 0.12–0.30 출처
연료 에너지 대부분은 엔진에서 주로 열로 사라진다: lost as heat 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 역학과 에너지 · 열과 에너지 [12역학02-04]
한국 2022 · 물리학 · 힘과 에너지 [12물리01-06]

출처

https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/engopt.html(확인 2026-11-12)
https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/otto.html(확인 2026-11-12)
https://www.fueleconomy.gov/feg/atv.shtml(확인 2026-11-12)

이어서 보기

같은 단원 · 탈것과 하늘

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