가솔린 기관
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1. 개요
가솔린 기관은 가솔린을 연료로 사용하여 작동하는 내연 기관으로, 1876년 독일에서 니콜라우스 아우구스트 오토와 오이겐 랑겐에 의해 최초의 실용적인 형태가 개발되었다. 왕복식 기관과 회전식 기관으로 나뉘며, 왕복식은 2행정 및 4행정 기관이 있고, 회전식은 로터리 엔진(방켈 엔진)이 있다. 주요 부품으로는 실린더 블록, 피스톤, 커넥팅 로드, 크랭크 샤프트 등이 있으며, 연료 공급 방식에 따라 기화기 방식과 연료 분사 방식으로 구분된다. 가솔린 기관은 자동차, 오토바이, 소형 엔진 등 다양한 분야에서 사용되며, 출력에 비해 크기가 작고 가벼운 특징이 있다.
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2. 역사
최초의 실용적인 가솔린 기관은 1876년 독일에서 니콜라우스 아우구스트 오토와 오이겐 랑겐에 의해 제작되었다.[14] 비록 에티엔 르누아(1860년), 지크프리트 마르쿠스(1864년), 조지 브레이튼(1873년)이 더 이른 시기에 가솔린 기관을 개발하려는 시도를 했지만, 실용적인 기관은 아니었다. 가솔린을 연소시키는 외연 기관도 있으므로, 더 엄밀하게는 "가솔린을 사용하여 불꽃에 의해 점화하는 엔진"을 "가솔린 불꽃 점화식 내연 기관"이라고 부른다.
불꽃 방전에 의해 점화하므로 불꽃 점화 내연 기관이나 불꽃 점화 엔진이라고 표기되기도 하지만, 이는 연료 가스 등을 이용한 엔진에도 해당되므로 더 폭넓은 의미를 가진다. 모형용 가솔린 엔진이나 마그네토 개발 이전 초기 가솔린 엔진 중에는 글로우 플러그 점화 방식의 "가솔린 글로우 엔진"도 있었다.
2. 1. 초기 역사
최초의 실용적인 가솔린 기관은 1876년 독일에서 니콜라우스 아우구스트 오토와 오이겐 랑겐에 의해 제작되었다.[14] 비록 에티엔 르누아(1860년), 지크프리트 마르쿠스(1864년), 조지 브레이튼(1873년)이 더 이른 시기에 가솔린 기관을 개발하려는 시도를 했지만, 실용적인 기관은 아니었다.[14]2. 2. 발전 과정
초기 가솔린 기관은 기화기(카뷰레터)를 사용하여 연료와 공기를 혼합하는 방식이었다. 1980년대 이후 전자제어 연료 분사 방식이 도입되면서 효율성과 성능이 크게 향상되었다.대부분의 가솔린 기관은 피스톤의 왕복 운동을 커넥팅 로드와 크랭크축으로 회전시켜 회전축에 출력을 전달하는 왕복 엔진이다. 주로 흡기, 압축, 팽창, 배기의 4가지 행정을 거치는 4행정 기관 (오토 사이클)이 사용된다. 마쓰다는 과급기가 달린 밀러 사이클 기관을, 토요타는 하이브리드 자동차인 프리우스에 앳킨슨 사이클 기관을 사용했다. 흡기와 압축, 팽창과 배기의 2가지 행정을 거치는 2행정 기관은 클라크 사이클이다. 극소수이지만, 6개의 행정을 거치는 6행정 기관도 존재한다. 로터리 엔진도 실용화되었다.
디젤 엔진보다 고속 회전이 가능하고, 배기량당 출력이 크며, 진동 및 소음이 적어 소형 승용차, 상용차, 이륜차 등에 널리 이용된다. 과거 항공기용으로도 사용되었으나, 제2차 세계 대전 이후 제트 엔진의 보급으로 경비행기 등에만 사용된다.
