자동차의 동력장치1

[기영빈]

조향장치:steering system

조향장치(steering system)은 자동차의 진행방향을 운전자가 조향핸들을 돌려 자유로이 바꾸는 장치이다. 조향장치는 앞차축이나 앞바퀴 정렬과는 밀접한 관계가 있으며 자동차 주행의 안전상 브레이크장치와 함께 매우 중요한 기구이다.

동력조향장치:Power steering system

자동차가 점차 고급화됨에 따라 저압타이어의 이용, 대형차량의 자동화 등으로 전륜의 접 지 저항이 증대하여 조향핸들의 조작력도 커져야 한다.
이로 인하여 조향장치의 기구적 개량이 요구되나 기계식 조향장치는 한계가 있기 때문에 조향장치에 동력원을 설치하여 조향핸들의 조작력을 보조한다.

일반적으로 조향장치의 감속비(gear ratio)는 15 - 25이지만 이 감속비를 크게 하면 조향조 작은 가벼워지는 대신에 핸들을 돌리는 수효가 많아져 만족한 조작이 어렵다. 따라서 감속비는 작게 해 놓고 외부에서 보조하는 힘을 가하여 경쾌한 조작을 행하는 것 이 동력 조향장치이다. 이러한 것을 동력 조향장치(power steering)라 한다.



앞바퀴정열(휠 얼라이먼트)의 필요성과 원리를 요소별로 각각 설명하시오.

휠 얼라이먼트:
휠얼라인먼트란 자동차에 장착되어 있는 바퀴의 위치, 방향 및 상호관련성 등을 올바르게 유지하는 정렬상태를 말합니다.
이들 바퀴의 얼라인먼트가 올바르게 유지되어 있지않으면 주행불안정이나 타이어 이상마모 등을 일으키며, 바퀴는 특히, 조향을 하기 때문에 더욱 중요합니다.


캠버각:
정의
앞바퀴를 앞에서 보면 아래보다 위쪽이 바깥쪽으로 비스듬하게 장착되어 있는데, 이때 바퀴 중심선과 노면에 대한 수직선이 만드는 각도를 캠버라고 합니다.
캠버각도는 차종마다 다르게 설정되지만, 일반적으로 0.5~2° 정도로 되어 있습니다.

목적
① 앞바퀴가 하중에 의해 아래로 벌어지는 것을 방지합니다.
② 주행 중에 바퀴가 빠져 나가는 것을 방지합니다.
③ 킹핀 경사각과 함께 오프셋 량을 작게하여 핸들 조작 쉽게 합니다.
④ 바퀴의 트레드 중심선이 캠버가 0인 경우보다 안쪽을 들어가므로, 하중이 걸리는 점이 너클스핀들 근원에 가까워지므로 스핀들이나 너클이 구부러지는 힘을 경감 시킵니다.


킹핀 경사각:

1. 정의
앞바퀴를 전방에서 보았을 때, 킹핀 상부가 안쪽으로 비스듬히 장착되어 있는데, 이때 킹핀과 노면에 대한 수직선이 이루는 각도를 킹핀 경사각이라고 합니다.
킹핀을 사용하지 않는 볼조인트 타입에서는 윗쪽 볼조인트와 아래쪽 볼조인트의 중심을 연결하는 직선과 이루는 각도를 킹핀 경사각이라고 하며, 일반적으로 6~9° 정도로 설정됩니다.

2. 목적
핸들조작력 경감과 주행 및 제동시 충격을 감소합니다.
캠버와 함께 오프셋량을 작게하여 핸들 조작력을 경감합니다.
또, 주행중 타이어가 노면 요철에 의해 충격을 받는 경우, 오프셋 량을 반경으로 킹핀 주위의 회전충격으로 되어 조향바퀴에 전달되는 데, 오프셋 량을 작게하면 그 충격량을 줄일 수 있습니다.
핸들의 복원력을 증대합니다.
킹핀 경사각이 있으면 핸들을 돌리는 경우 타이어 접지점은 킹핀 중심선에 대하여 직각인 평면상에서 원을 그리게 됩니다. 따라서 핸들을 돌리면 바퀴의 접지점은 아래쪽으로 내려가게 되므로 노면에 대하여 차체가 들려지게 됩니다. 그러므로 핸들을 돌린 상태에서는 자동차 중량에 의해 바퀴를 직진상태로 돌리는 복원력으로 작용하게 됩니다.이 복원력은 킹핀 경사각과 자동차 중량에 비례하여 커지는데, 복원력이 커지면 당연히 핸들 조작력도 증가하게 됩니다.



토우인(toe-in):
정의
앞바퀴를 위에서 내려다 보면 앞쪽이 뒤쪽보다 좁게 되어 있는데, 이 상태를 토우인이
라고 합니다. 토우인은 타이어 트레드 중심선이 제일 앞쪽의 거리와 제일 뒤쪽의 거리
차로 표시하며, 일반적으로 2~8mm로 설정합니다.
토우인 부족 혹은 과도한 경우의 타이어는 진행방향과 회전방향의 차가 커지게 되고,
타이어는 항상 옆으로 끌리는 상태로 "주행하므로 한쪽면이 새털 현상으로 마모되며,
상태에 따라 마모량도 변화도 변화하게 됩니다.
토우인의 반대인 토우 아웃(차륜의 앞쪽이 넓음)의 경우도 정확한 토우 상태가 유지되지 않을 때, 타이어의 마모가 심해질 뿐 아니라 타이어의 진행방향과 회전방향의 힘의 불일치로 인해 조종성이 나빠집니다. 토우인, 토우아웃의 새털마모는 트레드 우측이든 좌측이든 초기에는 한 쪽에만 발생하므로 트레드부를 주위해서 관찰하면 알 수 있습니다.
토우 거리는 타이로드에 의해 조종되나 비교적 틀어지기 쉬우므로 늘 관심을 가지고 주의하여야 합니다.

