자동차,

자동차공학, [ Automotive Engineering ], 自動車.

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Car Mécanique(독일어), Voiture Ingénierie(프랑스어), 自動車工學(한자),

기원전 9세기 그리스의 서사시인 호메로스의 『일리야드』에는 대장장이신인 헤파이스토스가 스스로 움직이는 순금 바퀴가 달린 수레 20대를 만들었는데 번개 같이 달려갔다는 표현이 나온다. 1250년 영국의 철학자 로저 베이컨은 “먼 훗날 언젠가는 말이나 그 밖의 동물에 의지하지 않고 자기 힘으로 달리는 자동 수레를 만들어 지구를 누빌 것이다”라는 말을 남겼다. 그는 기선과 비행기를 예견한 인물이기도 하다.

중국에는 명나라 초기인 1400년경 발명을 좋아하는 한 부자가 화약의 폭발력을 이용해 앞으로 달리는 로켓식 자동 수레를 만들었는데, 시험 운전 도중 폭발한 탓에 모두 날아가 버렸다는 기록이 있다. 이탈리아의 레오나르도 다빈치는 1482년 태엽으로 달리는 자동차를 설계해 요즘의 어린이 장난감 같은 네 바퀴 태엽 자동차를 만들기도 했다. 다빈치의 자동차 설계도는 오늘날 자동차의 원조라고 할 수 있다.

1599년경 폴란드의 시몬 스테빈은 풍력 자동차를 발명했다. 그는 직경이 1.5미터나 되는 큰 나무 바퀴를 장착하고 돛을 단 수레를 만들어 28명의 사람을 태우고 시속 14킬로미터로 달리기도 했다. 태엽이나 바람을 이용해 저절로 움직이는 수레를 만든 것은, 비록 요즘의 자동차와는 큰 차이가 있지만 인류가 소와 말이 아닌 자연에서 동력을 얻으려고 노력한 결과였다.

다빈치의 자동차 설계도

전 세계에서 자동차를 만들려는 노력이 지속된 것은 유럽 지역뿐이었다. 로마 제국이 5세기 후반 붕괴된 후 오랫동안 유럽은 교통이 낙후된 지역이었다. 지속된 전쟁과 인구 이동, 지방 영주들의 난립 등 많은 문제로 인해 도로는 황폐화되었고, 수레 운행은 급격히 줄었다. 유럽의 중세 시대에는 고도로 발달했던 로마의 도로 건설 기술을 잊은 채, 장거리 도로 교통은 여전히 로마 시대의 도로를 부분적으로 수리해서 이용했을 뿐이었다.

유럽에는 도로 발전을 위한 새로운 전기가 마련되고 있었다. 첫 번째는 베네치아를 중심으로 한 동방무역에서 가져온 물건들을 유럽 전역에 퍼뜨리고자 하는 상인들의 욕망이었다. 두 번째는 전쟁에 쓰일 화포의 운반과 같은 군사적 필요성이 커지고 있었다는 점이다. 상인들의 욕망은 유럽이 아메리카 대륙에서 약탈한 엄청난 재물을 가져오면서 더욱 커졌다.

육상 교통이 발전하는 것을 제한하는 요소도 있었다. 유럽은 지중해, 대서양, 발틱 해, 흑해 등 여러 바다로 둘러싸여 있었기 때문에 배를 통한 물자 이동이 많았다. 그러나 유럽에서는 일본의 경우처럼 해상 교통이 육상 교통의 발전을 제약하지는 않았다. 이탈리아의 도시국가들은 알프스산맥을 넘어 북유럽의 한자동맹 도시들과 활발한 교역을 시도했고, 프랑스, 영국 등에서는 대포를 운반하기 위해 수레와 도로를 개설하려는 노력이 서서히 진행되었다. 해외를 개척하기 위해 보다 많은 대포와 총이 필요했던 유럽에서는 철, 석탄 광산이 크게 성장했고, 광산에서 광물을 효율적으로 운반하기 위해서는 수레가 필수적이었다.

