이번 포스팅에서는 자동차 구조에 대해 이해하는 시간을 가지겠습니다.
자동차의 정의
원동기의 힘으로 차체의 바퀴를 노면과 마찰시켜서 발생하는 반작용으로 움직이는 기계.
자동차 분류
자동차는 다양한 방식으로 분류를 할 수 있습니다. 크게 5가지 방식으로 분류 할 수 있는데 이에 대해 알아보겠습니다.
- 에너지원에 의한 분류
- 외연기관 자동차 : 증기를 이용해서 구동, 최초로 개발된 자동차
- 내연기관 자동차 : 가솔린기관, 디젤기관, 가스 터빈기관, 제트기관
- 그 외 자동차 (친환경 자동차) : 하이브리드, 프러그인 하이브리드, 전기 자동차, 수소 자동차 - 기관의 설치위치와 구동방식에 의한 분류
- FF (Front-Engine, Front-Wheel Drive)
위치: 엔진이 차량의 앞부분에 위치하고, 전동력은 앞바퀴에 전달됩니다.
특징: 주로 소형 및 중형 승용차에서 사용되며, 정상적인 도로 주행 및 연료 효율성에 중점을 둡니다.
전방에 트랜스미션 및 구동축이 있어 실내 공간 활용이 효율적입니다.
- FR (Front-Engine, Rear-Wheel Drive)
위치: 엔진이 차량의 앞부분에 위치하고, 전동력은 후바퀴에 전달됩니다.
특징: 주로 스포츠 카 및 일부 고급 세단에서 사용됩니다. 전통적으로 뒷바퀴 구동은 주행 성능에 긍정적인 영향을
미칠 수 있으며, 높은 속도에서의 주행 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
- RR (Rear-Engine, Rear-Wheel Drive)
위치: 엔진이 차량의 뒷부분에 위치하고, 전동력은 후바퀴에 전달됩니다.
특징: 뒷바퀴 구동 및 엔진의 뒷부분에 중량이 집중되어 차량의 균형을 유지하는 데 도움이 됩니다.
일부 고성능 스포츠카나 전통적인 승용차에서 사용됩니다.
- 4WD (Four-Wheel Drive)
위치: 모든 바퀴에 동력이 전달되는 시스템입니다.
특징: 주로 트럭, SUV, 오프로드 차량에서 사용됩니다. 일반적으로 후바퀴 구동이 기본이며, 필요할 때에만
전방 바퀴에도 동력이 전달되어 특히 미끄러운 노면이나 특수한 주행 조건에서 우수한 트랙션을 제공합니다. - 바퀴 수에 의한 분류
- 2개, 3개, 4개, 6개와 같이 바퀴수에 따라 분류 할 수 있음 - 용도에 의한 분류
- 승용 자동차 : 10명 이하의 승객수송
- 스포츠카 : 스포츠를 즐기는 것을 목적으로 하는 자동차
- 화물 자동차 : 화물 수송을 목적으로 하는 자동차
- 특용차 : 보통의 섀시에 특수한 바디를 장착한 자동차 -> 구급차, 장의차, 소방차
- 특수 자동차 : 특수작업에 사용할 목적으로 만든 특수 구조로 된 자동차 - 차체의 모양에 따른 분류
- 구조, 문의 수, 지붕모양, 좌석 등에 의해 구분됩니다. ex) 세단, 리무진, 쿠페, 컨버터블 등
엔진의 분류
이제 자동차의 구조중 엔진에 대해 알아보도록 하겠습니다.
엔진은 2개로 나뉘어지는데 이에 대해 설명드리겠습니다.
- 외연기관
- 연료를 외부에서 연소시켜 발생하는 수증기 등을 통해 터빈을 돌리거나 피스톤을 밀어 동력을 얻는 열기관
- 증기터빈, 증기기관 등 - 내연기관
- 연료를 내부 (실린더)에서 연소시켜 발생하는 고온, 고압의 가스가 피스톤을 밀어내는 힘에 의해 동력을 얻는 열기관
- 가솔린 기관, 디젤 기관, 제트 기관, 로켓 기관 등
우리는 자동차에 들어가는 내연기관에 대해 자세하게 알아볼 필요성이 있습니다.
따라서 내연기관에 대해 자세하게 알아보겠습니다.
내연기관의 구조
내연기관은 연료와 공기를 혼합하고 불을 일으켜 엔진을 움직이는 기계입니다.
다음은 내연기관중 가솔린 엔진이 어떠한 구조로 이루어지는지에 대한 내용입니다.
