홍라이프 계산기압축비→압축압력 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
압축 압력계는 엔진을 크랭킹할 때의 실린더 압력을 읽습니다. 이 계산기는 정적 압축비에서 흡기 밸브가 닫힌 뒤의 동적 압축비를 구하고, 폴리트로픽 압축 모형으로 그 읽음값을 추정합니다.
계산 방법
- 흡기 닫힘 시점의 크랭크 각 θ = 180° − 흡기 닫힘 각(하사점 후 °)
- 상사점에서 피스톤까지 거리 s = a + l − (a cos θ + √(l² − a² sin² θ)), 크랭크 반지름 a = 스트로크 ÷ 2, 커넥팅 로드 길이 l
- 동적 압축비 DCR = 1 + (rc − 1) × s ÷ 스트로크
- 절대 압력 p = p대기 × DCR^n, 게이지 읽음 = p − p대기
원리
압축은 흡기 밸브가 닫혀야 시작되는데, 닫히는 시점이 하사점 이후이므로 유효 행정은 전체 행정보다 짧습니다. 피스톤–크랭크 기하로 그 순간 피스톤이 얼마나 더 올라가야 하는지 알 수 있습니다. 크랭킹 중에는 열이 실린더 벽으로 빠지고 일부 가스가 링 사이로 새어, 단열 압축보다 압력이 덜 오릅니다. 교육용으로는 폴리트로픽 지수 약 1.2를 흔히 씁니다.
예제 풀이
기본값: 정적 압축비 10:1, 흡기 닫힘 하사점 후 50°, 스트로크 86 mm, 로드 145 mm, 대기압 14.7 psi, n = 1.2
- θ = 180 − 50 = 130°, a = 43 mm
- s = 43 + 145 − (43 cos 130° + √(145² − 43² sin² 130°)) ≈ 74.4 mm로 행정의 86.5%가 남습니다.
- DCR = 1 + 9 × 0.8655 ≈ 8.79
- p = 14.7 × 8.79^1.2 ≈ 199.6 psi(절대), 게이지 약 185 psi(12.7 bar)
- 정적 압축비를 쓰면: 14.7 × 10^1.2 − 14.7 ≈ 218 psi
| 정적 압축비 (:1) | 예상 크랭킹 압력 (psi 게이지) |
|---|---|
| 2.5 | 25 |
| 5 | 74 |
| 7.5 | 127 |
| 10 | 185 |
| 12.5 | 245 |
| 15 | 308 |
| 20 | 440 |
결과 해석
실제 읽음값은 크랭킹 속도, 배터리, 링과 밸브 기밀, 고도, 온도, 압력계 호스 부피에 좌우됩니다. 가장 유용한 점검은 실린더 간 일관성이며, 많은 정비 안내서가 서로 약 10% 이내를 기준으로 봅니다. 다른 실린더보다 크게 낮은 실린더는 누설을 의심할 수 있습니다.
흔한 실수
- 실제 압력계 값을 이 추정치와 직접 비교하는 경우
- 실제 밸브 착좌 시점과 다른 리프트 기준의 흡기 닫힘 각을 쓰는 경우
- 압력계가 대기압 위의 압력을 보여 준다는 점을 잊는 경우
- 스로틀을 닫은 채 냉간 상태에서 시험해 값이 낮게 나오는 경우
자주 묻는 질문
압축비 10:1 엔진의 압축 압력은?
캠 타이밍과 조건에 따라 대략 150~200 psi 정도가 흔하며, 하나의 숫자보다 실린더 간 비교가 중요합니다.
동적 압축비란?
하사점이 아니라 흡기 밸브가 닫힌 순간부터 계산한 압축비입니다.
왜 1.4 대신 1.2를 쓰나요?
느린 크랭킹 중에는 열손실과 누설 때문에 단열 압축보다 덜 압축되기 때문입니다.
kgf/cm²로는 얼마인가요?
1 kgf/cm²는 약 14.22 psi이므로 185 psi는 약 13.0 kgf/cm²입니다.
출처: Heywood, J. B., Internal Combustion Engine Fundamentals, 2nd ed. McGraw-Hill (2018) (slider-crank kinematics, compression) · Stone, R., Introduction to Internal Combustion Engines, 4th ed. Palgrave Macmillan