자동차 기본 내용 1 (내용이 조금 길어요.. 시간 있으신분들 읽어보세요..)

[대구.달구지(주은한)]

 

엔진은 차종차의 동력원이다.
현재 자동차용 엔진은 가솔린이나 경우를 실린더 내부에서 연소시켜 동력을 발생시키는 왕복운동형 엔진이 주류를 이루고 있다.
엔진구조의 자세한 부분을 살펴보기 이전에 엔진관련 용어를 간단히 설명하고자 한다.

엔진관련 기초용어

4 사이클

4 스트로크(STROKE)라고도 불리지만 왕복운동하는 피스톤에 의해 아래 그림과 같이 실린더 내부의 상태가 변한다.
이 경우 일년의 작동이 피스톤의 움직임과 완전히 일치하고 있으며, 피스톤의 왕복운동마다 1번의 폭발력(구동력)이 발생하도록 되어있다.

즉 크랭크샤프트 2회전마다1회의 폭발이 일어난다.
4사이클과 대비되는 2사이클은 혼합기(연료와 공기를 혼합한 가스)를 흡입하면서 배출하기 때문에 피스톤의 1회 왕복으로써 크랭크샤프트 1회전하고,또한 1회의 폭발이 발생되도록 되어 있다.

실린더수와 배열

피스톤이 왕복하는 통을 실린더라고 부른다.
실린더수에 따라 단기통, 2기통, 3기통으로 부르고 있다.
승용차용으로서는 3,4,5,6,8 실린더등이 사용되고 있다.
또한 실린더의 배치는 직렬형은 6기통정도까지가 가장 많으며, 수평대향형은 직렬형에 대해 전후길이를 줄일수 있는 반면 폭을 크게 할 수 있다.
V형은 직렬형과 수평대향형의 중간정도로서 6기통 이상의 엔진에 많이 적용되고 있다.

총배기량

보통 1600cc차, 또는 2000cc차라고 부르는 것은 그 차의 총배기량을 지칭한다. 총배기량은 한 실린더내에서 피스톤이 이동하는 공간을 "기통용적"이라고 부르는데 이것을 실린더수로 곱한것을 말하며 아래 그림과 같다.

밸브구동방식과 밸브수

4 사이클엔진 특유의 것으로 흔히 카다로그등에 "OHC 3기통", 또는 "DOHC 4밸브" 라고 적혀있는 것이 바로 그것이다.
4 사이클엔진에서 혼합기의 입구와 배기가스의 출구를 담당하고 있는 부분을 밸브라고 부른다. 또한 밸브를 엔진회번에 맞게 정확한 타이밍으로 움직이기 위한 기구가 필요한디 "OHC", "DOHC"등은 그 기구의 종류를 말한다.

실린더와 실린더헤드
실린더(실린더 블록)
우선 엔진을 구성하고 있는 각 부품에 대해 살펴보면 그림과 같다. 엔진본체라고 불러도 좋은것이 실린더 블록이다. 실린더는 피스톤이 내부에서 상하왕복하면서 혼합기를 연소시키는방을 나타내며 강도면이나 내열성면에서도 우수하지 않으면 않된다. 재질은 주철이 많은편이지만 최근에는 가벼운 알루미늄 합금을 이용한 실린더도 증가하고 있다. 피스톤과의 접촉부에 철로된 라이너를 삽입하여 보강하고 있다. 도한 실린더 블록에는 엔진 각부분을 윤할시켜 마찰을 줄여주는 오일통로와 엔진 냉각수가 흐르는 통로(WATER JACKER)등이 설계되어 있다.
실린더헤드
실린더 헤드는 위의 그림과 같이 실린더블록의 상부에 설치되어 있다. 실린더헤드는 실린더와 일체로 연소실을 형성하는 외에 흡입, 배기통로를 개폐하는 밸브기구가 결합되어 있다. 또한 냉각수가 통과하는 워터쟈켓, 연소실에 불꽃을 튀겨주는 스파크플러그도 장착되어 있다. 실린더헤드의 재질은 내열, 내압성이 요구되기 때문에 알루미늄 합금제가 많이 사용되고 있다.
연소실
연소실은 실린더헤드, 피스톤과 밸브등으로구성된 공간을 말한다. 이 실내에서 혼합기가 폭발하여 팽창함으로써 피스톤이 하강하며, 엔진동력이 발생된다. 따라서 연소실의 형상은 엔진의 성격에 커다란 영향을 미친다. 또한, 혼합가스를 채워 완전연소시키며, 유해한 배출가스를 감소시키는데에도 커다란 관계가 있다. 연소실에는 아래의 그림과 같은 여러종류가 있다.
반구형 흡배기밸브를 크게하는 것이 가능하다. 또한 스파크플러그를 연소실 중앙에 설치할 수 있기 때문에 화염의 확산이 용이하다. 쐐기형 연소실이 쐐기형상을 하고 있기 때문에 이렇게 부르고 있다. 피스톤이 상승하고 있을때에 쐐기의 좁은쪽에서 넓은쪽으로 혼합기가 압축되어 와류가 발생한다. 이타입에서는 보다 엷은 혼합가스로도 연소가 가능하며 유해가스의 발생을 감소시키는것이 가능하다. 다구형 몇종류의 모양이 다른 구를 조합한 형상을 지니고 있는것을 말한다. 밸브면적을 크게하는것이 가능하며 흡입되고 있는 혼합기가 와유를 일으키기 때문에 연소상태의 향상에 도움을 준다. 욕조형 흡배기밸브를 직각으로 취부하기 때문에 밸부구동방식을 간단하게 할수 있다. 로타리엔진의 연소실이 이 형상이 많이 사용되고 있다. 펜타루프형 흡배기밸브의 수가 증가하는 최근의 엔진에서 많이 볼수 있다. 이 형상의 특징은 스파크플러그를 연소실 중앙에 설치할 수 있기 때문에 화염이 균일하고 빨라, 연소상태가 좋다.
압축비에 대하여
실린더 용적과 연소실용적과의 관계를 압축비라하며, 1대 8~10정도가 일반적인 엔진의 수치이다. 이것은 아래그림과 같이 "실린더용적+연소실용적"을 "연소실용적"으로 나누며, 수치가 높은족을 고압축형 엔진이라고 한다.
압축비를 높임으로써 어느정도의 성능향상을 기대할수는 있지만 아주 높을 경우 녹킹을 방생시킨다. 녹킹은 엔진에게는 대단히 나쁜것으로 심할 경우에는 피스톤을 파손시키는 경우도 있다. 또한 요즘 유행인 터보챠저 장착차는 주행시 터보가 효과적으로 작동하기 위해, 급히 압축비가 높아지는 상태가 되므로, 엔진보호를 위해 연소실 용적을 고려하여 초기의 압축비를 낮게 설정하고 있다.
실린더헤드 가스켓
실린더 블록과 실린더헤드는 분리하는 것이 가능하다. 이 2개의 접합부는 정확히 연소실에서 접합되어 있어, 엔진회전시에는 고온, 고압으로 되며 경우에 따라서는 연소가스가 빠져나오는 일도 발생한다. 그것을 방지하기 위해 조립시 끼워 넣는것이 가스켓이다. 이것은 고온, 고압에 견딜 수 있는 재질로서 금속링을 끼워 밀폐성을 높여준다.

