자동차의 동력장치5

[기영빈]

자동차 동력 전달 장치
동력전달장치는 기관의 출력을 구동바퀴에 전달하는 장치이며, 보통 기관 → 클러치 → 변속기 → 추진축(앞기관 뒷바퀴 구동의 경우) → 종감속장치 및 차동기어장치 → 차축 → 구동바퀴의 순서로 전달된다.

클러치 - 클러치는 마찰판과 압력판으로 되어 있다. 스프링의 힘으로 압착하여 동력을 전달하게 되어 있으며, 클러치 페달을 밟으면 마찰판과 압력판이 떨어져 동력이 전달되지 않게 된다. 클러치는 수동식인 기어변속기의 변속을 할 때, 짧은 시간 동안 관성운전을 할 때 등에 사용한다. 기관은 일정한 속도로 운전할 때 큰 출력을 내는데, 자동차는 그 속도를 저속에서부터 고속까지 내야 한다. 이를 위하여 기어를 조합하여 회전속도와 힘이 변화하도록 한 것이 변속기이다.

변속기 - 서로 다른 속도로 회전하는 2개의 기어를 물리려면 주속도를 같게 해야 하는데, 오늘날의 변속기는 물리려는 2개의 기어 속도를 미리 동기시키는 싱크로메시 기구를 갖추게 되어 조작의 어려움은 줄었다.

구성은 토크변환기와 자동적으로 조작되는 2∼4단의 유성기어 변속장치, 차속과 기관의 부하 및 운전자의 변속위치의 선택을 입력으로 하여 변속기를 제어하는 제어장치의 세 부분으로 되어 있다. 자동변속기는 수동변속기에 비해 효율이 약간 낮아서 최고속도·가속능력·연료소비율 등이 약간 저하된다.
자재이음과 추진축 - 보통 자동차에서는 앞쪽에 있는 기관 ·클러치 ·변속기 등에서 뒤차축에 회전력을 전달하는 축을 말한다.
뒤차축은 스프링으로 지지되어 상하로 요동하므로, 보통 전후 2개소에 만능이음을 가진다. 회전을 보다 원활하게 하고 바닥을 낮추기 위해 항속이음을 사용하는 것도 있다.
또, 추진축은 길이와의 관계에 있어서, 회전방향으로 무게의 불균형이 조금이라도 있으면 고속으로 인한 원심력에 의해 휘어져서 이음부에서 빠져나와 위험하게 된다.

차동장치 - 2개의 기어가 서로 맞물려서 회전함과 동시에, 기어축도 한쪽의 기어축을 중심으로 하고, 다른 쪽의 기어축이 회전할 경우, 이와 같은 기어의 조합을 유성기어장치라고한다. 중앙에 있는 기어를 태양기어라고 하는데, 태양기어의 주위를 유성기어가 회전한다. 즉, 공전하는 기어를 유성기어라 한다.
태양기어축·유성기어축 및 그것들을 잇는 링크 중의 어느 2개에 운동을 주면, 다른 하나는 그 2개의 운동을 동시에 받아 회전한다. 이와 같은 기어장치를 차동기어장치라고 한다.
자동차의 뒤차축을 구동하는 데 사용되고 있는 차동기어는 이것의 응용례이다. 이것은 태양기어와 유성기어가 베벨기어로 되어 있다. 차동기어장치라고 하면 이 베벨기어식을 가리키는 경우도 있다. 차동 대(大)기어에 뒤차축을 연결하고, 차동 소(小)기어와 맞물린 것이다.
직진할 때는 소기어는 공전하는 기어케이스와 함께 회전하여 대기어를 회전시킨다. 자동차가 방향을 바꿀 때에는 소기어는 공전과 자전을 하고, 바깥쪽에 있는 대기어를 빠르게, 안쪽에 있는 대기어를 느리게 회전시켜 바퀴가 미끄러지지 않게 한다.

최종감속기어 - 추진축에서 받은 동력을 직각에 가깝게 바꾸어 뒤차축에 전달하고, 최종 감속을 통해 회전력을 증대시키기 위해 설치하는 감속기어.
종감속기어, 최종감속장치, 종감속장치라고도 한다. 자동차의 추진축에서 받은 동력을 직각에 가까운 각도로 바꾸어 뒤차축에 전달하고, 기관의 출력이나 바퀴의 무게·지름 등에 따라 알맞은 감속비로 감속해 회전력을 높이는 역할을 한다.
주행 중에 회전을 하거나, 길 바닥이 고르지 않아 좌우 바퀴에 회전 차가 생길 때 자동차가 제대로 회전할 수 있도록 설치하는 차동기어장치와 함께 액슬 하우징에 설치된다. 구동 피니언과 링기어로 구성되는데, 현재는 스파이럴 베벨 기어와 하이포이드 기어가 주로 사용된다.
최종감속기어의 링기어 톱니 수와 구동 피니언 톱니 수의 비를 최종감속비라고 한다. 차량의 무게, 엔진 출력, 가속력, 등판력, 바퀴의 무게·지름, 가속도 등에 따라 최종감속비가 달라진다. 보통 몸체가 크고 무거운 차량일수록 최종감속비도 크다. 따라서 차량의 바퀴를 지름이 크고 무게가 더 무거운 것으로 바꿀 경우에는 늘어난 바퀴의 지름 비율만큼 최종감속비도 늘려 주는 것이 좋다.