- 피스톤(Piston)
- 가솔린 엔진은 일반적으로 여러 개의 실린더를 가지고 있습니다. 각 실린더 안에는 피스톤이 있습니다. 피스톤은 상하운동을 수행하며, 연료와 공기 혼합물을 압축하고 폭발로 인해 생기는 가스를 이동시킵니다. - 실린더(Cylinder)
- 피스톤이 이동하는 공간을 제공합니다. 실린더는 엔진 내부에 여러 개 있을 수 있으며, 피스톤의 상하운동을 통해 연료 공기 혼합물을 처리합니다. - 밸브(Valve)
- 각 실린더에는 흡기 밸브와 배기 밸브가 있습니다. 흡기 밸브는 공기를 흡입하고, 배기 밸브는 연소 후 가스를 배출합니다. - 연료-공기 혼합 공급장치
- 가솔린과 공기는 연료 분사기를 통해 실린더로 공급됩니다. 최신 엔진에서는 다양한 연료 분사 및 통제 기술이 사용됩니다. - 점화 시스템
- 흡기 밸브가 닫힌 상태에서 피스톤이 상승하면, 점화 플러그가 전기적 신호를 통해 연료-공기 혼합물을 불태워 폭발을 일으킵니다. - 크랭크 축 (Crankshaft)
- 피스톤의 왕복운동을 회전운동으로 전환합니다, 크랭크 저널, 크랭크 핀, 크랭크 암 및 평형추로 구성됩니다. - 플라이 휠 (Flywheel)
- 크랭크 샤프트에 발생하는 회적력의 불규침함을 줄이는 탄력차 기능 -> 관성력을 가짐
- 트랜스 미션 측에 장착되며, 스타트 모터와 연결되어 시동에 사용됩니다. - 스타트 모터(Starter Motor)
- 자동차 엔진은 스스로 작동하지 않고 외부 도움이 필요하므로, 스타트 모터는 엔진을 회전시켜 출발할 수 있게 합니다. - 캠 (Cam)
- 캠은 회전하는 축 주위에 위치한 고정된 원통 모양의 부품으로, 비대칭적인 형태를 가지고 있습니다. 캠은 크랭크 축과 일정한 비율로 회전하며, 이 회전 운동은 밸브 기구에 전달됩니다. 엔진의 작동 주기 동안 캠은 밸브가 열리고 닫히는 타이밍과 양상을 결정합니다. - 캠축 (Camshaft)
- 캠축은 캠을 포함하는 회전 가능한 축으로, 엔진 내부에서 캠의 회전 운동을 전달하고 밸브를 조절하는 역할을 합니다. 캠축은 엔진 블록 내에 위치하며, 크랭크 축과는 특정 비율로 연결되어 있습니다. 캠축은 일정한 속도로 회전하며, 이로써 캠의 형태에 따라 밸브가 열리고 닫히는 순간이 결정됩니다.
캠과 캠축
캠 축의 설정 위치에 의한 분류
- OHC기관 (Over Head Cam-shaft engine)
- 캠 축이 실린더 - 헤드의 상부에 설치된 기관
- 캠 축이 2개일 경우 DOHC 기관 - CIH 기관 (Cam - shaft In Head)
- 캠 축이 실린더 - 헤드의 내부에 설치된 형식
- 실런더 - 헤드의 내부에 캠축이 설치되므로 OHC 기관에 비해 실린더 - 헤드 기계적 강도가 낮음 - CIC 기관 (Cam - shaft In Cylinder - block)
- 캠 축이 실린더 - 블록 내부에 설치된 형식
- OHC 기관에 비해 벨브기구가 더 복잡함
- 대형 디젤 기관은 대부분 이 방식 적영
동력전달장치
동력전달장치(Transmission)는 엔진에서 생성된 동력을 효율적으로 휠로 전달하는 시스템입니다. 이 시스템은 자동차의 속도와 힘을 조절하며, 다양한 주행 조건에 대응하기 위한 여러 기어(Gear)를 포함합니다. 주로 기어 박스 또는 트랜스미션 박스라고도 불리며, 수동 및 자동 기어 박스 두 가지 주요 유형이 있습니다.
수동 트랜스미션
- 프라이머리 샤프트(Primary Shaft)
- 엔진에서 나온 동력을 전달하는 축으로, 기어가 부착된다. - 세컨더리 샤프트(Secondary Shaft)
- 휠로 동력을 전달하는 축으로, 다양한 크기의 기어가 부착된다. - 클러치(Clutch)
- 엔진과 트랜스미션을 연결하거나 분리하는 역할을 하는 기기로, 운전자가 페달을 조작하여 동작한다. - 기어(Gear)
- 다양한 크기와 비율의 기어가 세컨더리 샤프트에 부착되어 있으며, 각 기어는 특정 속도 범위에 최적화된 동력을 제공한다. - 셀렉터 포크(Selector Fork) 및 셀렉터(Selector)
- 기어가 선택되고 전환되는 과정을 담당하는 부품으로, 운전자가 기어 레버를 조작할 때 작동한다.
자동 트랜스 미션
- 토크 컨버터(Torque Converter)
- 수동 트랜스미션의 클러치와 유사한 역할을 하는데, 동력을 효율적으로 변환하고 속도를 조절하는 데 사용된다. - 하이드로메카닉 기어 세트(Hydraulic-Mechanical Gear Set)
- 여러 개의 토크 컨버터와 기어가 조합된 복잡한 시스템으로, 기어 변속이 자동으로 이루어진다. - 프레임(Frame)
- 기어를 포함하는 기본적인 구조체로, 토크 컨버터와 다양한 기어 세트를 안전하게 수용한다. - 스티어링 컬럼(Steering Column)
- 차량의 스티어링 휠과 연결되어 주행 중에 기어를 선택하는데 사용된다.