피스톤
피스톤은 혼합기가 연소할때의 압력을 직접 받아 실린더내에서 고속직선 반복운동을 계속적으로 반복한다. 따라스 가벼우면서도 강도가 높고 열에 의한 팽창이 적은 성질이 요구된다. 이전에는 주철제의 피스톤도 있었지만, 현재에는 앞에서 말한것과 같은 요구사항 때문에 알루미늄합금제가 거의 대부분이며, 디젤엔진의 일부에서 주철제 피스톤이 사용되고 있는 정도이다.
알루미늄 합금제 피스톤의 팽창대책
알루미늄 합금제인 피스톤은 경량이어서 고속회전형 엔진에는 적합하지만 열팽창율이 주철제보다 2배정도되기 때문에 다음과 같은 배려가 필요하다.
》원뿔형 피스톤 연소실의 열을 받으므로 팽창하기 쉬운 피스톤헤드 직경의 상단부를 하단부보다 조금 작게 만든 원뿔형이다. 》타워 피스톤 피스톤핀 구멍은 알루미늄을 사용하는 경우도 많으므로 그 만큼 팽창이 용이하다. 그러므로 핀구멍 방향과 직각방향과의 직경을 다르게 한것을 말한다. 》STRUT 삽입 피스톤 타원피스톤과 같은 이유로 피스톤 핀구멍 부위에 강판으로 만든 STRUT를 삽입함으로써 피스톤의 팽차을 억제한다. 》슬리퍼 스커트 피스톤 중량감소를 위해 피스톤 스커트부위를 원형으로 깎아낸것을 말한다. 이외에도 압축비를 높일목적으로 연소실을 적게하여 엔진밸브가 피스톤에 부딪히는 것을 방지하기 위해 피소톤헤드를 움푹 들어가게 한 것도 있다.
피스톤링의 작동
가솔린엔진은 폭발행정시 내부에서 30~40kg/cm2 정도의 연소압력이 발생하고 있다. 그런데 피스톤은 실린더내에서 상하로 움직이기 때문에 틈이없으면 곤란하다. 압력을 피하고, 부드럽게 작동하기 위해서는 틈새를 거의 0에 가깝게 하는것이 필요하다. 그런데 피스톤은 열에 의해 팽창하기 때문에 엔진이 냉각되어 있을 때에 지나치게 실린더와 꼭 맞게 만들어지면, 엔진이 고열상태로 될 경우에는 피스톤이 팽팡하여 작동하지 못하게 된다. (이 상태를 소착이라고 부른다.) 피스톤링은 피스톤의 팽창분을 예상하여 약간 큰 틈새를 메워주고 있으므로 피스톤이 팽창하였을 때에도 링이 신축적으로 대응할 수 있게 해준다. 피스톤링에는 혼합기압력이 누출되지않고, 실린더 벽면을 통해오일이 연소실로 유입되는 것을 방지하기 위해 압축링과 오일의 윤활을 목적으로하는 오일링이 있으며 각각의작동에 의해 실린더의 기밀성이 유지되고 있다.
커넥팅로드와 크랭크샤프트
커넥팅 로드
왕복운동을 하는 피스톤과 회전운동을 하는 크랭크샤프트를 연결해주는 커넥팅로드의 기능은 마치 자전거를 운전할때 사람다리의 역할과 같다.
커넥팅로드는 연결봉이라는 의미를 가지고 있다. 구조는 위의 오른쪽에 표시된바와 같이 피스톤 쪽을 소단부, 크랭크샤프트 쪽을 대단부라고 부른다. 소단부쪽은 핀에 의해 피스톤과 연결되며, 대단부는 그림과 같이 2부분으로 나누어져 크랭크 샤프트와 결합하도록 되어 있다. 이곳은 회전하지 않으면 안되도록 되어 있기 때문에 각각의 원통형 베어링이 조립되어 있으며 접촉면은 안쪽에서 오일에 의해 윤활되고 있다. 커넥팅로드 본체는 압축과 인장력을 반복적으로 받기 때문에 이것을 견딜 수 있도록I 자형 단면의 특수강이 사용되고 있다. 또한 그림상의 오일제트로부터 뿜어지는 오일은 피스톤의내부 또는 실린더를 윤활시켜 준다.
판형 베어링(메탈)의 역할
일반적으로 베어링으로서는 롤러와 볼을 사용함으로써 접촉저항을 줄여주는 부품을 사용하는 것이 좋지만 커넥팅로드에 사용되는 BUSH와 METAL등도 베어링의 일종이다. 재질은 동을 주성분으로 납을 첨가한 것이나, 알루미늄을 주성분으로 한것등이 있지만 보통의 베어링과는 달리 충격에 강한 구조로 되어 있다.
크랭크샤프트
크랭크샤프트는 아래의 그림과 같은 구조를 가지고 있으며, 크랭크저널의 중심이 회전중심이 된다. 크랭크핀에는 키넥팅로드의 대단부위가 장착되어 있어, 여기에서 피스톤의 왕복운동이 회전운동으로 바뀌어진다. 또한 BALANCE WEIGHT는 크랭크핀의 반대측에 장착되어 있어, 크랭크핀에 부착되어 있는 커넥팅로드등의 중량물과의 회전발란스를 유지시켜주고 있다.
플라이휠
플라이휠은 옆의 그림과 같이 주위에 기어가 달린 원판이다. 이 플라이휠은 엔진의 종류에 따라 다르지만상당히 무건운편이다. 왜 이와같이 무거운 물건을 일부러 크랭크샤프트에 부착시키는가? 엔진의 폭발에너지는 4기통에서는 크랭크샤프트의 회전각도에 따라, 즉 180도 마다 1번, 6기통에서는 120도마다 1번 발생하므로 전기모타와 같이 부드럽게 회전하려면 무리가 발생하게 된다. 이것을 무거운 플라이휠을 회전시킴으로써 평균화시켜 안정되게 회전할 수 있도록 해준다. 주위에 있는 링크형상의 기어는 엔진시동시에 스타트모터에 의해 크랭크샤프트를 회전시킬때 이용된다.

