2023. 6. 6. 16:24ㆍ카테고리 없음
자동차는 엔진, 동력전달장치, 서스펜션, 타이어, 스티어링, 브레이크 등
다양한 부품이 모여 각자 역할을 하면서 움직이게 됩니다.
이 부품들은 어느 위치에서 어떤 일을 하고 있을까요?
지금부터 자동차가 움직이는 힘, 구동 원리를 알아봅니다.
자동차가 움직일 수 있는 힘의 원천지 바로 자동차의 심장이라고 불리는 엔진입니다.
엔진은 자동차에 필요한 동력을 발생시키는 기능을 가지는 시스템으로
동력 전달 장치로 힘을 전달해 바퀴가 움직이게 해주는 역할을 하죠.
또한 사용하는 연료에 따라 움직이는 방식도 달라집니다.
엔진은 크게 가솔린(휘발유), 디젤(경유), 가스 연료로 구분할 수 있습니다.
이 세 가지 연료를 사용하는 자동차를 내연기관 자동차라고 하는데요.
내연기관 자동차는 연료에 따라 어떻게 움직임이 달라지는지 알아보겠습니다.
자동차를 움직일 때 필요한 에너지는 엔진에서 발생됩니다.
즉, 엔진 내에서 연료와 공기의 혼합기가 폭발하며 에너지가 생기는 것이죠.
이러한 폭발이 일어나도록 불꽃을 발생시켜 주는 장치, 점화 플러그(스파크 플러그)입니다.
자동차의 연료실에 휘발유를 주입하면
점화 플러그에서 전기 방전을 일으켜 불꽃이 발생합니다.
그 다음 폭발과 함께 압축된 힘으로 피스톤을 아래로 밀며
왕복 운동 에너지를 만들어 내는데요. 그 에너지를 ‘ㄹ’자 모양으로 연결된
크랭크 축에 전달해 자동차를 움직이게 하는 회전 힘을 만들어내죠.
가스 엔진 역시 같은 구동 원리로 움직인답니다.
휘발유 엔진과 같은 순서로 작동되지만 다른 점이 하나 있습니다.
점화 플러그 같은 불꽃을 만드는 장치가 따로 없다는 것이죠.
경유 자동차의 엔진은 점화 플러그가 없는 대신
훨씬 뜨겁게 온도를 높여 자연적으로 폭발을 발생시킵니다.
그렇다면 휘발유, 가스, 디젤 등 연료를 사용하지 않는
친환경차의 엔진 구조는 어떻게 이루어질까요?
전기 자동차(이하 전기차)는 엔진이 없습니다.
전기차의 가장 큰 장점이자 내연기관 자동차와 가장 큰 차이점은
엔진과 연료를 이용하지 않고 배터리를 충전하여 모터를 가동시킨다는 것인데요.
이 덕분에 배기가스로 인한 대기 오염을 줄일 수 있는 것은 물론 소음도 적습니다.
수소탱크로 움직이는 자동차도 있는데요. 현대자동차에서 만든 수소전기차 넥쏘가 대표적이죠.
수소전기차는 커다란 배터리 외에 별도의 연료전지시스템을 마련해
그 안에서 수소와 산소의 전기화학 반응으로 얻은 전기를 통해 동력을 얻습니다.
전기 대신 수소를 충전하고, 화학반응을 통해 구동력을 갖게 되는 것이죠.
이러한 과정을 수소연료전지시스템이라고 부릅니다.
그렇다면 엔진에서 발생한 힘은 어떻게 전달되는 것일까요?
엔진의 힘을 모아 전달하는 동력전달장치로 전달되는데요.
동력전달장치는 기관의 출력을 구동바퀴에 전달하는 장치입니다.
엔진의 힘이 클러치 → 변속기 → 추진축(앞기관 뒷바퀴 구동의 경우)
→ 종감속장치 및 차동기어장치 → 차축 → 구동바퀴의 순서로 전달되는데요.
클러치는 마찰판과 압력판으로 되어 있으며, 스프링의 힘으로 압착하여 동력을 전달하게 되어 있죠.
변속기는 자동차가 원활하게 움직일 수 있도록 변속을 돕는 역할을 합니다.
이러한 순서대로 힘이 차축과 구동바퀴로 전달되면서 자동차가 앞으로 나아가게 됩니다.
엔진이 자동차의 심장이라면 바퀴는 무엇일까요?
자동차를 움직이게 해주는 발 역할이라고 할 수 있습니다.
이처럼 바퀴는 자동차가 움직이게 하는 중요한 부품 중 하나인데요.
그렇다면 바퀴, 타이어는 어떻게 움직이는 것일까요?
바퀴는 기능에 따라 구동 바퀴와 피동 바퀴로 나눌 수 있습니다.
구동 바퀴는 자축에 작용하는 회전력을 이용하여 바퀴의 타이어로
노면을 미는 힘, 즉 구동력을 발생시킬 수 있는 바퀴입니다.
반면 피동 바퀴는 단순히 구르는 기능만을 가진 바퀴입니다.
