엔진, 동력전달계통, 조향장치, 제동장치, 현가장치
자동차는 우리의 삶과 문화에 큰 영향을 미치는 기술입니다. 자동차는 약 3만여 개의 부품으로 구성되어 있으며, 그중 가장 중요하고 복잡한 부분은 엔진, 동력전달계통, 조향장치, 제동장치, 현가장치 등입니다.
이들은 자동차의 성능과 안전성, 편리성과 효율성을 결정하는 요소로서, 잘 이해하고 분석하는 것이 필요합니다. 이 글에서는 자동차의 구조와 기능에 대해 각 부분별로 설명하고, 그 원리와 특징을 살펴보겠습니다.
엔진 (Engine)
엔진은 자동차가 주행하는데 필요한 동력을 발생시키는 장치로서, 연료와 공기를 연소실에서 연소시켜 열에너지를 기계적인 에너지로 변환합니다.
엔진의 종류에는 가솔린 엔진, 디젤 엔진, 가스 엔진 등이 있으며, 대부분은 4 행정 1사이클 방식으로 작동합니다. 4 행정 1사이클 방식은 흡입, 압축, 폭발(팽창), 배기라는 4개의 행정을 거쳐 1회의 동력을 얻는 방식입니다.
각 행정은 실린더 안에서 피스톤과 밸브의 움직임에 의해 이루어집니다.
엔진은 다음과 같은 부속장치들과 함께 작동합니다.
연료공급장치 (Fuel System): 연료를 공급하고 혼합비를 조절하는 장치입니다. 연료탱크, 연료펌프, 연료여과기, 연료분사기 등으로 구성됩니다.
 연료 탱크 |
 연료펌프 |
 연료 여과기 |
 연료분사기 |
점화장치 (Ignition System): 가솔린 엔진에서 혼합가스에 전기적인 불꽃을 발생시켜 연소를 일으키는 장치입니다. 점화플러그, 점화코일, 점화분배기 등으로 구성됩니다.
 점화플러그 |
 점화코일 |
 점화 분배기 |
윤활장치 (Lubricating System): 엔진 내부의 마찰부위에 윤활유를 공급하여 마찰을 줄이고 손상을 방지하는 장치입니다. 오일팬, 오일펌프, 오일여과기 등으로 구성됩니다.
 오일팬 |
 오일펌프 |
 오일여과기 |
냉각장치 (Cooling System): 엔진에서 발생하는 과열을 방지하고 적정한 온도를 유지하기 위해 냉각수를 순환시키는 장치입니다. 라디에이터, 워터펌프, 써모스탯 등으로 구성됩니다.
 라디에이터 |
 워터펌프 |
 써모스탯 |
흡기 및 배기장치 (Intake and Exhaust System): 공기를 흡입하고 배출하는 장치입니다. 공기여과기, 캠타임 벨트(체인), 인테이크 매니폴드, 배기 매니폴드, 촉매 컨버터 등으로 구성됩니다.
 공기여과기 |
 캠타임 벨트(체인) |
 인테이크 매니폴드 |
 배기 매니폴드 |
 촉매 컨버터 |
시동장치 (Starting System): 엔진을 기동시 키기 위해 축전지로부터 전력을 공급하는 장치입니다. 시동모터, 마그네틱 스위치, 오버러닝 클러치, 솔레노이드 스위치 등으로 구성됩니다.
 시동모터 |
 마그네틱 스위치 |
 오버런닝 클러치 |
 솔레노이드 스위치 |
동력전달계통 (Power Train)
동력전달계통은 엔진에서 발생한 회전력을 구동바퀴까지 전달하는 일련의 장치로서, 클러치, 변속기, 유니버설 조인트, 추진축, 종감속기어 및 차동장치, 구동장치 등으로 구성됩니다. 각 장치는 다음과 같은 역할을 수행합니다.
클러치 (Clutch): 엔진과 변속기 사이에 위치하며, 엔진의 회전력을 변속기로 연결하거나 분리하는 장치입니다. 주로 페달로 조작하며, 마찰력을 이용하여 작동합니다.