밸브기구는 엔진의 성능을 좌우하는 중용한 시스템이다. 혼합기와 연소가스의 통로를 개폐시켜 주는데, 재빠른 동작, 타이밍, 밀폐성능이 POINT이다.
밸    브
4 사이클엔진에는 피스톤의 작동과 혼합가스에 의한 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4개행정이 있다. 이 4행정의 경우 흡입과 배기 행정에서는 연소실이 실린더 외부와 연결된 상태로 되며, 또한 압축과 폭발 행정의 경우에는 완전하게 밀폐된 상태가 되지 않으면 않된다. 이와같이 실린더와 외부와의 밀폐역할을 해주는것이 밸브라고하는 부품으로 밸브를 엔진회전에 맞도록 정확하게 개폐시켜주는 기구를 밸브개폐기구 또는 밸브시스템이라고 부른다.
밸브의 구조와 작동
밸브는 아래의 그림과 같이 버섯의 머리부분을 거꾸로 놓은 형상과 같다. 그림에서 밸브 표면이라고 불리는 부분이 실린더헤드로 삽입되어 밸브시트와 밀착됨으로써 연소실내의 밀폐상태를 유지시켜준다. 밸브에는 혼합기가 흡입되는 흡입밸브와 연소실 배기가스를 배출하는 배기밸브가 있다. 일반적으로 흡입밸브쪽의 직경이 크지만 최근에는 밸브의 복수화가 유행하며 "흡입2, 배기1"의 3밸브방식과 "흡입2, 배기2"의 4밸브방식이 다수를 차지하고 있다. 그래서 실린더 1개당 4개밸브가 설치된 4기통엔진을 16밸브라고 부르고 있다. 밸브의 장착상태를 그림으로 간단히 설명하자면 밸브는 스프링힘에 의해 항상 닫히는 쪽으로 압박받고 있다. 스프링은 상부와 하부 스프링시트에 끼워져 있으며 분할식 록장차에 의해 고정되어있다. 스프링이 2겹으로 조합되어 있는것은 엔진고회전시 스프링이 이상진동을 일으켜 파손되는 것을 방지하기 위해서이다.
오일누유현상
갑자기 가속할때 자기차의 배기가스가 하얗게 되며, 그것도 가속페달을 밟으면 아주 하얗게 되는 경우가 있다. 그런 경우는 오일누유가 그 원인이다. 오일 상방향 누유는 피스톤링이 마찰될 때 실린더하부에서 오일이 연소실로 누유되는 상태이며, 오일 하방향 누유는 밸브의 오일씰과 밸브가이드 또는 밸브시스템이 마모되어 실린더헤드상부에서 오일이 밸브를 타고 연소실로 유입되는 상태를 말한다. 어는경우든지 연소실내에서 혼합기와 동이에 연소되면서 오일이 흰연기로 되어, 배기관으로 배출된다.
캠샤프트, 타이밍기어
캠은 아래의 그림과 같이 정확히 계란을 잘라놓은 것과 같은 형상을 지니고 있다. 이러한 캠은 캠샤프트상에 일렬로 배치되어 있으며, 캠샤프트타이밍기어를 통해 크랭크샤프트에 의해 체인이나 벨트기어로 구동된다. 또한 캠의 직경중 긴쪽에서 짧은 직경을 뺀것을 "CAM LIFT"량이라고 부른다. 캠샤프트가 회전중 단직경쪽일 경우에는 밸브끝부분을 누리지 않으며, 장직경쪽일 경우에는 강제로 밸브를 눌러주게 된다. 결국 CAM LIFT의 양이 있기 때문에 스프링에 의해 항상 닫혀있는 밸브를 밀어서 열리도록 해준다. 이 리프트량이 큰경우 밸브의 열리는 각도는 크게된다. 또한 리프트량은 같아도 외경을 다르게 함으로써 엔진이 고속형도 되고, 저속형도 되는등 엔진성격을 부여해 주는 중요한 부품이다. 타이밍기어는 크랭크샤프트 회전수보다 정확히 1/2만큼 캠샤프트가 회전하도록 해주는 기어이다. 이것은 크랭크샤프트 2회전으로 4사이클엔진의 4행정이 1번 이루어 지기 때문이다.
밸브개폐기구
제일 윗쪽 그림에서 흡입밸브와 배기밸브는 크랭크샤프트에서 벨트를 통해 회전되는 캠샤프트에 의해 개폐되는 구조로 되어있다. 이와같이 캠샤프트가 실린더 상부에 있는 타입을"OHC (OVERHEAD CAMSHAFT)방식이라고 부른다. 다시말해 "DOHC"(TWIN CAM)도 넓은 의미에서는 OHC 방식의 일종이다.
밸브개폐기구의 종류와 특징
≫SOHC (OHC) 방식 현재 주류를 이루는 것으로 고회전, 고압축비를 실현할 수 있는 것이 OHC방식이다. 이방식에 의하면 캠과 밸브 사이의 접속부품이 대폭 감소하여 고회전에서도 타이밍이 틀리지 않도록 회전시켜 준다. 또한 크랭크샤프트의 회전은 밸브타이밍이 정확하도록, 기어같은 것이 주위에 설치되어 있는 코그밸트 또는 체인으로 전달되며, 텐셔너에 의해 자동적으로 장력이 주어지도록 되어 있다.
≫DOHC 방식 OHC 방식의 발전형으로 흡입밸브용과 배기밸브용으로 캠샤프트가 각가 설치되어 있기 때문에 (DOUBLE OVERHEAD CAM)이라고 부른다 이방식은 캠이 직접 밸브를 누르기 때문에 가장 타이밍이 정확한 타입이다. OHC 방식의 최고 회전수가 고성능 엔진의 경우 6000~7000RPM인데 반해, DOHC 방식은 8000~9000RPM에 육박하는 것도 출현하고 있다. 즉, 캠샤프트를 배기측, 흡기측에 따로 설치하므로 밸브를 복수로 하는것이 가능하며 흡입 및 배기효과도 향상된다.
≫ SIDE VALVE 방식 가장 간단한 형식으로 밸브를 캠으로 누르기 때문에 각부품의 틈새를 걱정할 필요가 적은 방식이다. 그러나 밸브가 피스톤과 같은 횡방향으로 설치되어 있어 여기에 적합하게 연소실도 옆으로 길게하는 것이 필요하며, 저압축비 엔진 밖에 사용할 수 없다. 이때문에 현재는 거의 사용되지 않고 있다.
≫OHV 방식 SIDE VALVE 방식의 문제점을 해결하며, 혼합기를 보다 많이 실린더내로 유입하기 위해서는 밸브가 윗쪽에 있는것이 좋다. 그래서 캠샤프트는 사이드밸브와 같은 위치에 있는 반면 밸브를 위로 이동시켜, 그 사이를 PUSH ROD와 ROCKER ARM으로 연결하여 작동시크는 방식이 OHV (OVERHEAD VALVE)방식이라고 부른다. 이 방식에 의하면 연소실 문제는 해결되므로, 바로 최근까지 대부분의 엔진이 이방식을 작용하였지만 고회전시 PUSH ROD의 왕복운동과 타이밍이 틀린 경우 및 각부의 틈새 조정을 부지런히 해야하므로 현재는 그다지 적용되고 있지 않다.
밸브복수화의 효과
주행차들의 바디에 16VALVE, 24VALVE등의 스티커가 붙어있는 것을 볼수 있듯이 4기통 16밸브의 경우와 6기통 24밸브의 경우 모두 같은 4밸브로 되어 있다. 과연 밸브의 복수화로 어떤효과를 볼 수 있을까? 하나는 흡입, 배기구의 면적이 크게 된다는 것이다. 고속회전의 경우 당연하지만 다량의 혼합기와 배기가스를 유입, 유출시키기 위해서는 면적이 큰것이 유리하다. 다음으로 중량이 감소된다. 1초간에도 수십번씩 개폐되지 않으면 안되는 밸브는 가벼울수록 좋다. 더구나 스파크플러그를 연소실의 정중앙에 설치할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 점 때문에 DOHC의 복수밸브방식은 성능 향상을 위해서는 좋은 방식이지만 부품이 복잡하며, COST가 높다. 또한 최근에는 SOHC방식에 3~4밸브방식을 적용하여 기존 OHC방식을 개선하면서 COST를 낮추는 것도 출현하고 있다.
캠샤프트, 타이밍기어
여기서는 밸브기구의 종합으로서 4사이클 4행정사이에 밸브가 어떻게 작동하는지를 볼 수 있다.
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흡입행정
흡입행정에서는 피스톤의 하강과 더불어 실린더는 진공과 가까운 상태로 되어 흡입관을 통하는 혼합기가 흡입밸브를 통해 흡입되어진다. 또한 흡입행정의 초기에는 배비밸브가 열려 흡입되고 있는 혼합기에 의해 배출되어 진다. 이와 같이 흡입, 배기의 양밸브가 열려있는 상태를 VALVE OVERLAP상태라고 부른다.
압축행정
피스톤이 하사점(최저위치)을 지난후 상승하면 압축행정이 시작된다. 그러나 흡입밸브는 압축행정초기까지 열려있다. 피스톤의 상승에 따라 흡입밸브가 완전히 닫히면, 실린더내의 압력이 상승한다. 이 상태로 상사점(최고위치)까지 도달하면 피스톤도 흡입과 압축의 1왕복, 다시말해 크랭크샤프트가 1회전하게 된다.
연소행정
피스톤이 혼합기의 압축을 완료한 시점에 점화플러그에서 화염이 발생한다. 압축된 혼합기에 불을 붙이면 급격한 연소가 이루어지고 이에따라 가스는 팽창하기 때문에 순간적으로 실린더의 압력이 급상승하여 피스톤을 아래로 밀어낸다. 이때 이 힘에 의해 크랭크사프트가 회전된다. 피스톤에 힘이 가해지는 것은 이 행정으로서 단기통 엔진의 경우 나머지 행정에서는 관성력에 의해 크랭크샤프트가 회전하게 된다.
배기행정
4사이클 최후의 행정이 배기행정이다. 혼합기의 연소가 완료되어 열팽창된 가스에는 압력이 없기 때문에 피스톤이 상승함에 따라 배기밸브를 밀어서 열어준다. 그리고 다시 흡입행정이 시작된다. 여기에서 크랭크샤프트는 2회전하게 된다. 뿐만 아니라 배기상태를 좋게하기 위해서 배기밸브는 연소행정의 종료시점에 열려 흡입행정의 초기까지 그 상태를 지속시켜야 한다.
SHORT STROKE와 LONG STROKE
각 행정그림에 표시되어 있는바와 같이 실린더내 피스톤의 최상위위치(상사점)에서 최하위위치(하사점)까지의 거리를 스트로크라 부른다. 이에 반해 실린더 내경을 보어(BORE)라 부근다. 보어보다 스트로크가 큰 엔진을 롱 스트로크라고 하며, 반대의 경우를 쇼트 스트로크라고 부른다. 반면 보아와 스트로크가 같은 경우을 특히 SQUARE STROKE라고 부른다. 일반적으로 LONG STROKE엔진은 고토르크형으로 지나친 고회전용에는 맞지 않으며, SHORT STROKE엔진은 고회전용으로 상용된다.