옥탄가가 높은 가솔린을 사용하면 압축비를 높여 출력을 향상시킬 수 있다. 과거에는 사알킬납 등 유기 납 화합물이 첨가되었지만, 환경 문제로 금지되었고, 대체 안티노크제가 첨가되었다. 배기 가스 유독 성분 규제 시작 직후에는 여러 방식이 시도되었지만, 이후 삼원 촉매 방식으로 수렴되었다.[14]
3. 종류
가솔린 기관은 작동 방식에 따라 크게 왕복식 기관과 회전식 기관으로 나뉜다. 왕복식 기관은 2행정 기관과 4행정 기관으로 나뉘는데, 4행정 기관이 주로 사용된다. 2행정 기관은 오토바이, 스쿠터와 같은 소형 차량이나 예취기와 같은 소형 원동기에 주로 쓰인다. 회전식 기관은 로터리 엔진으로 알려진 방켈 엔진이 있다.
가솔린을 연소시키는 외연 기관도 있기 때문에, 더 엄밀하게는 "가솔린 불꽃 점화식 내연 기관"이라고 부른다. 불꽃 방전으로 점화하므로 불꽃 점화 내연 기관이나 불꽃 점화 엔진이라고도 부르지만, 연료 가스 등을 사용하는 엔진도 불꽃 점화를 사용하므로, 더 넓은 의미를 가진다. 모형용 가솔린 엔진의 일부 및 마그네토 개발 이전의 가솔린 엔진 개발 초기에는 글로우 플러그 점화를 사용하는 "가솔린 글로우 엔진"도 있었다.
기통당 행정 체적이 600ml를 초과하면 열효율이 나빠지므로, 고출력 (일률) 엔진은 다기통이어야 한다.[14]
압축 중 미세한 액체 상태 혹은 기화된 가솔린이 자기 점화하여 노킹을 일으키면, 불완전 연소 및 엔진 손상 등 불이익이 발생한다. 따라서 동일 배기량·동일 연료 소비량에서 출력을 향상시키기 위해 압축비를 높이려면, 옥탄가가 높은 가솔린을 사용해야 한다. 과거에는 사알킬납 등 유기 납 화합물이 첨가되었지만, 환경 및 안전성 문제로 항공기용 등을 제외하고 대부분의 국가에서 금지되었고, 대체 가능한 안티노크제가 첨가되게 되었다. 배기 가스에는 유독성 성분이 많이 포함되어 있지만, 제어와 후처리로 비교적 쉽고 저렴하게 줄일 수 있다. 배기 가스 유독 성분 규제 초기에는 여러 방식이 시도되었지만, 이후 삼원 촉매 방식으로 수렴되었다. 유기 납 화합물은 이 촉매의 기능을 손상시키기 때문에 사용이 금지되었다.
3. 1. 왕복식 기관
대부분의 가솔린 기관은 피스톤을 왕복 운동시켜 커넥팅 로드와 크랭크축으로 회전축에 출력을 전달하는 왕복 엔진이며, 행정 수에 따라 더 분류된다.[5][6][7]흡기·압축·팽창·배기의 4가지 행정을 취하는 4행정 기관에 주로 사용되는 사이클은 오토 사이클이다. 연소는 혼합기의 체적이 최소가 되는 상사점 부근의 짧은 시간에 일시에 이루어지므로, 체적이 거의 일정하게 연소한다. 이 때문에 정적 연소 사이클, 또는 개발자의 이름에서 따와 오토 사이클이라고 불린다. 과거 마쓰다가 과급기가 달린 밀러 사이클 기관을 실용화했다. 토요타의 하이브리드 자동차인 프리우스의 엔진은 앳킨슨 사이클 기관이라고 칭하고 있지만, 그 중 밀러 사이클 기관이다.
흡기와 압축, 팽창과 배기의 2가지 행정을 취하는 2행정 기관은 클라크 사이클이다.
극소수이지만, 6개의 행정을 거치는 6행정 기관도 존재한다.
디젤 엔진 (압축 착화 엔진)보다, 고속 회전이 가능하고, 배기량당 출력이 크며, 진동 및 소음이 적어 조용하며, 소출력에 적합하다. 승용차를 시작으로 소형 상용차, 이륜차 등에 널리 이용된다. 과거에는 항공기용으로 1,000마력 이상의 다기통 엔진이 사용되기도 했지만, 제2차 세계 대전 후 제트 엔진의 보급으로 자취를 감추고, 오늘날에는 소형 엔진이 경비행기 등에 사용되는 데 그친다. 또한 한랭지에는 디젤 엔진보다 적합하기 때문에, 해당 지역에서 운용되는 군용차에는 우선적으로 사용되었다.