변속기 (Transmission): 엔진의 회전력을 주행 상황에 맞게 변환하고, 추진축으로 전달하는 장치입니다. 주로 레버로 조작하며, 기어비를 이용하여 작동합니다.
유니버설 조인트 (Universal Joint): 추진축과 변속기 사이에 위치하며, 각도가 달라도 회전력을 전달할 수 있게 하는 장치입니다. 크로스 샤프트와 베어링으로 구성되며, 힌지처럼 작동합니다.
추진축 (Propeller Shaft): 변속기에서 전달된 회전력을 종감속기어 및 차동장치로 전달하는 장치입니다. 긴 강관으로 구성되며, 중간에 유니버설 조인트가 있습니다.
종감속기어 및 차동장치 (Final Drive and Differential): 추진축에서 전달된 회전력을 감속시키고, 좌우의 구동바퀴에 균등하게 분배하는 장치입니다. 피니언 기어와 크라운 기어, 디퍼렌셜 케이스와 디퍼렌셜 기어로 구성되며, 기어비를 이용하여 작동합니다.
구동장치 (Drive Axle): 종감속기어 및 차동장치에서 전달된 회전력을 구동바퀴에 전달하는 장치입니다. 축과 휠 허브로 구성되며, 베어링과 너트로 고정됩니다.
조향장치 (Steering System)
조향장치는 자동차의 진행방향을 임의로 바꾸기 위한 장치로서, 핸들을 돌려 앞바퀴의 방향을 좌우로 조정합니다. 조향장치는 핸들과 핸들 샤프트, 스티어링 기어 박스와 스티어링 링크 등으로 구성됩니다. 각 부분은 다음과 같은 역할을 수행합니다.
핸들과 핸들 샤프트 (Steering Wheel and Steering Shaft): 운전자가 원하는 방향으로 회전력을 입력하는 부분입니다. 핸들은 원형 모양으로 되어 있으며, 핸들 샤프트는 긴 강관으로 되어 있으며, 스티어링 기어 박스와 연결됩니다.
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스티어링 기어 박스와 스티어링 링크 (Steering Gear Box and Steering Link): 핸들 샤프트에서 전달된 회전력을 증폭시키고, 스티어링 링크를 통해 앞바퀴에 전달하는 부분입니다. 스티어링 기어 박스는 랙 앤 피니언, 웜 앤 롤러, 웜 앤 너트 등의 종류가 있으며, 기어비를 이용하여 작동합니다. 스티어링 링크는 타이로드 엔드, 아이들 암, 피트먼 암 등으로 구성되며, 막대와 조인트로 이루어져 있습니다.
스티어링 링크 (Steering Link): 스티어링 기어 박스에서 전달된 회전력을 앞바퀴에 전달하는 부분입니다. 스티어링 링크는 타이로드 엔드, 아이들 암, 피트먼 암 등으로 구성되며, 막대와 조인트로 이루어져 있습니다.
 타이로드 엔드 |
 아이들 암 |
 스티어링 링크 |
조향장치는 다음과 같은 보조장치들과 함께 작동합니다.
파워 스티어링 (Power Steering): 엔진이나 전기모터로부터 동력을 얻어 조향력을 증가시켜 주는 장치입니다. 주로 유압식이나 전기식으로 구분되며, 운전자의 편리함과 안전성을 높여줍니다.
조향각 센서 (Steering Angle Sensor): 핸들의 회전각도와 방향을 감지하고 전자제어장치에 신호를 보내주는 장치입니다. 주로 자율주행이나 안정성 제어 시스템 등에 사용되며, 운전자의 의도와 차량의 상태를 파악하는데 도움이 됩니다.
조향락 (Steering Lock): 핸들 샤프트에 잠금장치를 설치하여 핸들의 회전을 방지하는 장치입니다. 주로 주차나 정차 시에 사용되며, 도난이나 사고를 예방하는데 도움이 됩니다.
제동장치 (Braking System)
제동장치는 자동차의 속도를 감소시키거나 정지시키기 위한 장치로서, 페달을 밟아 바퀴에 마찰력을 가해 운동에너지를 열에너지로 변환합니다. 제동장치의 종류에는 드럼 브레이크와 디스크 브레이크가 있으며, 대부분은 유압식으로 작동합니다. 각 장치는 다음과 같은 구조와 원리를 가집니다.