윤활장치의 기능
윤활장치는 오일에 의한 엔진 각부분의 마찰저항감소장치를 말한다. 윤활이라는 것은 다음과 같은 예로서 이해될수 있다고 생각한다. 목욕탕의 매트위에 발을 올려놓는 순간 발이 미끄러져본 경험은 누구나 갖고 있다고 생각한다. 이것은 매트와 타일간에 수막이 형성되어 있어 매트가 수막위에 떠 있는 상태가 된다. 따라서 이 경우 마찰저항이 극도로 감소되기 때문이다. 이러한 현상을 응용한것이 윤활장치이다. 엔진부품중에서도 실린더 내벽과 캠, 크랭크저널등은 그 표면이 육안으로 보면 상당히 매끄러워 마찰에 의한 저항이 거의 없는것과 같이 같이 보이지만 좀더 자세히, 다시말해 현미경으로 들여다보면 상당히 거칠게 되어 있다. 윤활장치에서는 접촉하여 움직이는 금속사이에 오일을 삽입함으로써 마찰저항을 극도로 감소시켜 발열, 마모, 흠집등의 발생을 방지시켜 준다.
윤활장치의 구성부품
아래 그림을 살펴보자. 이것은 승용차용 엔진 윤활장치의 한사례로서 "전류 고압송식"이라고 부르는 시스템이다. 이것은 오일팬이라고 부르는 받침접시에 담겨진 오일을 펌프로 뿜어올려, 엔진각부분으로 회전시킨 후 다시 오일팬으로 돌려보내는 순환방식을 말한다. 그러면 각 구성 부품을 순서대로 살펴보자.
오일팬 일반적으로 엔진의 최하부에 있으며, 오일의 받침접시로서 오일을 주입하여 저장하는 곳이다. 오일팬에는 자동차의 가감속에 따라 오일의 쏠림을 방지하는 칸막이와 오래된 오일을 뺄수 있는 것인 드레임플러그 또는 작음 금속분을 흡착시키는 마그네트가 부착되어 있다.
오일 스트레이터 오일팬에서 엔진 각 부분으로 회전시켜주는 오일을 빨아들이는 관으로 오일팬에 잠거있는 부분에는 필터가 부착되어 있어 민지와 이물질의 통과를 방지시켜 준다.
오일필터 오일속의 미세한 먼지나 이물질들을 제거시켜 준다. 이것을 통과한 오일은 밸브기구와 크랭크샤프트의 메탈베어링등 먼지가 흡입되면 엔진승능에 중대한 영향을 미치는 부품을 윤활시켜 주기때문에 오일필터의 역할은 대단히 중요하다. 또한 오일 필터에는 필터가 먼지로 완전히 오염될 경우 필터를 교체할 수 있는 별도의 통로가 설치되어 있다.} 오일 갤러리 실린더블록과 실린더헤드에 설계된 오일통로로 이곳을 통과한 오일이 엔진 각부분을 윤활시킨후 다시 오일팬으로 되돌아 간다. 유압경고스위치 유압경고스위치는 오일 갤러리 중간에 설치되어 갤러리를 통과하는 오일압력을 체크한다. 어떤 원인으로든 압력이 떨어질 경우에는 계기판내의 경고등이 점등된다.