3. 2. 회전식 기관
로터리 엔진으로 알려진 방켈 엔진은 왕복 운동을 수반하지 않고 로터의 회전 운동을 통해 동력을 생산한다.[14] 마쓰다는 로터리 엔진을 장착한 스포츠카를 생산하기도 했다.4. 구조
가솔린 기관은 기관 내부에서 연료를 직접 태워 발생하는 열에너지를 기계적인 일로 바꾸는 내연 기관의 일종이다. 기화된 휘발유에 공기를 혼합한 가스를 태우고 점화 플러그에서 전기 스파크를 일으켜 연소시켜 피스톤을 밀어낸다.
불꽃 방전으로 점화하므로 불꽃 점화 내연 기관 또는 불꽃 점화 엔진이라고도 불리지만, 이는 연료 가스를 사용하는 엔진에도 해당되므로 더 넓은 의미를 가진다.
대부분 피스톤의 왕복 운동을 커넥팅 로드와 크랭크축을 통해 회전축에 전달하는 왕복 엔진이며, 행정 수에 따라 분류된다. 흡기, 압축, 팽창, 배기의 4행정을 거치는 4행정 기관은 주로 오토 사이클을 사용한다. 마쓰다는 과급기가 달린 밀러 사이클 기관을, 토요타 자동차는 하이브리드 자동차인 프리우스에 앳킨슨 사이클 기관(밀러 사이클 기관)을 사용했다. 흡기와 압축, 팽창과 배기의 2행정을 거치는 2행정 기관은 클라크 사이클을 사용하며, 극소수이지만 6행정 기관도 존재한다. 왕복 운동을 하지 않는 로터리 엔진도 실용화되었다.
기통당 행정 체적이 600mL를 초과하면 열효율이 나빠지므로, 고출력 엔진은 다기통이어야 한다.[14] 디젤 엔진보다 고속 회전이 가능하고 배기량당 출력이 크며 진동과 소음이 적어 조용하고 소출력에 적합하다.
압축 중 미세한 액체 상태나 기화된 가솔린이 자기 점화하여 노킹을 일으키면 불완전 연소 및 엔진 손상 등의 문제가 발생한다. 따라서 동일 배기량, 동일 연료 소비량에서 출력을 높이려면 압축비를 높이고 자기 점화가 어려운 옥탄가가 높은 가솔린을 사용해야 한다.
4. 1. 주요 부품
4행정 기관의 주요 부품은 다음과 같다.[14]; 실린더 블록
: 주로 주철 또는 알루미늄 합금으로 만들어진 블록으로, 내부에 실린더와 냉각수 및 윤활유 통로가 있다. 냉각수를 사용하지 않고 외부에 핀을 설치한 공랭 방식도 있다.
; 피스톤
: 주로 알루미늄 합금으로 만들어진 원통형 부품으로, 실린더 내에서 왕복 운동을 한다. 압축 과정에서는 상승하면서 연소실 내의 혼합기를 압축하고, 연소 행정에서는 연소 압력을 받으면서 하강하여 그 힘을 커넥팅 로드에 전달한다. 배기 행정에서는 상승하면서 연소 배기를 실린더 밖으로 내보내고, 흡기 행정에서는 하강하면서 새로운 혼합기를 실린더 내로 흡입한다. 열 전도성이 우수하고, 열팽창이 작고 가벼운 것이 좋다. 대부분 연소실 측면에 홈이 파여 있고, 여러 개의 피스톤 링이 끼워져 기밀성을 높이고 오일이 과도하게 연소실로 유입되거나 연소실에서 빠져나가는 것을 막는다.
; 커넥팅 로드
: 피스톤과 크랭크 샤프트를 연결하여 피스톤의 상하 운동을 크랭크 샤프트의 회전 운동으로 변환한다. 재료로는 크롬 몰리브덴강 및 탄소강이 사용된다.
; 크랭크 샤프트
: 피스톤의 상하 운동을 회전 운동으로 변환한다. 크랭크 샤프트의 회전 운동은 엔진의 출력을 발생시킬 뿐만 아니라, 캠 샤프트나 오일 펌프 등 엔진 자체를 구성하는 부품 및 보조 장치의 구동력도 발생시킨다.
; 흡기 밸브
: 인테이크 매니폴드와 실린더 사이에 설치된 밸브로, 엔진이 흡기 행정으로 전환될 때 열려 혼합기를 실린더 내로 들여보낸다.
