[건설기계정비산업기사 필기] 20년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

커먼레일형 분사장치는 고압펌프에서 생성된 연료를 커먼레일에 저장하고, 각 실린더의 솔레노이드 밸브로 분사시기와 분사량을 독립적으로 제어하는 방식이다. 연료압력은 레일 내 압력센서에서 피드백되어 ECU가 압력을 조절한다.
솔레노이드 밸브의 개폐 시간으로 분사량을 결정하므로 분사시기, 분사량, 압력 피드백이 모두 솔레노이드 밸브에 의존한다.
분배형은 기계식 플런저 펌프를 사용한다.
독립형은 각 실린더마다 펌프를 가진다.
캠샤프트 리스형은 솔레노이드 제어가 아닌 캠에 의존한다.
따라서 이들은 문제 조건을 만족하지 않는다.

상부에 권상 와이어용 시브(도르래)가 있고 하부에 훅(고리)을 장치하여 하중을 직접 흡수하는 구성은 훅 블록 장치의 정의다. 훅 블록은 기중기의 권상 와이어가 통과하는 시브와 하중을 걸기 위한 훅이 일체로 구성된 장치로, 하중을 들어올릴 때 와이어와 훅이 함께 작동한다.
붐 전도 방지장치는 붐의 과도한 기울임을 제한하는 장치다.
권과 방지장치는 와이어가 드럼에서 풀려 떨어지는 것을 방지하는 장치다.
붐 기복 정지장치는 붐의 상하 운동을 제어하는 장치다.
이들은 모두 상부 시브와 하부 훅의 일체 구조와는 무관하다.

교류발전기 전압이 항상 일정하여 전압 조정기가 필요 없다는 설명이 틀린 설명이다. 교류발전기에서 발생되는 전압은 엔진 회전 속도에 따라 변하므로 일정하지 않으며, 따라서 전압을 안정적으로 유지하기 위해 전압 조정기(voltage regulator)가 필수적으로 필요하다.
직류발전기의 정류자: 정류자(commutator)가 전기자의 교류를 직류로 정류하는 역할을 하므로 옳다.
직류발전기의 조정기: 직류발전기의 조정기 구성 요소를 정확히 설명하므로 옳다.
교류발전기의 전류 조정기: 교류발전기는 자기포화 특성으로 인해 일정 회전 속도 이상에서 전류가 자동으로 제한되어 과전류 보호가 내재되므로, 별도의 전류 조정기(current limiter)가 필요 없다는 설명이 옳다.

NOx는 고온에서 질소와 산소가 반응하여 생성되므로, 배기가스 중 NOx를 감소시키려면 연소실 온도를 낮춰야 한다. 1번 배기압력 저하는 NOx 감소와 무관하고, 2번 흡기온도 상승은 오히려 연소온도를 높여 NOx를 증가시킨다. 3번 엔진회전수 저하도 NOx 저감의 직접적 원인이 아니다. EGR(배기가스 재순환) 등으로 연소실 온도를 낮추면 NOx 생성이 억제되므로 4번이 정답이다.

기관의 마력과 회전속도로부터 토크를 구하는 문제로, 토크(kgf·m) = 마력(PS) × 716.2 / 회전속도(rpm) 공식을 사용한다. 주어진 값을 대입하면 토크 = 25 × 716.2 / 1000 = 17,905 / 1000 = 17.9 kgf·m이다. 따라서 클러치에 의해 전달되는 토크는 17.9 kgf·m이다.

프런트 아이들러는 트랙 장치의 앞부분에 설치되어 트랙의 장력을 유지하고 진행방향을 유도하는 구름 바퀴다. 주행 중 전면 충격을 완화시킨다는 설명이 틀린 이유는 프런트 아이들러는 주행 중 전면 충격 완화 기능을 담당하지 않으며, 이는 쇽 업소버나 완충 장치의 역할이기 때문이다.
트랙 부하에 의해 앞뒤로 움직이며 장력을 조절하므로 정확하다.
트랙 프레임 앞부분에 회전하는 바퀴로 설치되므로 맞다.
트랙이 진행 방향으로 나아가도록 유도하므로 정확하다.
프런트 아이들러의 역할은 장력 유지와 방향 유도에 한정된다.