냉각장치의 기능
엔진은 연소실내에서 연료와 공기의 혼합가스를 연소시켜 동력을 발생시킨다. 그런데 가솔린엔진의 경우 이 연소에너지중 실제로 동력으로서 사용되는것은 대략 25~30%정도에 지나지 않는다. 나머지 약 70%는 기계적인 손실과 배기가스와 열로서 대기중에 방출되고 있다. (그러나 이러한 경우 열에너지는 히터로, 또한 배기에너지는 터보챠저로 이용되는 경우도 있다.) 엔진은 아이들링 상태(엔진공회전상태)에서도 오버히트(과열상태)를 일으킬수 있다. 오버히트가 심한 경우에는 실린더헤드가 변형을 일으키며, 피스톤을 소착시키는 등 엔진에 있어서 치명적인 손상을 주는 경우도 있다. 이것을 방지하고, 엔진이 안정적으로 작동할 수 있도록 적정온도를 유지시켜 주기 위해 냉각장치가설치되어 있다.
냉각장치의 구성부품
피스톤이 왕복하는 통을 실린더라고 부른다. 실린더수에 따라 단기통, 2기통, 3기통으로 부르고 있다. 승용차용으로서는 3,4,5,6,8 실린더등이 사용되고 있다. 또한 실린더의 배치는 직렬형은 6기통정도까지가 가장 많으며, 수평대향형은 직렬형에 대해 전후길이를 줄일수 있는 반면 폭을 크게 할 수 있다. V형은 직렬형과 수평대향형의 중간정도로서 6기통 이상의 엔진에 많이 적용되고 있다.
워터쟈켓(WATER JACKET) 실린더블록과 실린더헤드에 설치된 냉각수통로로서, 이통로로 냉각수가 흐름으로써 주위의 열을 뺏아 주위를 냉각시켜주며, 반면 냉각수는 온도가 올라간다. 라디에타 워터쟈켓을 빠져나온 고온의 냉각수는 라디에타라고 불리는 방열장치속으로 유입된다. 라디에타는 아래그림과 같이 파도모양을 한 철판(핀)이 부착되어 있다. 이 핀에 의해 핀내부를 통과하는 냉각수의 방열면적이 대폭적으로 증가하며, 주행바람과는 별도로 장착되어 있는 냉각팬의 작동으로 냉각수의 열이 방출되도록 되어 있다. 따라서 라디에타 통과를 끝낸 냉각수의 수온은 급격히 내려간다. 또한 라디에타는 가압식으로서 수온이 100도를 넘어 비등하더라도, 냉각수가 끓어 넘치지 않는다.
워터펌프(WATER PUMP) 워터쟈켓과 라디에타사이의 냉각수를 강제적으로 순환시켜주는 역할을 한다. 플로펠라형상의 펌프를 엔진으로 구동시킨다. 냉각팬  워터펌프와 같은 축에 설치되어 라디에타로 공기를 불어 넣어주는 역할을 한다. 또한 엔진본체를 냉각시켜 주는 역할도 한다.
전동팬 FF차에는 엔진을 바디와 직각되게 장착하는(횡치엔진)경우가 많으므로 바다 앞부분에 장착되어 있는 라디에타와 크랭크샤프트(팬)의 방향이 일치하지 않는다. 따라서 엔진의 힘으로 벨트를 돌림으로써 팬을 회전시키는 것이 곤란하다. 그래서 옆의 그림과 같은 전동식 팬이 장착되어 있다. 아 방식에 의하면 라디에타의 장착위치가 상당히 자유로둬 지낟. 또한 수온을 감지하여 팬을 회전시키는 것이 가능하므로 오버히터(과열현상)과 오버쿨링(과냉현상)의 방생을 방지할 수가 있다. 또한 자동차가 운행중에는 주행바람이 라디에타를 통과하기 때문에 냉각수 온도는 자연히 내려가게 된다. 따라서 팬이 작동하지 않음으로써 엔진힘을 절약하는데도 도움이 된다. 일반적인 냉각팬에도 라디에타를 통과하는 바람의 온도를 감지하여 팬의 회전을 제어시키는 팬클러치가 설치되어 있다.
서모스타터 엔진에는 안정된 작동에 필요한 온도범위가 있어, 그 온도보다 높거나, 낮을 경우에는 엔진상태가 나빠진다. 이 엔진의 온도는 냉각수의 온도를 조정함으로써 조절할 수 있다. 서모스타터는 냉각수 온도가 낮을 경우에는 우터쟈켓에서 라디에타로 통하는 통로를 닫아서 엔진내부로 냉각수가 순환되도록 해준다. 그래서 냉각수온도가 80도정도를 초과하면 라디에타와의 통로를 열어서 냉각수를 유입시킴으로써 수온을 조정해주는 역할을 한다. 이외에 냉각수가 고온이되어 팽창할 때 일시적으로 냉각수를 모아두는 서브탱크도 있다.

연료장치의 기능

가솔린엔진은 가솔린과 공기의 혼합기를 실린더내에서 연소시킨다. 그런데 외 혼합기로 연소시켜야 하는 이유는 가솔린 자체는 액체로서, 액체자체로서보다도 공기와 혼합하여 기체화시키는 편이 훨씬 더 점화되기 용이하며, 또한 연소속도도 빨라 폭발력이 강하기 때문이다.
그런데 혼합기는 어디에서 만들어 지는 것일까?
또한 가솔린과 공기의 비율은 어떻게 정해지는 것일까?
여기서는 혼합기를 만드는 연료장치에 대해서 살펴보자.
 

캬부레타와 인젝션

혼합기를 만드는 것은 크게 카부레타방식과 연료분사방식의 크게 2가지의 방식이 사용되고 있다.
캬부레타 방식은 분무원리를 응용한 것이다.
흡입행정의 피스톤 작동에 의해 실린더내로 흡입되는 공기의 흐름을 이용하여 연료를 미세한 관에서 뿜어올려 분무상태로 만든다.
많은 자동차의 경우 카부레타는 어떤 엔진에서도 실린더수와 관계없이 1개밖에 장착되어 있지 않으며, 각 실린더와 조금 떨어져, 각 실린더로 정확하게 배분할 수 있는 위치에 설치되어 있다.
연료분사방식은 디젤엔진과는 달리 컴퓨터에 의한 전자제어식이 적용되고 있다.
캬뷰레타방식과 비교하면 COST면에서 불리하지만 배기가스문제와 연비개선, 엔진승능향상면에서는 커다란 효과가 있다.
그것은 캬부레타 방식의 경우 혼합기의 공연비(공기와 연료비율)가 가속페달의 조정에 의해 결정되는 반면, 연료분사방식에서는 흡입공기량, 페달답력, 냉각수온도, 흡입공기온도, 배기가스중의 산소농도등의 여러 조건을 컴퓨터가 판단하여 세밀하게 조정해 주기 때문이다.

캬부레타

캬부레타는 실린더와 에어크리너사이에 장착되어 있다.
카뷰레타가 혼합기를 만드는 원리는 분무기 원리와 같다.
분무기에서는 레바를 누르면 펌프내의 공기가 압축된다. 압축된 공기는 미세한 관을 통해 분사노즐에서 뿜어져 나오지만 실제로는 탱크내의 물을 빨아올려 안개와 같이 공기와 동시에 뿜어져 나오게 된다.

 

이와같이 일부가 가늘게 설계된 관에 공기를 흐르게하면 속도가 빨라져, 저압상태가 되는데 이를 벤츄리효과라고 부른다.
또한 관의 일부가 가늘게 설계되어있는 관을 벤츄리관이라고 부른다.
분무기가 펌프로 공기를 압축시킨다면, 카부레타는 실린더내의 피스톤하강에 의해 발생하는 진공상태를 이용하여, 즉 주사기와 같이 공기를 빨아드리는 것이 차이점이다.

캬부레타의 구조

캬부레타의 기본적인 구조는 아래그림과 같다.
운전자가 가속페달을 밟으면 그것에 따라 벤츄리와 흡입밸브를 연결하는 통로가 서서히 열리는 구조로 되어있다.
이때 이통로의 개폐구를 스로틀밸브라고 부른다.
스로틀밸브가 많이 열리면 공기유입이 스무스하게 되어 대량의 공기가 실린더내로 유입된다.
이때 벤츄리를 통과하는 공기도 당연히 증가하기 때문에 그것에 합당한 만큼의 가솔린이 유입된다.
이와같이 하여 다량의 가솔린을 함유한 혼합기가 연소됨으로써 큰 폭발력이 생기며, 자동차는 강하게 주행할 수 있게 된다.
일반적으로 가솔린엔진의 공연비는 약 15:1 정도이다.

