왕복 기관(往復機關) 또는 피스톤 엔진(piston engine)은 연소가스의 팽창력으로 피스톤을 실린더 내에서 왕복운동시켜, 이것을 크랭크 기구(機構)에 의해 회전력으로 바꾸는 엔진을 말한다. 왕복 기관은 내연기관의 대표적인 형태 중 하나이며, 증기기관, 스털링기관 등도 왕복운동을 이용한다는 점에서 넓은 의미의 왕복 기관에 포함된다.
종류 및 특징
왕복 기관은 크랭크축의 회전과 가스의 흡입·압축·팽창·배기 관계에 따라 4사이클(4행정) 기관과 2사이클(2행정) 기관으로 분류된다. 4사이클 기관은 크랭크축의 2회전(4행정) 동안 흡입, 압축, 팽창, 배기의 사이클을 수행하며, 2사이클 기관은 크랭크축의 1회전(2행정) 동안 팽창·배기·흡입과 압축의 사이클을 수행한다.
냉각 방식에 따라서는 수냉식과 공냉식으로 나뉜다. 수냉식은 냉각수를 펌프로 순환시켜 실린더 둘레로 흐르게 하여 열을 빼앗은 뒤 라디에이터에서 외기로 식히는 방식이며, 공냉식은 실린더 둘레에 직접 바깥 공기가 닿게 하여 실린더에 부착된 핀(fin)의 열을 냉각시키는 방식이다.
점화 방식에 따라서는 스파크점화방식과 압축점화방식으로 구분된다. 스파크점화방식은 기화기에서 보내는 혼합기체 중에서 스파크플러그에 의한 전기불꽃으로 점화하며, 가솔린 엔진이 대표적이다. 압축점화방식은 공기를 고온이 될 때까지 압축한 후 연료를 분사하여 자연 점화시키는 방식으로, 디젤 엔진이 대표적이다.
연료로는 가솔린, LPG(액화석유가스), 중유, 경유, 혼합유(경유에 소량의 윤활유를 섞은 것) 등이 사용된다.
열 손실
왕복 기관에서는 연료 연소로 발생한 열량의 전부가 이용되지 않고 일부가 손실된다. 이 손실은 냉각수나 냉각공기에 의해 빼앗기는 냉각손실, 배기가스가 가지고 가는 배기손실, 기계적 마찰 등에 의한 기계손실로 나뉜다. 일반적으로 압축점화기관(디젤 엔진)이 스파크점화기관(가솔린 엔진)에 비해 축의 열효율이 높다.
왕복 기관은 자동차, 항공기, 선박, 발전 설비 등 다양한 분야에서 동력원으로 널리 사용되어 왔으며, 현재도 가솔린 엔진과 디젤 엔진을 중심으로 폭넓게 활용되고 있다.
