쉽게 설명해본 정말 신기한 원리를 가진 자동차의 (크랭크 축)

안녕하세요. 오늘 포스팅은 자동차의 부품 중  크랭크 축에 관한 내용입니다.  앞에서 가스차의 연료가 어떻게 운동 에너지로 변하는지  보았는데요.   여기서 자동차의 타이어가 달리게 하려면   부품이 돌아가야하거든요.

 

자동차의 엔진은  연료(경유, 가솔린, LPG)  에너지를 다른 운동 에너지로 바꿔주는 성질을 가지고 있습니다.  바로 왕복 운동인데요.  연료의 점화에서 발생하는 폭발력을 통해 피스톤이 밀려나가면서  왕복운동을하게 됩니다. 

 

여기서 피스톤이 아래로 내려갔다가 다시 올라 올수 있게 하는 장치가 있는데요. 바로 크랭크 축이라고 합니다.  

 

1. 크랭크 축이란?

2. 크랭크 축의 원리

 

 

1. 크랭크 축이란?

 

크랭크 축은  간단히 말해서 왕복운동을  회전 운동으로 변환하는 부품(장치)입니다.  좀 더 구체적으로 설명해보면,  엔진의 연소실에서 폭발이 일어나면  일종 에너지가 발생하는데요. 이때 발생한 에너지는 실린더의 피스톤에 작용하는 왕복 에너지(직선에너지)입니다. 

 

이 왕복에너지 하나로는 자동차를 굴러가게 할 수 없습니다. 따라서  회전 운동으로 바꿔주는 장치가 필요한데요. 이게 바로 크랭크 축입니다. 

 

크랭크 축에 회전이 발생하면  이걸  크랭크 축 회전수라고 하는데 엔진 회전수라고도 이야기하네요. 여기서 토크라는 용어가 연관이 됩니다.  토크는 아래 내용을 참고해주세요.

 

공부해본 자동차 용어를 최대한 쉽게 적어보았어요. ( 마력, 토크 )

 

그런데 이 크랭크 축은 회전이 발생하는 장치이므로  강도와 강성이 충분, 내모마성도 높아야 한다고 합니다.   그렇지 않으면  자동차를 움직일떄  엔진이 끊임없이 작동하므로  크랭크 축은 피스톤의 왕복운동을 받으면서 계속 회전 운동을 하겠죠?  그 에너지를 계속 받고 계속 운동하기때문에  강도, 강성, 충분, 내마모성이 높아야  부품이 잘 망가지지 않겟지요. 따라서 엔진 부품중에 가장 무겁다고 하는 이유가 여기에 있는거 같습니다.

 

 

 

2. 크랭크 축의 원리

크랭크 축의 원리는  간단하게 비유하자면,  자전거 페달을 돌리는 것과 비슷하다고 생각하시면 되요.  자전거 페달을 한쪽에 힘을 가하면 반대쪽 페달이 자동으로 위로 올라가죠?   그러면 다시 반대쪽 발로  페달을 아래로 힘을 가하면 반대쪽 페달이 다시 위로 올라가게 됩니다. 

 

위 그림을 보면 4기통 엔진인데요.  양쪽에  연소 폭발을 주면   피스톤이 아래로 움직이면서 크랭크 축이 회전합니다. 그러면서 안쪽에 있는 피스톤이 다시 위로 올라가게 되지요.  그리고 폭발하면 안쪽 피스톤이 내려가고  바깥쪽 피스톤이 다시 올라가면서  크랭크축을 계속 회전시킵니다.  자전거 패달을 밟아서 회전시키는것과 비슷한 원리지요. 

 

이렇게 크랭크 축을 통해서  피스톤이 위 아래로 움직일수 있게 되는거죠. 즉  왕복운동 수행이 가능할수있게 하는 장치라는겁니다. 이 장치가 없으면 아무리 엔진에서 연료를 공급해서 폭발을 발생시켜도 피스톤이 안 올라오게 되지요. 게다가  왕복 운동을 회전운동으로 변환 시켜주니 따라서  엔진과 더불어   자동차 전체를 움직일수 있게 해주는 중요한 장치라고 볼수잇겠죠?

 

 

3. 기타

 

그런데  일본의 혼다에서 크랭크 축의 부품의 무게를 크게 줄였다고 하는 기사 내용이 있습니다. 이걸 어떻게 줄였는지 워낙 전문적인 내용이 많아서  이해하기가 어렵지만.  30%를 줄였다는 점에서 정말 대단합니다.  위에 설명했다 시피 크랭크 축은  계속 되는 회전 운동을 견뎌내야하기 때문에  강도, 강성, 내마모성이 높아야 해요.  그래서 무게가 엔진 부품중에서 가장 무거웠지요. 

 

실제로 그렇게 되면  자동차의 연비와 속도, 가속도가 좀 더 나아질거라는걸 추측할 수 있습니다. 아직 여러 가지 테스트 중이어서  상용화는 아직이지만  이정도로 고정관념을 바꾸고자 시도하고  그렇게  어느정도 개선했다는 점에서 참 대단한 정신이라고 봐야겠습니다. 

 

그런데 안타까운건  현재 내연기관의 시대가 저물어가고  전기를 동력으로 해서 움직이는 전기차 시대가  점점 다가오고 있는 상황에서  크랭크 축을 연구하는게 과연.... 더 나은 방향일까요?  

 

물론 수소차가 대중화 된다면  수소차에  해당의 개선된 크랭크 축 기술을 적용할 수 있겠지만  앞으로 미래는 어떻게 변할지 모르니 그대로 지켜봐야겠죠?  

 

오늘은 이렇게 크랭크 축에 대해 최대한 이해하기 쉽게 설명해보려고 노력해보았는데요. 어때요?  잘 이해하셨는지요? 이렇게  자동차의 기초 중에 기초, 자동차의 원리인 크랭크 축에 대한 설명은 여기서 마무리하겠습니다.  여기까지 읽어주셔서 감사합니다.