FUEL INJECTION (연료분사방식)

FUEL INJECTION SYSTEM(연료분사장치)이 본격적으로 시판차에 적용된것은 2차 오일쇼크에 따른 연료소비율 문제와 배출가스 공해대책이 엄격해 졌기 때문이다.
캬부레타시스템은 앞에서 언급한바와 같이 혼합기의 조정을 기본적으로 가속페달의 밟은 상태, 다시말해 스로틀밸브의 열린각도에 의존하고 있다.
그 때문에 COST면에서는 유리한 반면 문제도 많다.
≫다기통엔진에서 혼합기의 흡입관(INTAKE MANIFOLD)이 각 기통으로 분배되어 있기 때문에 캬부레타에서 가까운 실린더와 먼실린더의 혼합기 배분에 있어서 발란스가 나쁘다.
≫캬부레타에서 연소실까지 일정한 거리가 떨어져 있기 때문에 가속페달의 작동에 따른 엔진응답성이 나쁘다.
≫INTAKE MANIFOLD의 형상에 따라 연료가 무화되기 어렵다.
이러한 결점을 개선하여 엔진이 필요로 하는 최적의 연료량을 적정한 타이밍에 공급해주는 것이 FUEL INJECTION SYSTEM이다.
 

INJECTION의 우수점

FUEL INJECTION의 우수한 점으로서는 다음과 같은 것들이 있다.

1. 흡입공기량, 흡입공기온도(온도에 따른 산소밀도가 다름), 스로틀밸브 열림각도, 냉각수온도, 배기가스중의 산소농도 등에 대응하여 세밀하게 공연비를 조정하는 것이 가능하다.
2. 공기와는 별도로 흡입밸브 입구에서 연료를 무화된 상태로 분사함으로써 혼합기의 무화상태내지 가속페달의 작동에 따른 응답성이 좋다.
3. 각 기통별로 직접 인젝터에서 연료를 분사시켜 주기 때문에 각 기통별 발란스르 맞추기가 용이하다.
4. 현재의 카뷰레타는 공해대책시스템용 호스와 전기부품이 많이 부착되어 있으므로 오히려 인젝션이 구조가 간단하다.
5. 반면 결점으로서는 약간의 원가상승을 피할 수 없는 것이 현실이다.

인젝션 시스템의 구조와 기능

위의 그림은 인젝션의 기본시스템의 한 예이다.
시스템 전체는 "흡입계통", "연료계통", "제어계통"의 3개로 나뉘어지며,여러종류의 센서로부터 얻어진 정보는 컴퓨터가 처리한다. 이 때문에 전자제어 연료분사장치라고도 부른다.

≫흡입계통
수많은 FUEL INJECTION SYSTEM이 저마다 독자적인 특징을 나타내고 있는 부분이 이계통이다.

에어크리너를 통과한 공기는 우선 AIR FLOW METER라고 불리는 장치에 의해 유량과 온도등이 측정된다.
다음으로 공기는 캬부레타와 같이 스로틀밸브가 설치된 스로틀바디를 통하여 실린더내료 유입된다.
스로틀밸브에는 그 열림각도를 측정하는 스로틀포지션센서가 있어 여기서 측정된 정보는 컴퓨터로 보내진다.
한편 아이들링시에는 스로틀밸브가 완전히 닫혀지므로 그림과 같이 별도로 설치된 바이패스 통로를 통해 공기가 유입되므로써 아이들링회전이 유지된다.
또한 엔진이 냉각되어 있을때에는 일정시간동안 열려진 스로틀밸브를 통과할 수 있는 공기 유입통로가 있어서 아이들링회전을 조금 높여주는 기능을 수행한다.

≫연료계통
우선 연료탱크에서 연료펌프로 빨아올려진 연료는 필터를 통과한 후 분배파이프라고 불리는 각 실린더를 연결해주는 파이프로 보내진다.

이 연료펌프는 전기모타식으로 펌프 토출시 연료흐름을 스무스하게 해주기 위해 사이런스라고 불리는 부품이 설치되어 있다.
분배파이프에는 흡입관내의 부하의 영향을 받지 않도록 연료의 압력을 일정하게 유지시켜 주기 위한 압력조정기라고 불리는 부품이 부착되어 있다.
막상 결정된 압력으로 조정된 연료는 각 기통에 설치된 인젝터에서 분사된다.
분사량의 조정은 인젝터속에 있는 브란쟈라고 불리는 부품이 컴퓨터로부터 전류를 받는 동안만 토출구를 열어 연료를 분사시켜 준다.
뿐만아니라 분사방식은 INJECTION SYSTEM에 따라 다르며, 전 실린더에 동시에 분사시켜 주는 것, 흡입행정시 실린더로 차례로 분사시켜주는 것, 크랭크 1회전마다 1회분사 또는 크랭크 2회전마다 1회분사시켜주는 것등 여러가지이다.
또한 INJECTION SYSTEM에는 캬뷰레타의 쵸크밸브와 같은 것은 없으나 그 대신 COLD INJECTIOR라고 불리는 부품이 있어서, 엔진이 저온상태일 경우 연료를 추가로 분사시켜 농후한 혼합기르 만들어준다. (이 기구가 없는 차도 있다.)

≫제어기구
제어기구라는 것은 AIR FLOW METER에 의해 흡입공기량, 냉각수온도센서, 흡입공기온도센서, 스로틀 포지션센서, 배기가스중의 산소동노를 측정하는 O₂센서등 각종 센서류와 이 센서류들로부터 신호를 받자 분사량을 결정하는 컴퓨터로 구성되어 있다.
여기서 분사량의 증감은 컴퓨터에서 인젝터로 전달되는 전류의 시간에 의해 결정되어 진다.

인젝션 시스템의 종류

시스템의 개요는 앞서 말한바와 같지만 최근에는 각사가 저마다 연구하여 개발한 기구가 적용되고 있다.
특히 흡입공기량의 검출방법에는 여러종류가 있어서 저마다의 특징을 가지고 있다.
그 예를 살펴보면 다음과 같다.

≫MEASURING BLADE식
에어크리너와 스로틀 밸브사이에 그림과 같은 BLADE를 설치하여 공기흐름에 따른 BLADE의 움직임을 전기신호로 바꾸어주는 방식

≫핫와이어식
전열선에 전류를 흘려 과열시킨후, 공기의 흐름에 의해 냉각된 전열선이 또 한번 발열하는데 어느정도의 전류가 필요한지를 측정함으로써 공기량을 판단하는 방식

≫카르만 와류식 
공기통로에 그림과 같은 와류방생기를 설치하여 그 뒷편에 생성되는 공기의 와류를 초음파 또는 광학적으로 계산하여 유량을 판단하는 방식이다.
이상의 3가지 방색을 L-JECRONIC방식이라고 부른다.
또한 그외에 전자제어가 아닌 INJECTOON으로 K-JETRONIC방식이, 또한 전자제어중에서도 흡입관내의 부압을 측정하여 흡입공기량을 계산하는 D-JETRONIC방식등이 적용되고 있다.

연료통로

연료장치의 마지막에 연료가 어떠한 통로를 거쳐 캬부레타와 인젝션에 도달하는지를 간단하게 살펴보자.

연료탱크

승용차의 경우 자동차의 트렁크밑에 설치된 연료를 저장하는 장치를 말한다.
차종에 따라 그 용량, 형상은 여러가지이다.
연료탱크에는 연료게이지, 연료를 보내주는 파이프, 캬부레타로 서서히 연료를 공급해주는 파이프, 급유용 튜브등이 설치되어 있다.

연료필터

오일필터와 같이 연료내의 먼지와 수분을 여과시켜준다.
연료필터는 카트리지식으로 교환이 가능한 것이 일반적이다.