유럽에서는 도시 자유민인 부르주아 계급이 성장하고 있었다. 자신들의 노력 여하에 따라서는 부자가 될 수 있었던 부르주아들은 새로운 실험들을 멈추지 않았다. 그들은 새로운 기술과 변화를 기꺼이 받아들였다. 재물을 축적한 이들은 왕과 귀족에 대해서도 자신들의 정치적 목소리를 내어 시민혁명까지 성공시켰다. 그들은 보다 빨리 보다 많은 물품을 거래할 수 있도록 교통의 개선에도 관심을 기울였다. 자연히 이륜마차, 사륜마차, 합승 마차 등 다양한 수레가 사용되었다. 특히 광산에서는 울퉁불퉁한 갱도 내에서 수레가 쉽게 다니는 방법을 찾다가 나무로 바닥판을 까는 궤도가 고안되었다. 이것은 뒷날 철도로 발전하게 되었다.

수레가 자동차로 발전하는 데 도움이 되는 기술도 이 무렵 유럽에 등장했다. 도로가 물에 젖어 진흙탕이 되지 않도록 하는 새로운 기술이 등장한 것이다. 1764년 프랑스에서는 돌을 잘게 부수어 도로를 포장하는 공법이 탄생했다. 영국의 매카담은 1815년경에 비용도 싸고, 무거운 마차가 다녀도 견딜 수 있는 뛰어난 도로를 만들었다. 1834년 프랑스 파리에서는 물이 거의 스며들지 않아 축축해질 염려가 없으며 덜 미끄러운 아스팔트로 도로 포장이 이루어졌다.

보다 많은 부를 쌓기 위해 무거운 물건을 쉽고 빠르게 운반하려는 유럽 사람들의 노력은 마침내 많은 이들이 기다리던 발명품을 등장시킨다. 제임스 와트가 와트식 증기기관을 발명하여 1769년 특허를 취득하고, 그해 프랑스에서 니콜라 조제프 퀴뇨가 최초의 증기자동차를 발명한 것이다. 퀴뇨의 증기자동차는 역사상 최초의 자동차로, 베이컨의 예언을 실현시킨 것이다. 새로운 기술을 받아들일 준비가 되어 있었던 유럽이었기에 1800년대에 들어와서 자동차 기술은 빠르게 발전할 수 있었다. 증기자동차가 개선되어 1830년대에는 영국 런던에서 정기 운행을 하는 증기로 움직이는 버스가 다녔다.

19세기 중반에 더욱 사람들의 마음을 끌어당긴 것은 기차였다. 석탄과 물을 실어야 하는 무거운 증기자동차는 도로를 다니기에 매우 위험했다. 따라서 궤도 위를 달리는 기차가 더 각광 받게 되었다.

오늘날과 같은 자동차가 등장한 것은 1886년 고트리프 다임러가 휘발유 자동차를 선보였을 때부터라고 할 수 있다. 초기의 자동차는 형태가 마차와 큰 차이가 없었다. 1894년에 루돌프 디젤이 디젤엔진을 발명해 에너지 효율과 안정성을 높이면서 자동차는 더욱 발전했다. 1895년 이후에는 자동차에 타이어를 장착하게 되었으며, 1900년대 초에는 겉모습도 상자 형태로 개량되었다. 실내를 넓히고 유리와 지붕으로 감싸 더욱 편안해진 자동차는 저렴한 가격으로 대량생산되기 시작했다.

1900년경부터 자동차는 유럽과 미국뿐만 아니라 전 세계에 널리 퍼졌다. 자동차를 바퀴 달린 쇠귀신이라고 생각하던 조선에 자동차가 등장한 것도 1900년 무렵이었다. 1903년, 고종황제 즉위 40주년을 기념하는 칭경식(稱慶式)이 거행되었다. 신하들은 고종에게 변화하는 시대에 걸맞은 개혁 군주임을 과시하기 위한 상징으로 자동차를 타는 것을 건의했다. 그리하여 이때 미국에서 자동차가 들어오면서 조선에서도 자동차가 거리를 누비게 되었다.

자동차는 외형에서도 발전을 거듭했다. 1930년대 중반에 유체역학을 활용한 폴크스바겐 비틀이 등장한 이후 경쟁적으로 다양한 형태의 자동차가 등장했다. 자동차가 처음 발명되었을 때는 소수의 사람들만이 탈 수 있었지만, 오늘날 자동차는 생활필수품이 되었다. 사람과 동물의 힘이 아닌 스스로 움직이는 수레인 자동차를 만들려는 인간의 꿈이 결국 성공을 거둔 셈이다.