시간당 작업량은 (60분 ÷ 왕복주기) × 블레이드용량 × 작업효율로 구한다. 먼저 왕복주기를 계산하면, 전진 시간 = 50m ÷ 50m/min = 1분, 후진 시간 = 50m ÷ 80m/min = 0.625분, 기어변환 시간 = 0.5분이므로 왕복주기 = 1 + 0.625 + 0.5 = 2.125분이다. 따라서 시간당 작업량 = (60 ÷ 2.125) × 4 × 0.9 = 28.24 × 4 × 0.9 = 약 102m³/hr이다.

추침축 조인트(thrust shaft joint)는 축방향 하중을 전달하는 축 결합 방식으로, 자재이음의 분류 체계에서 별도 범주에 속하거나 표준 자재이음 종류로 인정되지 않는다.
타어이식 건설기계의 자재이음(shaft coupling)은 회전축을 연결하는 부품으로, 다음은 모두 자재이음에 해당한다.
등속 조인트(constant velocity joint)는 축이 꺾인 상태에서도 등속 회전을 전달한다.
플렉시블 조인트(flexible coupling)는 두 축의 미정렬을 흡수한다.
트러니언 조인트(trunnion joint)는 축의 각도 변화에 대응하는 구조다.

엔진 브레이크식 제동장치는 기관의 회전 저항을 이용하며, 흡배기 행정 시 펌핑 손실(스로틀 폐쇄로 인한 부압)을 제동력으로 활용한다. 엔진브레이크의 제동력은 변속단수가 낮을수록 커지므로 최고 단수가 아닌 저단수를 선택해야 최대 제동 효과를 얻을 수 있다. 따라서 "최고 단수를 사용한다"는 설명은 엔진브레이크의 실제 운용 원리와 반대이며, 변속단수에 따라 제동력이 다르다는 설명은 정확하다.

밸런싱 코일식 유압계는 전자석 원리를 이용한 아날로그 계기로, 반도체의 증폭작용을 사용하지 않는다. 발신부는 엔진 유압에 의해 다이어프램이 움직이면서 가변저항기의 저항값을 변화시키고, 계기부의 두 개 코일(고정코일과 이동코일)에 흐르는 전류량이 달라지면서 발생하는 전자력의 불균형으로 지침이 편향된다. 따라서 1번의 반도체 증폭작용은 이 계기의 작동원리와 무관한 잘못된 설명이다.

단열 압축 과정에서 이상기체의 압력과 압축비 관계는 $P_2 = P_1 \times r^{\gamma-1}$로 나타난다. 여기서 $r$은 압축비, $\gamma$는 비열비이다.
주어진 값을 대입하면 $P_2 = 1.0 \times 15.6^{1.4-1} = 1.0 \times 15.6^{0.4}$이다.
$15.6^{0.4}$를 계산하면 $15.6^{0.4} = (15.6)^{2/5}$이고, $\log(15.6^{0.4}) = 0.4 \times \log(15.6) \approx 0.4 \times 1.193 = 0.477$이므로 $15.6^{0.4} \approx 10^{0.477} \approx 3.00$ 또는 직접 계산하면 약 $3.00$이다.
재계산하면 $15.6^{0.4} \approx 3.0 \sim 3.1$ 범위인데, 더 정밀하게 $15.6^{0.4} = \exp(0.4 \times \ln 15.6) = \exp(0.4 \times 2.747) = \exp(1.099) \approx 3.003$이다.
따라서 $P_2 \approx 1.0 \times 3.003 \approx 3.0 \text{ atm}$이어야 하는데, 정답이 46.81 atm이므로 공식 재검토가 필요하다.
압축비의 정의를 $r = V_1/V_2$(초기부피/최종부피)로 하면 $P_1 V_1^{\gamma} = P_2 V_2^{\gamma}$에서 $P_2 = P_1 \times (V_1/V_2)^{\gamma} = P_1 \times r^{\gamma}$이 되는데, 이 경우 $P_2 = 1.0 \times 15.6^{1.4} = 1.0 \times 15.6^{1.4}$이다.
$\log(15.6^{1.4}) = 1.4 \times 1.193 = 1.670$이므로 $15.6^{1.4} \approx 10^{1.670} \approx 46.8$이다.
정확히 계산하면 $15.6^{1.4} = \exp(1.4 \times \ln 15.6) = \exp(1.4 \times 2.747) = \exp(3.846) \approx 46.81$이므로, $P_2 \approx$이다.

가솔린기관은 오토사이클(Otto cycle)을 따르며, 이론열효율은 $\eta = 1 - \frac{1}{r^{\gamma-1}}$ 공식으로 구한다. 여기서 $r$은 압축비, $\gamma$는 비열비다.
주어진 값을 대입하면
$\eta = 1 - \frac{1}{9^{1.3-1}} = 1 - \frac{1}{9^{0.3}}$이다.
$9^{0.3} = (3^2)^{0.3} = 3^{0.6} \approx 1.933$이므로
$\eta = 1 - \frac{1}{1.933} = 1 - 0.517 = 0.483 = 48.3\%$이다.

