네 번의 행정: 흡입, 압축, 동력, 배기

대부분의 자동차에서 피스톤은 같은 4행정 주기를 계속 반복합니다. 이 이름은 피스톤이 움직이는 네 번의 행정에서 나왔습니다.

1. 흡입. 흡기 판막이 열리고 피스톤이 아래로 움직이며 신선한 공기를 빨아들입니다. 포트 분사 가솔린 엔진에서는 들어오는 공기에 연료를 분사하고, 직접 분사 엔진에서는 실린더 안에 직접 분사합니다.
2. 압축. 두 판막이 모두 닫혀 있습니다. 피스톤이 위로 움직이며 기체를 훨씬 더 작은 공간으로 압축합니다. 압축하면 기체가 뜨거워지고 연소하기 좋은 상태가 됩니다.
3. 동력. 압축 행정의 꼭대기 근처에서 점화 플러그가 불꽃을 냅니다. 혼합물이 연소하면서 뜨거운 기체가 팽창하고 피스톤을 아래로 밀어냅니다. 이 행정만 크랭크축에 에너지를 전달합니다. 두 판막은 여전히 닫혀 있습니다.
4. 배기. 배기 판막이 열리고 피스톤이 위로 움직이며 연소된 기체를 밖으로 밀어냅니다. 그러면 주기가 다시 시작됩니다.

크랭크가 도는 횟수를 세어 봅시다. 각 행정은 반 바퀴(180°)이므로, 한 주기는 4 × 180° = 720°이며, 크랭크축이 두 바퀴 완전히 도는 것과 같습니다. 판막을 여는 캠축은 한 주기마다 각 판막을 한 번씩만 열면 되므로, 크랭크축 속도의 절반, 즉 한 주기에 한 바퀴만 돕니다. 엔진에서는 2 : 1의 기어 비를 가진 벨트나 체인이 캠축을 움직입니다.

따라서 단일 실린더는 한 바퀴마다 한 번이 아니라 두 바퀴마다 한 번의 동력 행정을 합니다. 3 000 rpm에서 크랭크축은 초당 50바퀴를 도므로, 실린더 하나는 초당 25번 연소합니다.

나머지 세 행정에 필요한 에너지는 어디에서 올까요? 플라이휠에서 오며, 여러 실린더가 있는 엔진에서는 각자 동력 행정을 진행 중인 다른 실린더에서도 옵니다. 흡입, 압축, 배기 행정에서는 기체를 순환시키고 압축하는 데 약간의 일이 필요합니다.

주기 동안 기체의 압력을 실린더 부피에 대해 그래프로 나타내면 고리가 생겨. 이것이 P–V 다이어그램이야. 고리 안쪽의 넓이는 주기당 순일이야. Particle Lab의 Heat Engines 월드에서는 Otto 주기의 이 다이어그램을 그리고 효율을 계산해. 여기서는 피스톤이 움직일 때 고리가 그려지는 모습만 살펴볼 거야.

잔디 깎는 기계, 전기톱, 소형 스쿠터 같은 일부 소형 엔진은 2행정 엔진이야. 행정을 합쳐서 매번 한 바퀴 돌 때마다 점화하기 때문에 가볍고 단순하지만, 깨끗하게 유지하기는 더 어려워. 자동차는 기체 교환을 더 잘 조절할 수 있기 때문에 거의 항상 4행정 주기를 사용해.