자동차공학(自動車工學, automotive engineering)이란? 가솔린·경유 따위를 원료로 삼는 원동기를 장치해 그 동력으로 바퀴를 돌려 도로 위를 달리게 만든 이동수단. 기계공학(機械工學, mechanical engineering)의 한 분야로 자동차를 구성하는 각 파트의 공학적 학문을 다루는 분야이며 자동차의 설계, 조립, 시뮬레이션 및 전체 자동차시스템과 개별부품의 동작에 대한 포괄적인 연구가 동시에 이루어지는 학문이다.

1903년경에 구입한 고종임금 전용 승용차. 창덕궁 소장.,

자동차공학의 학문적 세부 분류는 자동차의 동력원(動力源, power source)에 해당하는 엔진시스템 및 이와 관련한 연소(燃燒), 윤활(潤滑), 냉각(冷却), 연료(燃料) 및 흡/배기(吸/排氣)시스템에 대한 공학적 학문과 자동차를 구동하는 동력전달(動力傳達)계통, 제동(制動), 현가(懸架) 및 조향(操向)시스템에 해당하는 새시 파트의 공학적인 학문을 들 수 있다. 또한 편의장치를 비롯한 전기/전자(電氣/電子)시스템을 연구하며, 차체와 관련한 안전성, 경량화, 공력성능 및 재료에 대하여 공학적으로 접근하는 학문이라 할 수 있다.

현대시대에 대부분의 자동차에 적용된 내연기관(內燃機關)은 화석연료의 사용으로 작동된다. 이러한 석유로부터 얻어진 연료는 연소 시 인체에 매우 유해한 물질을 배출하며 석유자원의 고갈 역시 심각한 문제로 대두되고 있다. 또한 내연기관을 적용하는 자동차에서 배출되는 이산화탄소(CO2)는 매우 많은 양이 배출되며 지구온난화(地球溫暖化, global warming)의 주범으로 인식되고 있다. 이에 대응하기 위하여 전 세계 자동차 제작사들은 석유를 연료로 사용하는 내연기관 대신 전기모터를 적용한 전기자동차(electric vehicle) 개발에 힘을 쏟고 있다.

전기자동차의 기술개발에 따라 자동차 전력공급 및 전기/전자제어 분야의 학문이 더욱 발전을 하고 있으며 동시에 배터리 제조기술 역시 발전하고 있는 추세이다. 또한 자동차는 이러한 기술과 더불어 고도의 기동성능과 안전성, 보안성, 조종성능을 갖춰야 하며 현재는 대기 환경오염에 대응할 수 있는 친환경적인 자동차 기술개발이 핵심적으로 이루어지고 있다.

차의 발전

공학(工學, engineering)의 근본적 의미는 과학적 지식을 바탕으로 인간의 생활을 향상시키기 위해 창의적이고 실용적으로 실생활에 적용하는 학문을 말한다. 학문의 기본이 되는 자연과학(自然科學, natural science)에 비교하여 볼 때 실용적 가치를 중요시 하는 학문 분야를 공학 분야라 할 수 있다. 지금까지 발견된 어떠한 발명이나 기술적 진보도 자동차만큼 인류를 빠르게 변화 시키진 못하였다. 즉 실용적인 공학 분야 중에서 인류의 생활을 더욱 편리하고 빠르게 발전시켜온 공학기술 중의 하나가 바로 자동차 분야이다.

초기의 증기자동차

1765년 제임스 와트(James Watt, 1736~1819)의 증기기관 개량 후 1769년 프랑스 군대의 기술자인 니콜라스 조셉 퀴뇨(Nicolas-Joseph Cugnot, 1725~1804)가 만든 최초의 3륜 증기트랙터(steam tractor)를 시작으로 1801년과 1803년 영국의 리처드 트레비식(Richard Trevithick, 1771~1833)이 승객을 운송하는 8인승 증기자동차를 완성하였다.