조향장치
조향장치는 자동차의 주행방향을 바꾸는 장치로서, 조향핸들의 회전을 기어장치로써 직선운동으로 바꾸어 조향바퀴의 방향을 바꾸어 행하게 되어 있다. 2개의 조향바퀴는 완전히 직립·평행으로 장치되어 있지 않고 앞에서 보았을 때 바퀴의 위쪽이 조금 넓게 되어 있고(캠버), 조향할 때 바퀴의 회전중심축이 되는 킹 핀은 뒤쪽으로 기울어져 있으며(캐스터), 또 차를 위에서 보면 조향바퀴의 앞부분이 조금 좁게 되어 있다 이것들을 앞바퀴 얼라인먼트라 하며, 주행할 때 차의 직진성을 돕고, 커브를 돈 후에 복원력을 주며, 적은 힘으로 핸들을 조작할 수 있게 하고, 또 타이어의 편마멸을 방지한다. 조향성을 나타내는 방법에 최소회전반지름이 있는데, 평탄한 노면에서 조향핸들을 극한까지 돌리고 저속으로 주행했을 때 바깥쪽 바퀴의 궤적의 타이어 중심선에서 측정한 지름의 1/2로 나타낸다. 따라서 차체는 폭이 더 크므로 최소회전반지름의 2배가 되는 폭의 도로에서는 조향핸들을 재조작하지 않고서는 U턴을 할 수 없게 된다.

제동장치
브레이크장치는 주행 중인 자동차의 속도를 감속하거나 정지시키는 장치이며, 자동차의 고속성에 비추어 매우 중요한 것이다. 브레이크는 운전석에 있는 브레이크 페달을 밟으면 마스터 실린더에서 발생된 유압이 가는 튜브를 통해서 각 바퀴에 있는 휠실린더에 전달되어 작동한다. 브레이크장치에서 가장 일반적인 것은 바퀴와 함께 회전하는 드럼의 안쪽에서 슈가 휠 실린더에 의해 드럼에 압착되어, 마찰을 일으켜 브레이크 기능을 하도록 되어 있는 드럼 브레이크이다. 이 형식은 브레이크를 여러 번 반복 사용하면 마찰열 때문에 드럼이 팽창하여 나중에는 작용하지 않게 된다. 이 결함을 없애기 위해 디스크 브레이크가 고안되었는데, 이것은 바퀴와 함께 회전하는 디스크를 양쪽에서 패드로 압착하여 마찰을 일으키게 되어 있다. 디스크가 공기 속에 회전하여 열을 발산하므로 여러 번 사용해도 기능이 낮아지지 않는다. 그러나 주차 브레이크로서의 기능은 약하기 때문에 중요한 앞바퀴만을 디스크로 하고, 뒷바퀴는 드럼으로 한 차가 많다.
브레이크 회로는 종래에는 1계통으로 되어 있어 회로 파이프의 한 곳이라도 파손되면 전체 브레이크가 작용하지 않게 되어 위험하므로, 근래에는 회로를 앞바퀴용과 뒷바퀴용으로 나누어 2계통으로 한 브레이크(2중회로 브레이크)가 사용된다.
자동차에는 주로 뒷바퀴에 작용하도록 된 주차 브레이크도 장치되어 있으며, 계기판 아래나 바닥 위에 있는 레버를 잡아당겨 기계적으로 작동시킨다. 주차 브레이크는 주브레이크가 작용하지 않을 때 비상 브레이크로도 사용된다. 최근에는 제동시 바퀴가 지면에서 미끄러지기 시작하면 이를 감지하여 미끄러짐을 방지하는 ABS(antilocking brake system)가 사용된다.

현가장치
차체와 차축 사이를 연결하고 노면으로부터의 충격이나 진동을 흡수하여 승차감을 좋게 하며, 또 차체와 기관 등을 보호하는 장치를 현가장치라고 한다. 즉, 도로의 요철에 관계없이 자동차를 안전하게 주행시키기 위한 구실을 하는 중요한 장치이다. 옛날의 승용차에는 앞뒤 모두 하나로 된 차축의 양쪽에 바퀴를 설치한 형식이었으나, 오늘날에는 적어도 앞바퀴만은 좌우가 별개의 차축으로 구성된 독립현가로 되어 있고, 차에 따라서는 뒤쪽도 독립현가로 된 것이 있다. 독립현가의 목적은 바퀴와 차축의 중량을 가볍게 하여 노면에 잘 추종(접지성)시켜 승차감을 향상시키고, 또 노면상태에 관계없이 차체가 수평상태를 유지할 수 있게 하는 데 있다. 현가장치는 스프링·완충기·스태빌라이저 등의 구성부품으로 되어 있다.