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자동차는 어떻게 움직일 수 있는 것인가

자동차는 1891년 프랑스 파나르 르바소(Panhard Levassor)이 기본 구조를 확립하고 현재 많은 후륜 구동식 자동차들이 이 구조를 채용하고 사용하고 있다. 자동차는 만 가지 부품으로 구성되어 있지만 주요 부분은 크게 차체(body&frame)와 그 나머지 부분인 새시(chassis)로 대별된다. 섀시가 자동차의 기능을 발휘할 수 있도록 하는 부분에서 다시 엔진, 동력전달장치, 바퀴로 나눠 볼 수 있다.

운전자가 자동차 운전석에 앉아 시동을 걸면 배터리에서 전기가 공급되고 스타팅 모터가 엔진 플라이 휠을 돌리는데 이때 이에 연결된 크랭크축, 피스톤, 밸브가 함께 움직이기 시작한다. 자동차에 필요한 동력을 발생시키는 기능을 가진 시스템인 엔진은 피스톤 엔진을 사용한다. 자동차의 피스톤 엔진은 실린더 내부에서 연료와 산소를 연소시키고 고압·고온의 가스의 팽창력이 직접 피스톤을 움직이는 내연 기관이다. 이 때 상하로 움직이는 피스톤의 왕복운동은 크랭크축에 연결된 커넥팅로드에 의해 크랭크축에서 회전운동으로 전환된다. 자동차 엔진은 거의 모두 4행정 사이클에서 작동한다. 4행정 사이클은 한 사이클이 흡입 행정, 압축 행정, 동력 행정, 배기 행정에서 열린 듯 크랭크 축이 2도 회전하게 된다. 이를 위한 실린더가 4개 이상 존재하는 차례로 작동되면 동력이 원활하고 연속적으로 발생하게 된다. 가솔린 엔진에 비해서 디젤 엔진은 4행정 사이클을 사용하는 것은 그러나 압축·흡입-엔진 배기의 순으로 진행되며 먼저 공기를 압축시키고 실린더 내부를 고온 고압 상태로 만들어 두기 때문에 점화 플러그가 없어도 발화점이 낮은 경유를 분사하고 발화가 일어나도록 만든 내연 기관이다.

4행정 사이클을 돈 후 엔진에서 발생한 배기 가스는 삼원 촉매 변환 장치를 거치고, 독한 가스 성분을 일부 제거한 뒤 머플러를 통해서 대기 중에 방출하게 된다. 목도리를 통하지 않고 나가면 배기가스가 한꺼번에 팽창하기 때문에 큰 소리가 난다. 이를 방지하기 위해 목도리는 배기가스의 팽창을 원활하게 하고 큰 소리를 내지 않는다. 그리고 엔진에서 발생한 열은 냉각수를 통해 라디에이터에서 방출한다. 만약 엔진 냉각이 잘 되지 않으면 연료를 연소시킬 때 엔진에서 발생하는 열 때문에 엔진 주변 부품이 타거나 녹는 오버히트(overheat) 현상이 일어난다. 물론 냉각수만으로는 엔진 열을 견딜 수 없기 때문에 라디에이터(radiator)로 보내져 데워진 냉각수의 열을 공기 중에 방출시켜 온도를 낮추게 된다.

 

자동차의 동력 전달과 변속은 어떤가?

크랭크축의 회전은 플라이 휠에 그 회전력을 전달하게 되며 다시 변속기(transmissin)로 전달된다. 그러나 운전자가 클러치를 밟거나 기어가 중립 상태인 경우에는 회전력이 변속기를 통해 바퀴에 전달되지 않는다. 기어를 중립 상태에서 1단으로 바꾼 뒤 클러치 페달을 천천히 떼면 클러치 디스크를 플라이휠 면과 압착으로 동력이 전달된다. 이 동력은 변속기로 바로 전달돼 엔진 출력을 달리는 상황에 맞춰 구동토크(구동력)와 회전수(주행속도)를 조절해 바퀴에 전달하는 역할을 한다. 요즘 흔히 쓰이는 자동변속기는 엔진동력을 직접변속기에 전달하는 수동변속기의 경우와 달리 토크 컨버터의 유압에 의해 변속이 일어나는 원리를 갖고 있다. 이런 자동변속기는 자동변속기 오일이 반응하는 시간이 필요하기 때문에 엑셀레이터를 밟아 큰 동력을 발생시켜도 수동변속기보다 반응속도가 조금 더디다. 또 엔진 출력이 오일 압력(유압)을 올리는 데 100%사용하지 않고 오일 온도에서 일부 빼앗기기 때문에 연비 면에서 자동 변속기 차량보다 수동 변속기 차량이 더 유리하다.

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