; 배기 밸브
: 배기 매니폴드와 실린더 사이에 설치된 밸브로, 엔진이 배기 행정으로 전환될 때 열려 연소 배기를 실린더 밖으로 배출한다.
; 캠 샤프트
: 흡기 밸브, 배기 밸브를 적절한 타이밍에 열고 닫기 위한 캠을 가진 샤프트로, 각 밸브의 개폐 타이밍은 크랭크 샤프트의 회전을 전달하는 타이밍 벨트에 의해 결정된다.
; 점화 플러그
: 전기적으로 발생시킨 불꽃이나 적열로 압축된 혼합기에 점화한다.
; 기화기·연료 분사 장치
: 엔진이 흡입하는 공기에 가솔린을 혼합하여 연소할 혼합기를 만든다. 연료 분사 장치로 연소실 내에 가솔린을 분무하기도 한다.
; 라디에이터
: 엔진의 과열을 막기 위해 실린더를 냉각하는 냉각수에서 열을 공중으로 발산시켜 냉각수를 적정 온도로 유지한다. 공랭 등으로 생략되기도 한다.
4. 2. 연료 공급 방식
가솔린 기관의 연료 공급 방식은 크게 기화기(카뷰레터) 방식과 연료 분사 방식으로 나뉜다. 전자는 초기에 많이 사용되었고, 후자는 1980년대 이후 현재 대부분의 가솔린 기관에 쓰인다.4. 2. 1. 기화기 (카뷰레터)
초기의 가솔린 기관에 많이 쓰였던 형식으로 기화기(카뷰레터)를 사용하여 공기와 연료를 미리 적절한 비율로 혼합시킨 후 실린더에 흡입하는 방식이다.[1] 기화기에는 스로틀 밸브가 있으며 운전자가 가속 페달로 개폐량을 조절하면서 엔진 내부로 흡입되는 공기의 양이 제어되며, 이에 따라 엔진 출력이 제어된다.[1]4. 2. 2. 연료 분사 방식
현대 가솔린 기관은 대부분 연료 분사 방식을 사용하며, 크게 포트 분사 방식(PFI)과 직접 분사 방식(GDI)으로 나뉜다.- 포트 분사 방식 (PFI): 1980년대 이후부터 등장하여 현재 거의 모든 가솔린 기관에 쓰이는 방식이다. 흡기 포트에 연료 분사기(fuel injector)를 장착하여 실린더에 도달하기 직전에 공기와 가솔린을 혼합한다.
- 직접 분사 방식 (GDI): Gasoline Direct Injection의 약자로, 연료를 흡기 포트가 아닌 실린더 내에 직접 분사하여 연소시키는 방식이다.
5. 작동 원리 (4행정 기관 기준)
가솔린 기관은 대부분 피스톤을 왕복 운동시켜 커넥팅 로드와 크랭크축으로 회전축에 출력을 전달하는 왕복 엔진이다. 흡기·압축·팽창·배기의 4가지 행정을 취하는 4행정 기관은 오토 사이클을, 흡기와 압축, 팽창과 배기의 2가지 행정을 취하는 2행정 기관은 클라크 사이클을 따른다. 극소수이지만, 6개의 행정을 거치는 6행정 기관도 존재한다. 왕복 운동을 수반하지 않는 로터리 엔진도 실용화되었다.[14]
5. 1. 오토 사이클
흡기, 압축, 팽창, 배기의 4가지 행정을 취하는 4행정 기관에 주로 사용되는 사이클은 오토 사이클이다.[5] 연소는 혼합기의 체적이 최소가 되는 상사점 부근의 짧은 시간에 일시에 이루어지므로, 체적이 거의 일정하게 연소한다. 이 때문에 정적 연소 사이클, 또는 개발자의 이름에서 따와 오토 사이클이라고 불린다.[6][7]5. 2. 4행정
흡기, 압축, 팽창, 배기의 4가지 행정을 취하는 4행정 기관에 주로 사용되는 사이클은 오토 사이클이다. 연소는 혼합기의 체적이 최소가 되는 상사점 부근의 짧은 시간에 일시에 이루어지므로, 체적이 거의 일정하게 연소한다. 이 때문에 정적 연소 사이클, 또는 개발자의 이름에서 따와 오토 사이클이라고 불린다. 과거 마쓰다가 과급기가 달린 밀러 사이클 기관을 실용화했다. 토요타의 하이브리드 자동차인 프리우스의 엔진은 앳킨슨 사이클 기관이라고 칭하고 있지만, 그 중 밀러 사이클 기관이다.6. 성능
가솔린 기관은 디젤 엔진보다 고속 회전이 가능하고, 배기량당 출력이 크며, 진동과 소음이 적어 조용하다는 장점이 있어 승용차, 소형 상용차, 이륜차 등에 널리 이용된다. 과거에는 항공기용으로 1,000마력 이상의 다기통 엔진이 사용되기도 했지만, 제2차 세계 대전 이후 제트 엔진의 보급으로 자취를 감추었고, 현재는 소형 엔진이 경비행기 등에 사용되는 정도이다.[14] 또한, 추운 지역에서는 디젤 엔진보다 가솔린 기관이 더 적합하여 해당 지역에서 운용되는 군용차에 우선적으로 사용되었다.