드럼 브레이크 (Drum Brake): 바퀴의 중심부에 드럼 모양의 실린더가 있고, 그 안에 두 개의 브레이크 쇠가 있습니다. 페달을 밟으면 유압식으로 작동하는 휠 실린더가 브레이크 쇠를 밀어내고, 브레이크 쇠가 드럼과 접촉하여 마찰력을 발생시킵니다.
디스크 브레이크 (Disc Brake): 바퀴의 중심부에 디스크 모양의 로터가 있고, 그 양쪽에 두 개의 브레이크 패드가 있습니다. 페달을 밟으면 유압식으로 작동하는 캘리퍼가 브레이크 패드를 압박하고, 브레이크 패드가 로터와 접촉하여 마찰력을 발생시킵니다.
제동장치는 다음과 같은 보조장치들과 함께 작동합니다.
파워 브레이크 (Power Brake): 엔진이나 전기모터로부터 동력을 얻어 제동력을 증가시켜 주는 장치입니다. 주로 진공식이나 유압식으로 구분되며, 운전자의 편리함과 안전성을 높여줍니다.
ABS (Anti-lock Braking System): 제동 시 바퀴가 잠기는 것을 방지하고, 제동거리를 단축시켜 주는 장치입니다. 주로 전자제어장치와 유압장치로 구성되며, 바퀴의 회전속도를 감지하고 제동력을 조절합니다.
EBD (Electronic Brake-force Distribution): 제동 시 앞바퀴와 뒷바퀴의 제동력을 최적화시켜 주는 장치입니다. 주로 전자제어장치와 유압장치로 구성되며, 차량의 하중과 속도를 감지하고 제동력을 분배합니다.
현가장치 (Suspension System)
현가장치는 자동차의 바퀴와 차체 사이에 위치하며, 도로의 충격과 진동을 흡수하고, 차체의 안정성과 편안함을 유지하는 장치입니다. 현가장치는 스프링과 쇼크 압소버, 스트럿 등으로 구성됩니다. [5]에서 볼 수 있듯이, 각 부분은 다음과 같은 역할을 수행합니다.
스프링 (Spring): 바퀴와 차체 사이에 설치되며, 충격과 진동에 따라 탄성변형을 일으키는 장치입니다. 주로 코일 스프링이나 리프 스프링 등의 종류가 있으며, 탄성계수를 이용하여 작동합니다.
쇼크 압소버 (Shock Absorber): 스프링과 함께 설치되며, 스프링의 탄성변형으로 인한 진동을 감소시키는 장치입니다. 주로 유압식이나 공기식 등의 종류가 있으며, 저항력을 이용하여 작동합니다.
스트럿 (Strut): 스프링과 쇼크 압소버를 하나로 결합한 장치입니다. 주로 맥퍼슨 스트럿 등의 종류가 있으며, 간단한 구조와 가벼운 무게로 인해 많이 사용됩니다.
현가장치는 다음과 같은 보조장치들과 함께 작동합니다.
스테빌라이저 바 (Stabilizer Bar): 앞바퀴와 뒷바퀴 사이에 설치되며, 차량의 기울임을 방지하고, 핸들링과 안정성을 향상해 주는 장치입니다. 주로 U자형의 강관으로 되어 있으며, 토션력을 이용하여 작동합니다.
에어 서스펜션 (Air Suspension): 공기압력을 이용하여 작동하는 장치입니다. 주로 공기 스프링이나 공기 쇼크 압소버 등의 종류가 있으며, 공기압력을 조절하여 작동합니다.
이상으로 자동차의 구조와 기능을 분석해 보았습니다. 앞서 나오는 광고는 쿠팡 파트너스 활동의 일환으로 저 링크로 구매를 하시면 저에게 소정의 수수료가 들어옵니다. 하지만 구매자님께는 아무런 영향이 없습니다. 제가 글을 쓰는데 큰 힘이 됩니다.
감사합니다.
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