연료펌프

연료탱크는 자동차의 뒷쪽밑에 있기 때문에 엔진까지 연료를 압송시켜야한다. 연료펌프는 모타 또는 브란쟈를 사용하는 전기식과 엔진의 캠샤프트의 회전에 따라 움직이는 기계식이 있다. 일반적으로 인젝션차에는 전기식이 사용되고 있다.

챠콜 캐니스트(CHARCOAL CANISTER)

공해대책의 일환으로 장착되어 있는 부품으로서 연료탱크에서 증발된 가솔린을 리저브탱크로 받아들인뒤 액화시켜, 다시 탱크로 돌려보내 다시 기화시킴으로써 대기오염을 방지시켜준다.

흡배기장치의 기능은 대단히 중요하다. 혼합기의 통로와 배출가스의 통로, 대기오염을 없애기 위해서도 빼놓을 수 없는 부분이다.
흡배기장치의 기능
엔진구조중 마지막 부품을 들자면 배기가스통로인 배기관이라는 것이 있다. 공해문제가 거론되기 이전에는 엔진에서 배출된 배기가스는 동시에 배기음을 방출하기 때문에 소음기를 설치한 정도가 고작이었으나, 거의 그대로 대기중에 방출되었었다. 현재는 배기가스는 엔진의 흡입장치와 마찬가지로 가능한 대기오염의 원인이 되지 않도록 처리하고 있다. 여기에서는 이러한 흡입, 배기에 관한 기구와 터보챠저에 대해 알아보기로 하자.
에어크리너
에어크리너는 흡입공기중의 먼지, 이물질을 제거하여 엔진내부를 보호해주는 기능을 수행한다. 또한 뒷편에 언급될 공해대책장치의 하나로서 엔진이 토출해내는 가스를 또 한번 혼합기와 동시에 실린더내로 보내주는 기수 (PCV장치)등이 부속된것으로 배기가스중의 오염까지도 처리해주지 않으면 안된다. 에어크리너는 일반적으로 아래그림과 같은 구조를 가지고 있다. (그림은 캬부레타 사양의 경우임)
엘레먼트는 오물이 부착되는 부품으로 원형과 각형이 있다. 일반적으로 자동차용 엘레먼트는 교환식으로 되어 있으며, 교환시기는 주행거리 또는 기간에 따라 결정되어 진다. 엘레먼트가 허용량 이상으로 오염되면 흡입된 공기가 원활하게 통과하지 않으므로 엔진출력저하와 연료소비량이 증대된다. 또한 에어크리너에는 기온이 낮은 경우 혼합기의 연소상태를 보다 좋게하기 위해 배기관 근처의 따뜻해진 공기를 흡입하여 사용하는 난기흡입장치가 설치되어 있다.
INTAKE, EXHAUST MANIFOLD (흡입, 배기관)
INTAKE MANIFOLD는 연료장치편에서도 여러번 언급되었었다. INTAKE MANIFOLD 내지 EXHAUST MANIFOLD의 위치관계는 아래의 그림과 같다.
첫번째 그림과 같이 실린더헤드에 2개의 MANIFOLD가 같은 방향으로 부착되어 있는것을 COUNT FLOW TYPE이라고 부른다. (연소실의 형상은 웨지타입이 되기 때문에 DOHC에는 이방식이 없다.) 이방식의 특징은 혼합기가 EXHAUST MANIFOLD의 열료 가열되어 기화가 용이해진다는 것이다. 그반면 흡입과 배기가  실린더 내에서는 서로 역방향으로 흐르므로 간섭이 발생하는 것이 결점이다. 두번째 그림은 STRAIGNT TYPE (CROSS FLOW)으로 흡입, 배기가 스므스하게 유입되도록 해주기 때문에 엔진성능향상에 좋은 영향을 미친다. 결점으로서는 혼합기의 기화촉진을 위해 엔진냉각수가 흡입관 밑으로 통과하도록 하는등의 연구가 필요하다. 그러나 DOHC엔진이 유행한다고 하는것은 다시말해 메이커의 엔지니어가 고출력을 얻기위해 CROSS TYPE의 엔진을 설계한다고 하는 것이다. 흡입관은 일반적으로 알루미늄 재질이, 배기관은 주철제가 사용되고 있다.
배기파이프, 머플러
배기관으로 배출된 배기가스는 EXHAUST PIPE(배기관)를 경우하며, 머플러(소음기)를 통해 대기주으로 방출된다. 또한 배기관 중에는 배기가스중의 유해성분을 처리하는 삼원컨버터가 부착되어 있다.
촉매컨버터는 산화촉매라고 불리는 타입과 삼원촉매라고 불리는 타입이 있다. 한편, 머플러는 내부가 여러개의 파이프를 조합한 구조로 되어 있으며, 배기가스는 그 속에서 벽에 부딪힌 다음 다시 가는 파이프를 통과한 후 대기중으로 방출된다. 이렇게 하여 배기가스의 온도와 소음을 낮춤으로써 환경에 대한 영향을 줄여준다. 배기파이프 내지 머플러는 차종에 따라 2등분 또는 3등분되어 볼트로 연결되어 있다.
배기가스 정화장치
배기가스중의 유해성분은 일반적으로 CO(일산화탄소), HC(탄화수소), NO X(질소산화물)의 3종류가 주류를 이루고 있다. 배기가스 대책의 초기에는 동력성능을 저하시키는 것도 감수하였지만, 현재에는 엔진의 연소상태를 근본적으로 다시 생각함과 동시에 흡배기장치를 개선하며, 더구나 새로운 기구를 추가함으로써 동력성능저하에 대처하고 있다. 흡배기장치중 대표적인 대책장치는 배기가스중의 유해성분을 화학변화시키는 촉매컨버터와 엔진내에서 뿜어져 나오는 연소가스를 다시 한번 실린더내로 유입시키는 BLOW BY GAS 환원장치, 그 외에 EGR장치 등이 장착되어 있다.
터보챠저
적은 배기량엔진은 아무리 흡기밸브의 크기를 키워 흡입효율을 올리더라도 결국은 실린더 하나의 행정용적분만쿰 공기를 유입시킬 능력밖에 없다. 그런데 기체는 액체와는 달리 간단히 압축하는 것이 가능하다. 터보챠저는 배기가스의 압력으로 팬을 회전시켜, 그 힘으로 실린더에 강제적으로 공기를 흡입시킨다. 또한 유입된 공기량에 적합한 연료를 혼합시킨 혼합기를 연소시킴으로써 배기량을 키운것과 같은 효과가 나오게 된다.
	배기가스의 압력을 이용하여 터빈을 회전시킨다. 터빈의 회전으로 콤푸레샤를 돌려, 흡입공기를 압축한다. 터빈과 같은 축에 연결되어 있는 A터빈과 같은 축에 연결되어 있는 콤푸레샤B르 합친 부분이 터보 유니트이다. 콤푸레샤에서 엔진사이에 인터쿨러를 장착한 것도 있다.
원래 터보챠저는 항공기가 상공의 희박한 공기층을 비행하기 위해 공기를 압축시켜 엔진으로 유입시킬 필요성 때문에 만들어진 것으로 자동차용으로서는 경주용차부터 발전되었다. 또한 쓸모없이 배출되던 배기가스를 유효하게 사용하여 엔진출력을 20~50%정도 향상시키는 것이 가능하기 때문에 현재에는 경자동차부터 대형트럭까지 광범위하게 적용되고 있다.