기통당 행정 체적이 600mL를 초과하면 열효율이 나빠지므로, 고출력(높은 일률) 엔진은 다기통이어야 한다.[14]
배기 가스에는 유독성 성분이 많이 포함되어 있지만, 제어와 후처리를 통해 비교적 쉽고 저렴하게 유독 성분을 줄일 수 있다. 배기 가스 유독 성분 규제가 시작된 직후에는 다양한 방식이 시도되었지만, 이후 삼원 촉매 방식으로 수렴되었다. 앞서 언급된 사알킬납 등 유기 납 화합물은 이 촉매의 기능을 손상시키기 때문에 사용이 금지되었다.
6. 1. 압축비
압축비는 실린더 내 혼합기가 압축되는 정도를 나타내는 비율로, 가솔린 기관의 성능과 효율에 큰 영향을 미친다. 높은 압축비는 출력과 효율을 향상시키지만, 노킹(이상 연소) 발생 가능성을 높일 수 있다.의도적으로 압축 착화를 일으키는 경우를 제외하고, 압축 중에 미세한 액체 상태 혹은 기화된 가솔린이 자기 점화하여 노킹을 일으키면 불완전 연소 및 엔진 손상 등 불이익이 발생한다. 따라서 동일 배기량, 동일 연료 소비량에서 출력을 향상시키기 위해 압축비를 높이려면, 자기 점화가 어렵도록 옥탄가가 높은 가솔린을 사용하는 것이 필요하다. 과거에는 사알킬납 등 유기 납 화합물이 첨가되었지만, 환경 및 안전성 문제로 대부분의 국가에서 금지되었고, 대체 가능한 안티노크제가 첨가되게 되었다.[14]
6. 2. 출력 및 효율
가솔린 기관의 출력은 보통 마력(hp) 또는 킬로와트(kW)로 표시된다.[13] 일반적인 가솔린 기관의 열효율은 약 20~30% 정도이다.[13]카르노 사이클에 따른 가솔린 엔진의 열 정산 예시는 다음과 같다. 실제로는 엔진의 성능 차이와 작동 환경에 따라 비율은 달라진다.[15]
| 항목 | 비율 |
|---|---|
| 연소 시의 총 에너지 | 100% |
| 유효 일 | 20 - 30% |
| 기계적 손실 | 5 - 10% |
| 방사 손실 | 1 - 5% |
| 배기 손실 | 30 - 35% |
| 냉각 손실 | 30 - 45% |
즉, 연소 시 에너지의 20~30% 정도만 일로 얻을 수 있다.
7. 냉각 방식
가솔린 기관은 작동 중 발생하는 열을 제거하기 위해 냉각 시스템이 필요하며, 공랭식 또는 수냉식을 사용한다. 공랭식은 실린더 블록 외부에 냉각 핀을 설치하여 공기로 냉각하는 방식이고, 수랭식은 내부에 냉각수 통로를 설치하고 냉각수를 순환시켜 냉각하는 방식이다.[14]
7. 1. 공랭식
실린더 블록 외부에 냉각 핀을 설치하여 공기로 냉각하는 방식이다.[14] 구조는 간단하지만 냉각 효율이 낮아 소형 엔진에 주로 사용되며, 냉각수를 사용하지 않고 외부에 핀을 설치한다.[14]7. 2. 수랭식
실린더 블록 내부에 냉각수 통로를 설치하고 냉각수를 순환시켜 냉각하는 방식이다.[14] 냉각 효율이 높아 대부분의 자동차 엔진에 사용된다.8. 점화 시스템
가솔린 기관은 압축된 혼합기에 점화하기 위해 점화 시스템이 필요하다. 점화 시스템은 전기 스파크를 이용하여 가스를 연소시킨다. 점화 방식으로는 스파크 점화를 사용하며, 마그네토 또는 점화 코일에 의해 고전압을 얻을 수 있다.[14] 점화 모듈은 회전 제한기로 기능하여 과회전을 방지하고 밸브 플로트 및 커넥팅 로드 파손과 같은 결과를 막기도 한다.