자동차에 필요한 바퀴는 바로 구동 바퀴인 것이죠.
자동차의 바퀴는 허브(Hub)에 의해 액슬(Axle)*에 장착돼
노면에 접한 상태에서 굴러가는 구조인데요.
이때 액슬과 타이어에 힘은 어떻게 작용할까요?
엔진의 동력으로 액슬을 회전시키는 회전력이 타이어에 전달되면
타이어에는 접지되는 노면을 뒤로 미는 힘이 발생합니다.
이때 발생된 힘이 바로 구동력이며 이 힘으로 자동차가 앞으로 나아가는 것이죠.
* 차량이 미끄러질 가능성이 높은 눈길이나 빗길에서
타이어가 헛도는 현상이 발생하지 않도록 차량 구동력을 제어하는 장치
자동차가 목적지에 가기 위해서는 길을 따라 자동차의 방향을 바꿔야 합니다.
스티어링 시스템은 자동차의 진행 방향을 운전자의 의도대로 바꾸기 위한 장치입니다.
방향을 잡는 장치라는 뜻으로 조향장치라고 부르기도 하죠.
사실 자동차가 처음 만들어졌을 때는 오직 운전자의 힘만으로 바퀴의 방향을 움직여야 했습니다.
이를 기계식 스티어링 시스템이라고 하는데요.
이후에 더 쉽고 부드럽게 움직일 수 있는
유압식, 전자유압식, 전동식 파워 스티어링 시스템으로 발전했죠.
전동식 파워 스티어링 시스템(MDPS, MOTOR DRIVEN POWER STEERING)은
바퀴를 운전자의 힘이나 유압이 아닌 모터로 움직이는 장치인데요.
기존 유압식 스티어링 시스템보다 가볍고 방향 전환이 자연스럽다는 장점이 있습니다.
이렇게 스티어링 시스템은 기계가 아닌 전자 계통으로 발전하면서
자동차가 주행 중 스스로 스티어링 휠을 조작해 차로를 유지하고,
비어있는 공간에 주차를 하는 등 자율주행을 포함한 다양한 첨단 기능에 적용되고 있습니다.
잘 달리는 것 만큼 잘 멈추는 것도 중요한 법!
자동차의 브레이크는 자동차의 속도를 줄여주거나 멈추게 하는 장치입니다.
처음 자동차가 만들어졌을 때는 브레이크가 없었습니다.
자동차의 속도가 사람이 걷는 속도와 다르지 않았기 때문이지요.
그러나 내리막길에서 속도를 줄이지 못해 사고가 난 이후
사람들은 자동차를 멈추게 할 장치가 필요하단 것을 깨달았습니다.
그렇게 탄생한 것이 바로 브레이크입니다.
그럼 현재 사용되고 있는 대표적인 브레이크 종류를 살펴볼까요?
드럼 브레이크
휠 안 쪽에 있는 드럼에 벽돌 모양으로 생긴 슈(SHOE)라는 마찰제가
바깥으로 팽창하면서 드럼을 조여 속도를 줄이는 방식입니다.
디스크 브레이크
디스크 브레이크는 원반(DISC) 형태로 된 브레이크로 드럼 브레이크보다 제동력이 좋습니다.
바퀴에 연결된 디스크를 디스크 패드가 양쪽에서 눌러 속도를 줄이는 방식입니다.
자동차가 안전하게 달리기 위해서는
무엇보다 자동차를 이루는 틀이 튼튼해야 합니다.
자동차의 틀인 차체와 차대는 무엇일까요?
자동차의 차체는 마차의 차체에서 비롯됐습니다.
마차의 차체는 사각형의 뼈대 끝에 바퀴를 4개 달고, 그 위에 객실을 얹은 모양새죠.
이러한 마차의 차체는 자동차로 넘어오며, 소재와 크기는 바뀌었지만
그 구조는 오늘날까지도 유사하게 이어지고 있죠.
자동차의 틀은 차체(BODY SHELL/BODY)와 차대(CHASSIS)로 구성되는데요.
그렇다면 이 둘은 어떻게 다를까요?
먼저 차대는 한 마디로 자동차의 핵심을 이루는 틀입니다.
엔진의 동력을 전달하고, 속도를 줄이고, 전기장치를 연결하는 갖춰져 있습니다.
섀시만 있어도 주행은 가능합니다.
차체는 자동차의 겉모습을 이루는 틀입니다.
차문, 바닥, 창문 등의 구조물이 바로 차체입니다.
승객과 화물을 안전하게 지켜줍니다.
자동차를 움직이게 하는 부품과 자동차가 움직이는 구동원리를 알아봤습니다.
엔진, 동력전달장치, 바퀴, 스티어링 시스템, 브레이크, 차체와 차대까지
어느 것 하나 자동차에서 빼놓을 수 없는 부분들이었는데요.
지금 이 순간에도 각 부분이 모두 눈부시게 발전하고 있다는 사실도 알 수 있었죠.
새로운 엔진이 발명되고 새로운 시스템이 적용된다면
자동차의 구동 원리는 어떻게 변하게 될까요?