영국에서 개발된 증기자동차는 도로를 파손하고 소음이 심했으며 연기를 많이 배출하여 말들을 놀라게 하는 문제점들이 있었고 이러한 영향으로 인하여 널리 보급되지 못하였다. 그 후 1865년에 빅토리아 여왕(Queen Victoria, 1819~1901) 역시 ‘적기법(赤旗法, Red Flag Law)’을 시행하여 30년간 영국의 자동차 개발을 중단, 자동차의 보급을 방해하였다. 적기법이란 증기자동차가 시골에서는 6㎞/h, 도시에서는 3㎞/h 이상의 속도로 달릴 수 없는 법이면서 도로통행료를 마차보다 10배나 더 내도록 하는 규제법이었다. 또한 증기자동차가 접근하는 것을 알리기 위하여 낮에는 붉은 깃발을, 밤에는 등불을 흔들어야 했다.

그 후 19세기 후반에는 많은 기술자들이 증기자동차를 개발하고 회사를 설립하였다. 그중에 미국의 스탠리(Stanley) 증기자동차 회사는 프랜시스 에드거 스탠리(Francis Edgar Stanley, 1849~1918)와 프리랜 오스카 스탠리(Freelan Oscar Stanley, 1849~1940) 쌍둥이 형제가 설립한 회사로 가장 성공적인 증기자동차 회사였다.

그 시기의 증기자동차는 외부의 보일러에 불을 피우는 시간이 너무 오래 걸려서 자동차 크기에 비해 작고 강력한 힘을 낼 수 있는 고압의 증기시스템을 필요로 했다. 게다가 이러한 증기기관은 제작 및 유지비용이 많이 들었기 때문에 증기자동차는 서서히 사라지기 시작했다.

트레비식의 증기자동차,

스탠리의 증기자동차,

내연기관 자동차

증기를 이용한 동력으로 움직이는 자동차는 이미 1770년에 개발되었지만 현존하는 자동차의 역사는 내연기관의 적용에서 부터이다. 최초의 내연기관은 가스를 연료로 사용하는 방식으로 1820년 영국의 발명가 윌리엄 세실(William Cecil, 1792~1882)이 수소(水素, hydrogen)와 공기의 혼합물을 폭발시켜 작동하는 엔진을 개발하였다.

그 후 가솔린을 연료로 사용하는 4행정 엔진을 1885년 독일의 고틀리프 빌헬름 다임러(Gottlieb Wilhelm Daimler, 1834~1900)와 카를 프리드리히 벤츠(Karl Friedrich Benz, 1844~1929)가 서로 다른 방식으로 개발하였고 오늘날과 같은 자동차는 1891년에 프랑스인 에밀 르바소르(Emile Levassor, 1843~1897)와 동업자였던 르네 파나르(Rene Panhard, 1841~1908)가 다임러 엔진을 장착한 자동차에서 유래한다. 르바소르는 이듬해 앞부분에 엔진을 장착한 전륜 구동방식의 자동차를 최초로 만들었다.

1898년 루이 르노(Louis Renault, 1877~1944)가 기존의 체인 구동방식에서 오늘날과 같이 구동축을 적용시켜 자동차의 구동기술을 발전시켰다.

차의 구조,,

자동차는 약 3만여 개의 부품의 조립으로 매우 복잡한 구조로 되어 있다. 이러한 자동차는 일반적으로 크게 다음과 같이 구분 할 수 있다.

① 자동차의 외형과 내부의 공간을 구성하는 차체(body)

② 자동차의 구동과 각종 주행에 필요한 장치들의 조합인 새시(chassis)

차체(body)

자동차의 차체의 유형에는 많은 종류가 있다. 대부분의 차체의 모형은 공기 저항(空氣抵抗, air resistance)을 적게 받을 수 있는 형상으로 설계되며, 승용차 기준으로 엔진실과 트렁크, 승객실로 구성된다.

일반적으로 차체는 일체식 구조와 프레임(frame) 장착 구조로 분류할 수 있다. 일체식 구조는 차체의 지붕(roof), 옆 패널(side panel) 및 바닥(floor)을 일체화 구조로 제작한 것으로 모노코크 보디(monocoque body)라 하며 대부분의 중·소형 승용차에 적용하고 있다.

모노코크방식은 강성이 우수한 차체에 동력발생장치 및 동력전달장치 등을 직접 조립하는 방식으로 자동차의 중량을 가볍게 할 수 있고 유효 공간을 확보 할 수 있는 장점이 있다.

프레임 장착 차체 구조는 차체의 골격을 이루는 분리된 프레임과 차체를 따로 제작하여 조립하는 형태를 말하며 일부 차종과 대형 차량에 많이 적용 되고 있다.

