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기관을 크게 나누어 보면 주요 부분과 부속장치로 구분할 수 있습니다. 기관 주요 부분이란 동력을 발생하는 부분으로 실린더 헤드, 실린더 블록, 실린더, 피스톤 커넥팅로드, 크랭크축과 베어링, 플라이휠, 밸브와 밸브기구 등으로 되어 있습니다. 이 중에서 오늘은 실린더 헤드와 블록, 실린더의 구조에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
실린더 헤드는 헤드개스킷을 사이에 두고 실린더 블록에 볼트로 설치되며 피스톤, 실린더와 함께 연소실을 형성합니다. 수랭식 기관의 실린더 헤드는 전체 실린더 또는 몇 개의 실린더로 나누어 일체 주조하며 냉각용 물재킷이 마련되어 있습니다. 실린더 헤드 아래쪽에는 연소실과 밸브시트가 있고 위쪽에는 가솔린 기관은 점화플러그, 디젤기관은 예열플러그 및 인젝터 설치구멍과 밸브기구의 설치 부분이 있습니다.
실린더 헤드의 재질은 주철이나 알루미늄 합금입니다. 알루미늄 합금 실린더 헤드는 열전도성이 크고 가벼운 장점이 있으나 열팽창률이 크고 내부식성 및 내구성이 비교적 적은 결점이 있습니다. 이 결점을 보충할 수 있는 설계가 되어 있어 거의 모든 기관에서 사용하고 있습니다.
실린더 헤드의 연소실
1. 연소실
연소실은 주로 실린더 헤드의 의하여 형성되며 여기에는 혼합가스의 연소와 연소가스의 팽창이 시작됩니다. 연소실 일부에 점화플러그와 흡입 및 배기밸브가 설치되며 연소실 체적은 압축비에 따라서 정해집니다. 연소실 설계 시 주의사항 몇 가지가 있습니다. 화염전파에 소요되는 시간이 짧아야 하고 연소실 내의 표면적을 최소화시켜야 합니다. 가열되기 쉬운 돌출 부분이 없어야 합니다. 밸브 및 밸브구멍에 충분한 면적을 주고 흡기와 배기작용이 원활하게 되어야 합니다. 압축행정에서 와류가 일어나도록 해야 하고 배기가스에 유해성분이 적어야 합니다. 출력 및 열효율이 높아야 하고 노크를 일으키면 안 됩니다.
2. I-헤드형 기관의 연소실
실린더 헤드에 흡입 및 배기밸브와 밸브기구의 일부, 점화플러그 설치용 구멍, 흡기 배기용 통로 및 물재킷 등이 설치되어 있어 그 구조는 매우 복잡하지만 압축비를 높일 수 있습니다. 밸브의 면적도 크게 할 수 있어 열효율 및 체적효율이 높아져 출력을 증가시킬 수 있습니다. I-헤드형 기관의 연소실 종류에는 반구형, 쐐기형, 지붕형, 욕조형 등이 있습니다.
3. 헤드 개스킷
헤드 개스킷은 실린더 헤드와 블록의 접합면 사이에 끼워져 양쪽 면을 밀착시켜서 압축가스, 냉각수 및 기관오일이 누출되는 것을 방지하기 위해 사용하는 석면계열의 물질입니다. 종류로는 보통 개스킷, 스틸 베스토 개스킷, 스틸 개스킷 등이 있습니다. 헤드 개스킷이 갖추어야 하는 조건은 내열성과 내압성이 커야 합니다. 적당한 강도가 있어야 하고 기밀유지성이 커야 합니다. 기관오일 및 냉각수가 누출되지 않아야 합니다.
실린더 블록
실린더 블록은 기관의 기초 구조물이며 위쪽에는 실린더 헤드가 설치되어 있습니다. 아래 중앙부에는 평면 베어링을 사이에 두고 크랭크축이 설치됩니다. 실린더 블록 내부에는 피스톤이 왕복운동을 하는 실린더가 있으며 실린더 냉각을 위한 물재킷이 둘러싸고 있습니다. 주위에는 밸브기구의 설치 부분과 실린더 아래쪽에는 개스킷을 사이에 두고 아래 크랭크 케이스가 설치되어 기관오일이 담깁니다. 실린더 블록 재질은 특수주철이나 알루미늄 합금을 사용하고 있습니다.
실린더
실린더는 피스톤이 기밀을 유지하면서 왕복운동을 하여 열에너지를 기계적 에너지로 변환하여 동력을 발생시키는 부분입니다. 실린더는 진원통형으로 그 길이는 피스톤 행정의 약 2배 정도 됩니다. 실린더 벽은 피스톤의 미끄럼 운동에 의한 마모와 마찰이 적도록 정밀하게 연마 다듬질되어 있습니다. 실린더 벽의 마멸을 감소시키기 위해 크롬으로 도금을 하기도 합니다. 크롬을 도금할 때는 두께가 0.1mm 정도이며 크롬으로 도금한 실린더에는 크롬으로 도금된 피스톤 링을 사용해서는 안 됩니다. 실린더 블록에는 블록과 동일한 재질로 만든 일체형 실린더와 실린더 블록과 별도의 재질로 만든 후 끼우는 라이너 방식 실린더가 있습니다.