목적
캠버에 의한 토우아웃 현상을 방지합니다.
앞바퀴의 일부에 캠버를 주면 바퀴는 원뿔의 일부와 같은 형상이 되므로, 구르면 바퀴가 차체의 바깥방향으로 향하는 토우아웃 경향이 생기게 됩니다.
따라서 바퀴에 적절한 토인을 미리 주면 그것이 상쇄되어 바퀴는 자동차의 진행방향과 일치하게 됩니다.
주행저항, 구동력의 반력등에 의한 토우아웃 현상을 방지합니다.
구동력은 킹핀에 전달되며, 타이어 접지면 중심에서 주행저항이 작용합니다.
따라서 주행중에는 킹핀 중심선과 타이어 접지면 중심점 사이의 거리인 "휠 레버 암"에 의해 바퀴가 토우 아웃 되도록 하는 모멘트가 작용합니다.
토우인을 이러한 현상을 방지하여 앞바퀴 사이드 슬립을 방지합니다.



캐스터 각(caster angle) :
정의
킹핀은 옆에서 보았을 때 윗쪽이 후방으로 기울게 장착되어 있으며, 이때 노면에 대한 수직선과 이루는 각도를 캐스터라고 하고, 일반적으로 0.5~1° 정도로 설정합니다.

목적
주행중 바퀴에 복원성을 줍니다.
킹핀 중심선의 연장선과 노면이 교차하는 점을 캐스터점이라고 하고, 캐스터점과 접지면 중심간의 거리를 트레일(Trail)이라고 하는데, 캐스터점은 타이어 접지면 보다 전방에 있고, 바퀴에 작용하는 구름저항은 타이어 접지면의 중심에 작용하므로 주행 중 바퀴를 항상 진행방향으로 향하도록 하는 직진 복원성을 주는 것입니다. 캐스터를 크게하면 트레일이 증가하여 바퀴 레버 암이 길어지므로 복원력은 커지지만, 과대하면 핸들조작력이 무거워지고, 시미가 발생하였을 때 그것을 지속시키게 됩니다.
자동차가 선회시 각 바퀴는 사이드슬립을 일으키지 않아야 하며, 그러기 위해서는 선회의 중심선은 뒤차축 중심선의 연장선상에 있어야 하며, 좌우 앞바퀴의 선회중심도 그점과 일치시켜야 합니다.
또한 선회시 바깥쪽 바퀴 조향각도 보다 안쪽 바퀴의 조향각도를 더크게 하는 조향각도 차이를 주어야 합니다. 이러한 관계는 모든 선회반경의 조건에서도 성립될것이 필요하며, 이것을 만족하는 장치인 애커만 쟌토식 현가장치가 일반적으로 사용되고 있습니다.
애커만 쟌토식의 경우 직진상태 일때, 좌우 너클암의 연장선은 뒤차축 중심부근에서 교차하도록 되어 있으며, 이와 같이 하면 조향시 좌우 앞바퀴에 자동으로 조향각도 차이가 주어지게 됩니다.
선회시에 얼라인먼트가 틀려지게 되면 타이어가 조기마모 됨과 동시에 선회시 주행안정성이 나빠져서 특히, 고속주행시 큰 영향을 미치게 됩니다.
킹핀은 킹핀각만큼 함쪽으로 기울려서 있지만 다시 노면의 각종 저항에 대해 전차륜의 직진 주행성을 안정시키지 위해 보통 자전차의 전차륜처럼 킹핀을 뒤쪽으로 기울이며 이 경사각을 캐스터라고 합니다.
이 처럼 캐스터 각을 두는 이유는 킹핀축의 연장선과 노면과 만나는 교차점이 타이어 접지점보다 앞에 있게 하여 주행시에 전륜이 회전저항에 의해 끊임 없이 후방에 이끌리어 직선방향으로 복원력을 일으키도록 하여 핸들의 조작이 안전하게 되도록 하는데 있습니다.
캐스터가 크면 차륜의 복원력은 좋아지나 조종성이 나빠지며 반대로 적으면 핸들 조작은 용이하나, 복원력이 나빠져 주행 성능이 불안정해지고, 노면과의 조그만 충돌에도 차량의 진동이 쉽고 크게 발생됩니다. 또 좌우 휠의 캐스터 각도가 다르면 좌우에서 발생되는 힘의 불 균일로 조종안정성이 불안정해지고 편진동이 생기게 하여 이상마모의 원인이 되고, 타이어의 여러 곳이 파상형으로 마모하게 됩니다.
캐스터각은 충돌이나 난폭한 운전에 의해 차륜이 비틀려지면 자연 틀려지므로 충분한 주의가 필요합니다

출처 네이버 지식in(이건 지식인으로 해도 되나요?)