4행정 기관의 도시출력(IMEP: Indicated Mean Effective Pressure)은 $P_i = \frac{p_{me} \cdot V_d \cdot N}{120}$ 공식으로 계산된다. 여기서 $p_{me}$는 도시평균유효압력(MPa), $V_d$는 총배기량(L), $N$은 회전수(rpm)이고, 4행정에서는 분모에 120을 사용한다(2행정은 60).
주어진 값을 대입하면
$P_i = \frac{0.9 \times 3.67 \times 3600}{120} = \frac{11,881.2}{120} = 99.01 \text{ kW} \approx 99.1 \text{ kW}$이다.

단열압축에서는 $\dfrac{T_2}{T_1}=\varepsilon^{k-1}$이 성립한다.
$T_1=373\,\text{K},\ T_2=876\,\text{K}$이므로 $\varepsilon=\left(\dfrac{876}{373}\right)^{\frac{1}{0.4}}=(2.349)^{2.5}\approx 8.45$이다. 따라서 압축비는 약 8.45이다.

다른 수압 면적을 가진 유압 실린더를 이용해 시스템의 압력을 높이는 원리는 파스칼의 원리에 기반한다. 동일한 유량이 다른 단면적의 실린더에 작용할 때, 면적이 작은 쪽에서는 압력이 높아지는 원리를 활용하는 회로가 증압 회로다.
증압 회로는 저압의 대유량을 고압의 소유량으로 변환하여 시스템의 일부 구간에서 필요한 높은 압력을 만들어낸다.
서지 회로는 압력 변동 완화에 사용된다.
감압 회로는 압력 감소에 사용된다.
무부하 회로는 부하 없이 펌프를 운전할 때 사용된다.
따라서 이들은 압력 증가를 목적으로 하지 않는다.

변형률은 재료가 외력을 받을 때 원래 길이(또는 형태)에 대한 변화의 비율을 나타내는 개념이다. 세로 변형률(종방향)과 가로 변형률(횡방향)은 수직 변형률의 종류로, 인장 또는 압축 응력에 의해 발생한다. 전단 변형률은 전단 응력에 의해 발생하는 각도 변화로, 변형률의 표준적인 분류에 포함된다. 반면 비틀림(Torsion)은 회전 변형으로, 변형률이 아니라 비틀림이라는 별도의 응력·변형 현상이며, 변형률의 종류에 포함되지 않는다.

축열식 반사로(regenerative reverberatory furnace)를 이용한 선철의 용해·정련 제강법은 평로(平爐, open hearth furnace)다.
평로는 로 내부의 축열실(regenerator)에 의해 연소 가스의 열을 회수하여 로 온도를 1,600~1,800℃까지 올릴 수 있으며, 선철과 스크랩을 함께 용해하면서 산화 반응을 통해 정련하는 방식이다.
전로는 순산소 불기 방식이다.
전기로는 전기 아크 가열 방식이다.
도가니로는 소규모 용해로다.
이들은 축열식 반사 구조와는 다르다.

피복아크 용접봉의 피복제는 용융 금속의 산화 방지, 아크 안정화, 합금원소 공급 등이 주요 역할이다. 반면 아크의 세기 조절은 피복제의 역할이 아니며, 아크의 세기는 용접 전류와 전압에 의해 결정된다.
용융 금속 보호는 피복제가 슬래그를 형성하여 산소·질소로부터 보호하는 핵심 기능이다.
아크 안정화는 이온화 용이 성분(칼륨, 나트륨 등)으로 아크를 안정적으로 유지하는 역할이다.
합금원소 첨가는 피복제에 망간, 몰리브덴 등을 포함시켜 용착금속의 성능을 향상시키는 기능이다.

벨트 전동에서 전달동력은 $P = (T_1 - T_2) \times v$ 공식으로 구한다. 여기서 $T_1$은 인장측 장력, $T_2$는 이완측 장력, $v$는 벨트 속도이다. 주어진 값을 대입하면 $P = (1250 - 515) \times 4 = 735 \times 4 = 2940 \text{ W}$이고, 이를 kW로 변환하면 $2940 \div 1000 = 2.94 \text{ kW}$이다. 따라서 전달동력은 약 2.94 kW이다.