새시(chassis)

새시는 자동차의 차체를 제외한 나머지를 모든 부분을 말하며 자동차의 엔진, 동력전달계통, 조향장치, 제동장치, 현가장치, 프레임, 타이어 및 휠 등을 포함한다.

엔진(engine)

자동차공학에서 엔진은 동력발생장치로서 매우 중요한 요소이다. 자동차가 주행에 필요한 동력을 발생하며 엔진 본체와 부속장치로 구성되어 있다. 자동차용으로 적용되고 있는 엔진의 종류로는 가솔린 엔진(gasoline engine), 디젤 엔진(diesel engine), 가스 엔진(gas engine)-LPG, LNG, CNG engine 등-, 로터리 엔진(rotary engine) 등이 있으며 승용차에는 가솔린과 LPG 엔진을, 트럭이나 버스와 같은 상용자동차에는 디젤 엔진을 주로 사용하고 있다.

자동차에서 엔진의 구동방식은 대부분 4행정 1사이클(흡입, 압축, 폭발, 배기)방식을 적용하고 있으며 엔진의 부속장치로는 연료장치, 점화장치, 윤활장치, 냉각장치, 흡/배기장치 및 시동장치 등이 있다.

① 연료장치

연료시스템(fuel system)은 엔진의 연소를 발생시키기 위하여 연료를 공급하는 장치를 말하며 엔진의 성능이나 연료 소비율에 큰 영향을 미치는 시스템이다. 연료시스템은 기본적으로 연료 탱크, 연료 펌프, 연료 여과기, 연료 분사기, 연료 파이프 등으로 구성되며 공기와 연료의 혼합비(공기＋연료의 비율)를 엔진 운전 상태에 알맞게 ECM(ECM: Electronic Control Module)으로 정밀 제어하여 공급하는 장치이다.

② 점화장치

점화장치는 연소실 내에서 압축된 혼합가스(연료＋공기)에 전기적인 불꽃을 발생시켜 적절한 시점에 맞게 연소시키는 장치로서 점화코일(ignition coil), 점화플러그(ignition plug) 등으로 구성되며 ECM(Electronic Control Module)으로 정밀제어 한다. 가솔린 및 가스엔진에 장착되며 디젤엔진에는 따로 적용되지 않는다. 디젤엔진은 흡입된 공기를 압축할 때 발생하는 압축열에 의하여 연소를 일으키게 된다.

③ 윤활장치

자동차 엔진에는 크랭크축, 캠축, 밸브 개폐기구, 베어링 등의 각종 기계장치가 각각의 운동 상태를 가지고 작동하게 된다. 이러한 기계장치들의 작동 시 기계적인 마찰이 발생하며 그 마찰 현상들 또한 매우 다양한 형태로 나타난다. 기계적인 마찰이 발생하면 마찰에 의한 열이 발생하게 되고 이 열이 과도하게 축적되면 각각의 기계부품의 열팽창 또는 손상으로 인하여 엔진의 작동에 큰 영향을 미치게 된다.

윤활장치는 이러한 각 마찰요소에 윤활유를 공급하여 마찰로 발생할 수 있는 문제점을 방지하는 장치로서 엔진의 작동을 원활하게 하고 엔진의 내구수명을 길게 할 수 있다. 이러한 윤활장치는 오일펌프(oil pump), 오일 여과기(oil filter), 오일 팬(oil pan), 오일 냉각기(oil cooler) 등으로 구성되며 감마작용, 밀봉작용, 냉각작용, 응력 분산작용, 방청작용, 청정작용 등의 역할을 수행 한다.

④ 냉각장치

연소를 통하여 동력을 얻게 되는 내연기관의 특성상 엔진에서 매우 높은 열(약 2000~2200℃)이 발생하게 되며 발생한 열은 지속적으로 축적되고 엔진의 각 부분에 전달되어 부품의 재질변형 및 열 변형을 초래하게 된다. 또한 반대로 너무 냉각되어 엔진이 차가운 경우에는 열효율이 저하되고, 연료소비량이 증가하여 엔진 전체 효율이 나빠지는 문제가 발생한다.

