1. 원동기 (Prime Mover) 이란?
ㅇ 동력 생성 장치
- 자연에 존재하는 에너지원(열, 수력, 풍력, 전기 등)을
- 기계적 에너지(회전력, 직선운동력 등)로 변환하는 장치의 총칭
※ [참고]
- 동력원 : 에너지원 (전기, 열, 수력 등) 공급
- 원동기 / 동력기 : 에너지 변환 장치 → 기계적 동력 (회전력, 추력 등)
. 모든 기계 장치는 원동기로부터 구동에 필요한 기계적 동력을 공급받음
ㅇ 원동기의 구분
- 열 원동기 : 증기기관, 내연기관 등 (열에너지 → 기계에너지)
- 전기 원동기 : 전동기 등 (전기에너지 → 기계에너지)
- 자연력 원동기 : 수차, 풍차 등 (수력/풍력 → 기계에너지)
2. 기관 (엔진, Engine)
ㅇ 계속적으로 일을 할 수 있는 장치
- 여러 자연적 에너지를 이용하여, 일(주로,기계적 일)을 계속할 수 있게 하는 것
. 例) 왕복 엔진 (피스톤 실린더 엔진) : 디젤 엔진, 가솔린 엔진, 증기 엔진 등
. 例) 가스 터빈 엔진 : 제트 엔진 등
ㅇ 기관의 구분
- 열 기관 : 열에너지 → 기계에너지
- 전기 기관 : 전기에너지 → 기계에너지 (전기 모터 등)
. 전기에 의해 직진 운동 또는 회전 운동을 일으키는 동력 발생 장치로써,
. 현대에 가장 중요한 기계적 원동력을 제공하는 장치
- 자연력 기관 : 자연에너지 → 기계에너지 (수차, 풍차 등)
3. 열 기관 (Heat Engine) : (외연 기관, 내연 기관)
ㅇ 열을 일로 변환시키는 장치
- 열 에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 원동기를 총칭 (열 → 일)
. 에너지원(태양열,지열,핵,화석연료 등)으로 열에너지를 이용하여 기계적 일을 계속함
- 열전달에 의해 에너지를 공급받고, 순 일을 하는 기계/기관
ㅇ 열 기관의 특징
- 높은 열원(태양,연소 등)으로부터 열을 공급 받음
- 받은 열의 일부를 일로 변환시킴
- 저온의 열원(대기,강 등)에 남은 폐기열을 방출함
- 사이클로써 작동함 (열 기관의 이론적 해석을 위함)
ㅇ 주로, 열역학 사이클로 작동 함 (사이클 장치)
- 이상적인 가역적 완전 순환 기관 : 카르노 기관 (순환 중 에너지 손실이 없음)
. 등온 팽창 → 단열 팽창 → 등온 압축 → 단열 압축
ㅇ 열 기관의 구분
- 이론적 기관 : 카르노 기관
* (작동유체에 열이 공급되는 방법에 따라 구분)
- 외연 기관 : 증기 기관
- 내연 기관
. 왕복형 : 가솔린 엔진, 디젤 엔진
. 연속 연소형 : 가스 터빈, 제트 엔진 등 (고온,고압 가스)
4. 외연 기관 (External Combustion Engine) : (증기 기관)
ㅇ 수증기로 피스톤에 의해 왕복운동을 회전운동으로 변환시켜 동력을 얻음
ㅇ 증기 기관, 증기 엔진 (Steam Engine) : 외연 기관의 대표적 형태
- 몸체와는 별도로 연소 장치가 있음
. 따라서, 질 나쁜 연료도 사용 가능
- 외부 보일러로 가열된 작동 유체에 의해 동력을 발생시킴
5. 내연 기관 (Internal Combustion Engine) : (폭발 연소)
※ 물을 끓이는 증기기관에 비해, 액체/기체 연료를 직접 연소시켜, 소형화된 고출력 원동기
ㅇ 일정 체적의 연소실에서,
- 싸이클 마다 간헐적 폭발 연소에 의해,
- 열에너지를 기계에너지로 변환시켜주는 열기관
ㅇ 연료 연소 과정이 엔진 자체에서 발생하여, 이로부터 기계적 에너지를 얻게됨으로써,
- 열전달을 위한 시간적인 지연,손실이 없게됨
ㅇ 例)
- 가솔린 엔진 (불꽃 점화 기관) : 전기 불꽃으로, 점화하는 방식
- 디젤 엔진 (압축 착화 기관) : 압축된 고온 공기에 연료를 분사시켜, 착화하는 방식
- 탄산 가스 엔진 (모형 비행기) 등
ㅇ 例)
- 4행정 사이클 엔진 (Four-Stroke Engine) : 흡입,압축,폭발,배기의 4 행정을 반복하는 내연기관
. 흡입 : 공기와 연료 혼합기를 실린더로 흡입
. 압축 : 혼합기를 압축하여 온도,압력 상승
. 폭발(작동) : 점화로 폭발하여 피스톤을 밀어냄
. 배기 : 연소가스를 배출