불꽃 점화는 연료 가스 등에 의한 엔진에도 사용되므로, 불꽃 방전에 의해 점화하는 엔진을 불꽃 점화 내연 기관 또는 불꽃 점화 엔진이라고 부르는 것은 더 넓은 의미를 가진다.
8. 1. 점화 플러그
점화 플러그는 압축된 혼합기에 전기 스파크를 발생시켜 점화하는 역할을 한다.[14] 자동차의 경우 축전지의 전류를 사용하는데, 유도 코일이 전압을 높이면, 이 고압 전류는 배전기를 지나 각 실린더에 전달된다. 이 전류가 절연재로 싸인 두 개의 점화 플러그 사이의 틈을 지나면서 전기 스파크를 발생시킨다.[14]8. 2. 점화 코일
점화 코일은 축전지의 저전압을 고전압으로 변환하여 점화 플러그에 공급한다.8. 3. 엔진 제어 장치 (ECU)
현대 자동차 엔진에서 엔진 제어 장치는 점화 시기를 관리한다.[14]9. 환경 문제 및 규제
가솔린 기관에서 압축 중 미세한 액체 상태 혹은 기화된 가솔린이 자기 점화하여 노킹을 일으키면, 불완전 연소 및 엔진 손상 등 불이익이 발생한다.[14] 동일 배기량·동일 연료 소비량에서 출력을 향상시키기 위해 압축비를 높이려면, 옥탄가가 높은 가솔린을 사용해야 한다. 과거에는 옥탄가를 높이기 위해 사알킬납 등 유기 납 화합물을 첨가했지만, 환경 및 안전성 문제로 인해 항공기용 등을 제외하고 대부분의 국가에서 금지되었고, 대체 안티노크제가 첨가되게 되었다.[14]
9. 1. 배기 가스
가솔린 기관의 연소 과정에서 발생하는 배기 가스에는 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx) 등 여러 유해 물질이 포함되어 있다.[14] 대한민국에서는 이러한 유해 물질을 줄이기 위해 배기 가스 규제를 시행하고 있으며, 초기에는 다양한 방식이 시도되었으나 이후 삼원 촉매 방식으로 수렴되었다.[14] 과거에는 옥탄가를 높이기 위해 사알킬납과 같은 유기 납 화합물을 가솔린에 첨가했지만, 이 물질은 삼원 촉매의 기능을 손상시키고 환경 및 안전성 문제를 일으켜 대부분의 국가에서 사용이 금지되었다.[14]9. 2. 삼원 촉매
삼원 촉매 방식은 배기 가스 중 유해 성분을 줄이기 위한 후처리 기술이다. 가솔린 엔진의 배기 가스 유독 성분 규제가 시작된 직후 여러 방식이 시도되었으나, 이후 삼원 촉매 방식으로 수렴되었다. 과거에는 옥탄가를 높이기 위해 사알킬납 등 유기 납 화합물이 가솔린에 첨가되었지만, 이러한 유기 납 화합물은 삼원 촉매의 기능을 손상시키기 때문에 사용이 금지되었다.[14]10. 응용 분야
가솔린 기관은 자동차, 오토바이, 항공기, 모터보트 및 잔디 깎는 기계, 전기톱, 휴대용 발전기와 같은 소형 엔진 등에 사용된다. 또한, 더 큰 고정식 디젤 엔진을 시동하는 데 사용되는 일종의 엔진인 "포니 엔진"으로도 사용되었다.[14]
불꽃 점화 내연 기관은 불꽃 방전으로 점화되지만, 연료 가스 등을 이용한 엔진도 불꽃 점화를 사용하므로 더 넓은 의미를 가진다. 모형용 가솔린 엔진이나 마그네토 개발 이전 초기 가솔린 엔진 중에는 글로우 플러그 점화를 사용하는 "가솔린 글로우 엔진"도 있었다.