냉각장치는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 엔진의 전 속도 범위에 걸쳐 엔진의 온도를 정상 작동 온도(80~95℃)를 유지시키는 역할을 하여 엔진의 효율 향상과 열에 의한 손상을 방지한다.

냉각방식에는 크게 공냉식(air cooling type)과 수냉식(water cooling type)으로 분류하며 현재 자동차에는 일반적으로 수냉식 냉각시스템을 적용 하고 있으며 냉각장치는 방열기, 냉각팬, 수온조절기, 물재킷, 물펌프 등으로 구성된다.

⑤ 흡/배기장치

엔진으로 유입되는 대기 중의 공기는 먼지와 이물질 등을 포함하고 있다. 이러한 먼지 등이 엔진으로 유입되면 실린더(cylinder), 흡기밸브(intake valve) 및 각종 베어링(bearing) 등의 마모를 촉진시켜 엔진의 내구수명을 단축시키게 된다. 따라서 엔진으로 유입되는 공기는 공기 여과기(air filter)를 장착하여 대기 중의 먼지 및 이물질 등을 제거함과 동시에 공기 흡입행정 시 발생하는 강한 소음을 감소시켜 주는 역할을 한다.

배기장치는 엔진에서 연소 후 배출되는 가스를 대기 중으로 방출 시켜 원활한 엔진의 운전 상태를 만들어 주는 장치이다. 일반적으로 배기장치에는 배기 시 소음을 줄여주는 소음기와 배기가스 중의 유해물질을 걸러주는 3원 촉매장치가 설치되어 있다.

⑥ 시동장치

엔진은 자력기동(自力起動)이 불가능 하여 초기 시동 시 축전지로부터 전력을 공급받아 기동전동기(起動電動機, starting motor)를 이용하여 엔진을 구동하는 구조로 되어 있다. 이와 같이 초기 시동 시 최초 흡입 및 압축행정에 필요한 힘을 외부에서 제공하여 엔진을 시동시키는 장치를 시동장치라 한다. 시동장치는 일반적으로 기동전동기, 축전지, 시동스위치 등으로 구성되며 구동회전력이 큰 전동기와 적절한 기어비(gear ratio)를 이용하여 엔진의 크랭크축을 회전시킨다.

동력전달장치(power train system)

동력전달 계통은 엔진에서 발생된 동력을 운행상태에 알맞게 바퀴까지 전달하는 전달계통을 말하며 일반적으로 클러치, 변속기, 종 감속 및 차동기어, 휠 및 타이어 등으로 구성되어 있다.

① 클러치

클러치(clutch)는 엔진과 변속기 사이에 설치되며 엔진에서 발생된 동력을 필요에 따라 변속기로 전달 또는 차단하는 장치이다. 자동차에 적용되는 클러치는 일반적으로 마찰력을 이용한 마찰 클러치, 유체의 유동작용을 이용한 유체 클러치, 전자력을 이용한 전자석 클러치 등으로 분류된다.

② 변속기

자동차가 주행하기 위해서는 주행저항(走行抵抗)보다 구동력(驅動力)이 커야 주행이 가능하다. 이와 같이 변속기란 적절한 기어비를 통하여 엔진의 동력을 자동차의 주행조건에 따라 구동력 및 주행속도를 증감시키는 장치이다. 클러치와 추진축 사이에 설치되며 일반적으로 수동변속기와 자동변속기로 분류된다.

③ 종 감속 및 차동기어

종 감속기어는 변속기로부터 전달되는 회전력을 더욱 증가시켜 가속능력, 등판능력, 연비 등의 자동차의 주행에 필요로 하는 조건을 만족시키기 위해 설치된다. 내부 구성은 구동축(驅動軸)과 연결된 피니언기어(pinion gear)와 피동축(被動軸)과 연결된 링 기어의 조합으로 구성된다.

이러한 종 감속기어는 여러 종류가 있으며 현재에는 자동차의 무게 중심을 낮출 수 있고 비교적 큰 동력을 전달 할 수 있는 하이포이드기어(hypoid gear) 형식의 종 감속기어가 대부분 적용되고 있다.

자동차가 선회 할 경우 자동차의 각 바퀴는 크기가 다른 원주를 그리며 회전을 하게 되며 이로 인하여 각 바퀴들의 회전수 차이가 발생하게 된다. 이와 같이 차동기어는 랙(rack)과 피니언기어의 원리로 자동차의 구동 바퀴축에 설치되어 커브길 선회 시 좌, 우 바퀴의 회전수 차이를 발생시켜 원활한 선회를 돕기 위해 장착되어 있는 장치이다.

④ 휠 및 타이어

휠과 타이어는 자동차가 주행하기 위한 구동력을 노면에 전달하고 제동 시 노면과의 마찰을 발생시켜 제동력을 발생, 전달시키는 장치이다. 또한 공기주입식 타이어의 경우 노면의 진동을 흡수하는 기능과 원심력에 의한 자동차의 옆 방향 미끄러짐에 대한 저항성 역시 갖추고 있다. 이러한 휠과 타이어는 조향 성능 확보, 주행안전성 확보, 소음진동 감소 측면에서 매우 중요한 역할을 수행하고 있다.

조향장치

조향장치(操向裝置)는 운전자의 의지에 따라 자동차 주행의 방향성을 결정하는 장치로서 조작기구, 기어기구, 링크기구 등으로 구성된다. 일반적으로 조향장치는 스티어링 휠(steering wheel), 조향 축, 조향기어, 타이 로드(tie rod), 너클 암(knuckle arm), 휠 및 타이어의 계통으로 조향 조작력이 전달되며 조향 기어박스에서 조향력을 증가시키는 구조로 되어있다. 이러한 조향 조작력을 돕기 위한 장치로 유압의 힘을 이용한 동력조향시스템을 대부분 적용하고 있다. 최근 들어 동력조향시스템의 유압펌프를 작동시킬 때 발생하는 엔진 손실 동력을 개선시키기 위해 조향 축 또는 조향 기어박스 부분에 전기모터와 감속기어를 장착한 전자식 동력조향시스템이 적용되고 있다.

제동장치

제동장치(制動裝置)는 주행 중인 자동차를 감속, 정지 시키거나 또는 정지되어 있는 자동차의 정지 상태를 유지하기 위한 장치이다. 자동차의 모든 바퀴에 적용되며 크게 유압식, 공압식, 기계식으로 분류되며 일반 승용차에는 유압식 제동장치가 보편화 되어 있다.

제동장치는 일반적으로 주행 시 사용되는 주 브레이크와 자동차의 정지 상태를 유지시켜주는 주차브레이크로 나누어진다.

유압식 제동장치의 구성은 일반적으로 브레이크 페달, 하이드로 백, 마스터 실린더, 브레이크 파이프, 휠 실린더 및 캘리퍼(calliper) 등으로 구성되며 대형차의 경우 매우 큰 제동력이 요구되어 압축공기식 브레이크장치가 대부분 적용되고 있다.

현가장치

현가장치(懸架裝置)는 자동차가 주행 중 노면으로부터 바퀴를 통하여 받게 되는 충격이나 진동을 흡수하여 차체나 화물의 손상을 방지하고 승차감을 좋게 하며, 차축을 차체 또는 프레임에 연결하는 장치이다. 현가장치는 일반적으로 스프링과 쇼크 업소버(shock absorber)의 조합으로 이루어지며 노면에서 발생하는 1차 충격을 스프링에서 흡수하게 되고 충격에 의한 스프링의 자유진동을 쇼크 업소버가 감쇄시켜 승차감을 향상 시킨다. 최근에는 자동차의 주행속도 및 노면의 상태를 인식하여 감쇄력을 조절하는 전자제어식 현가장치가 적용되고 있다.

 

출처 & 참고문헌,

『자동차 공학과 정비』, 동신출판사. (1994년)

『차량공학 개론 및 정비』, 오토테크. (2008년),

『자동차 공학』, 미전사이언스. (2010년),

Automotive Mechanics(10th ed.), Inter Vision. (2004년),

[자동차공학 [Automotive Engineering] (학문명백과 : 공학,)

『기본 자동차 공학』, 골든벨.  (2013년),

제공처 형설출판사,  http://www.hyungseul.co.kr

[자동차 [automobile, 自動車] (한국민족문화대백과, 한국학중앙연구원)

『서울잡학사전』(정동출판사, 1989)

『서울600년사』 3·4·5(서울특별시, 1979·1981·1983)

[자동차를 만들고자 하는 욕망 (세상을 바꾼 수레, 2010. 11..,)

 

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