대부분의 가솔린 기관은 피스톤의 왕복 운동을 커넥팅 로드와 크랭크축을 통해 회전축에 전달하는 왕복 엔진이며, 행정 수에 따라 분류된다. 4행정 기관은 흡기·압축·팽창·배기의 4가지 행정을 거치며, 주로 오토 사이클을 사용한다. 연소는 혼합기의 체적이 최소가 되는 상사점 부근에서 짧은 시간에 이루어지므로, 체적이 거의 일정하게 유지되는 정적 연소 사이클, 또는 개발자의 이름을 따서 오토 사이클이라고 불린다. 과거 마쓰다는 과급기가 달린 밀러 사이클 기관을, 토요타는 하이브리드 자동차인 프리우스에 앳킨슨 사이클 기관(실제로는 밀러 사이클 기관)을 사용했다. 2행정 기관은 흡기와 압축, 팽창과 배기의 2가지 행정을 거치는 클라크 사이클을 사용한다. 극소수이지만, 6개의 행정을 거치는 6행정 기관도 존재한다.
왕복 운동을 하지 않는 로터리 엔진도 실용화되었다.
압축 중 미세한 액체 상태 또는 기화된 가솔린이 자기 점화하여 노킹을 일으키면 불완전 연소 및 엔진 손상 등의 문제가 발생한다. 따라서 동일 배기량·연료 소비량에서 출력을 높이기 위해 압축비를 높이려면 옥탄가가 높은 가솔린을 사용해야 한다. 과거에는 사알킬납 등 유기 납 화합물이 첨가되었지만, 환경 및 안전 문제로 대부분 국가에서 금지되었고, 대체 안티노크제가 사용되고 있다. 배기 가스에는 유독 성분이 많지만, 제어와 후처리를 통해 저렴하게 줄일 수 있다. 배기 가스 유독 성분 규제 초기에는 다양한 방식이 시도되었지만, 이후 삼원 촉매 방식으로 수렴되었다. 유기 납 화합물은 이 촉매의 기능을 손상시키기 때문에 금지되었다.[14]
10. 1. 주요 활용처
가솔린 기관은 출력하는 힘의 양에 비해 크기가 작고 가벼운 특징이 있어 중소형 차량 엔진에 널리 사용된다. 자동차, 오토바이, 에어크래프트, 모터 보트, 소형 트랙터 등의 동력으로 많이 쓰이며, 예취기, 전기톱, 휴대용 엔진 발전기 등의 소형 엔진에도 사용된다.[14]디젤 엔진이 등장하기 전에는 버스, 트럭, 기관차와 같은 대형 차량에도 사용되었다. 20세기 초반에 나왔던 Bedford OB (버스), Bedford M series (트럭), GE 57-ton gas-electric boxcab (기관차)들이 그 예이다.
디젤 엔진보다 고속 회전이 가능하고, 배기량당 출력이 크며, 진동 및 소음이 적어 조용하고, 소출력에 적합하다. 승용차를 비롯해 소형 상용차, 이륜차 등에 널리 이용된다. 과거에는 항공기용으로 1,000마력 이상의 다기통 엔진이 사용되기도 했지만, 제2차 세계 대전 이후 제트 엔진의 보급으로 자취를 감추었고, 오늘날에는 소형 엔진이 경비행기 등에 사용되는 데 그친다. 또한 한랭지에는 디젤 엔진보다 가솔린 기관이 적합하기 때문에, 해당 지역에서 운용되는 군용차에는 우선적으로 사용되었다.[14]
10. 2. 과거의 활용
디젤 엔진이 보편화되기 전에는 버스, 트럭, 기관차와 같은 대형 차량에도 가솔린 기관이 사용되었다. 20세기 초반에 생산된 Bedford OB (버스), Bedford M series (트럭), GE 57-ton gas-electric boxcab (기관차) 등이 그 예이다.[14]또한, 한랭지에서는 디젤 엔진보다 가솔린 기관이 더 적합하기 때문에, 해당 지역에서 운용되는 군용차에는 우선적으로 사용되었다.[14]
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