자동차 선진국인 일본이 미국, 유럽수준을 능가할 정도로 성장한 이유는 고도의 ELECTRONICS(전자화)를 도입한 결과라고 이야기해도 과언이 아니다.
현재는 자동차설계부터 생산공정까지가 자동화되어 있으며, 자동차 내부에도 엔진시동부터 트랜스밋션, 서스펜션, 브레이크등도 컴퓨터에 의해 집중적으로 자동제어가 가능하게 되었다.
약 10년 전까지만 해도 엔진의 보조 역할밖에 하지 못했던 전기장치가, 현재에는 주력장치가 되어 나머지 부품을 제어하고 있는 정도이다.
여기에서는 자동차 전기장치의 기본인 밧데리, 시동장치, 충전장치, 점화장치외에 등화류에 대해서도 간단히 살표보고자 한다.

밧데리

자동차의 엔진을 회전하기 위해 필요한 전기(플러그로 점화시키며, 연료분사장치와 컴퓨터를 작동하는데 필요함)는 부속되어 있는 발전기(알터네이터)에서 공급되는 구조로 되어 있다.
그러나 엔진시동을 위해 플라이휠을 돌려 스타트모타를 작동시키기 위한 전원장치로서는 다른 설계가 필요하다. 즉 그것이 밧데리로서 일반적인 전지와는 달리 승용차용은 12V(일부 디젤차는 24V)의 충전가능한 것이 되고 있다.

밧데리의 충전상태를 확인하는 방법으로는 용액의 비중을 측정하는 방법이 있는데
요즈음의 밧데리는 MF(MAINTENANCE FEE)밧데리가 주로 장착되는데 충전상태는 밧데리의 점검창을 통해서 확인할 수 있다.
점검창이 녹색이면 정상, 흑색이면 충전이 필요한 상태이고, 백색이면 완전 방전된 상태로 밧데리를 교환하여야 한다.

시동장치

시동장치는 운전자가 시동키를 돌려 엔진을 스타터모터로 강제로 회전시킴으로써 (크랭킹이라고 부르기도 함) 엔진이 스스로 회전할 수 있도록 작동시켜 주는 기구이다.

 

스타터모터의 구조와 작동

아래 그림에서 알수 있는 바와 같이 스타터모터는 모터부와 스위치부로 구성되며, 운전자가 시동키를 돌리면 크랭크샤프트에 부착되어 있는 플라이휠이 회전한다.
플라이휠의 주위에는 스타터모터의 피니언기어보다 수배나 많은 기어가 부착되어 있기 때문에 스타터모터의 회전은 감속되어 크랭크샤프트로 전달된다.
따라서 크랭크샤프트는 감속된 만큼 큰힘으로 회전되어 피스톤을 압축행정 상태로 작동시킴으로써 엔진시동이 가능하게 된다.
이와같이 감속에 의해 힘을 크게하는 방법은 자동차의 여러곳에 이용되고 있으므로 잘 기억해 두기 바란다.

스타터시 발생하는 문제

가장 많은 경우는 밧데리의 부조화이다.
시동키를 회전시켜도 스타터가 작동되지 않거나, 작동음이 들리지 않는 경우 등에는 헤드램프, 혼, 와이퍼등을 작동시켜 보기 바란다.
또한 스타터에는 큰 전류가 흐르므로, 특히 디젤차의 경우에는 엔진이 작동되지 않는다고 해서 장시간 계속해서 시동을 거는 것은 금물이다.
밧데리가 올라기지 않는만큼 경우에 따라서는 배선이 열때문에 녹아버릴 수 있기 때문이다.

충전장치

밧데리는 엔진을 시동할때와 정지중일 경우를 제외하고 전기장치에 전력을 공급해주고 있지만 밧데리의 축전량에는 한계가 았어 사용하면 당연히 밧데리의 전압이 떨어지게 된다.
그래서 엔진회전중에는 엔진동력의 일부를 사용하여 발전기를 돌려줌으로써 밧데리를 충전시켜 주행중에 필요한 전력을 공급해 주고 있다.
크랭크샤프트의 회전은 V벨트에 의해 알터네이터라고 불리는 교류발전기를 돌려준다. 여기서 발생된 전기는 레귤레이트(제어장치)로서 제한되어 각 전기장치와 밧데리에 공급된다.

알터네이터의 구조와 작동

아래그림은 알터네이터의 내부이지만 로타라고 불리는 부품이 엔진에 의해 회전된다. 이 로타에서는 전자석(코일)이 부착되어 있어 밧데리 또는 자체발생 전류에서 자화되기 때문에 로타와 동시에 회전된다.
로타가 회전하면, 주위에 있는 또 하나의 코일에 교류전압이 발생한다.
교류는 아는바와 같이 + 극과 - 극이 교대로 발생하는 것으로 이상태로는 자동차의 전기장치와 밧데리에는 사용할 수 없다.
그래서 다이오드라고 불리는 부품을 사용하여 교류를 직류로 교환(정류)하여 사용하고 있다.

알터네이터에 발생하는 문제

V벨트의 절단이 흔히 발생하는 문제이다.
여행중일때 V벨트가 끊어지면 발전이 불가능하게 되어 냉각장치의 워터펌프까지 작동되지 않는 경우도 있는데 이것은 중대한 문제이다.
매일 벨트의 상태를 눈으로 확인하여 벨트의 장력이 적절하게 유지되는지 확인하는 일이 무엇보다도 필요하다.

엔진이 작동하고 있어도 밧데리는 방전되는가?

알터네이터는 엔진이 회전하면 확실히 발전작용을 한다.
여기서 알터네이터가 원래의 성능을 발휘하기 위해서는 엔진이 1500RPM(1분당 1500회전) 수준이 되지 않으면 안된다.
막상 밧데리에 의한 최악의 상태를 생각해보자.
장마시 밤에 습지에 들어가는 경우에는 에어콘, 헤드라이트, 와이퍼, 카오디오등등 전장부품을 전부 가동함에 따라 엔진은 상당히 고회전하는 상황이 발생할 수 있다.
이러한 경우 알터네이타의 발전량만으로 전장부품을 작용시켜 주지 못하므로 밧데리는 방전된다.
따라서 이와같은 상태가 오래 지속되면 당연히 밧데리는 전압이 떨어지므로 습기찬 도로에서는 헤드라이트를 소등하고, 에어콘을 꺼서 밧데리르 보호하는 것이 필요하다.

점화장치

스타터모터로 엔진이 회전되기 때문에 당연히 피스톤으로 압축된 혼합기를 점화시켜 태워주지 않으면 엔진은 시동되지 않는다.
점화정치는 연소실내에서 압축된 공기를 좋은 타이밍에 강력하게 폭발시켜 안정된 연소상태를 만들어 주는 기능을 가지고 있다.

점화장치의 구성부품과 그 기능

점화장치는 다음과 같은 3가지 부분으로 구성되어 있다.

1. 밧데리의 전압을 증폭시켜 고전압을 만드는 기능 : 이그니션 코일
2. 엔진상태에 따라 정확한 타이밍을 결정하여 각 실린더의 스파크플러그로 순서에 따라 전기를 배분하는 기능 : 디스트리뷰터
3. 고전압을 받아 연소실내에서 점화를 시켜주는 기능 : 스파크플러그 

이그니션 코일

밧데리의 전압은 보통 12V이지만, 혼합기를 점화시켜주는 스파크플러그에는 순간적으로 10,000V이상의 전압이 필요하다.
이그니션코일은 내부에 2 종류의 코일을 가지고 있어 디스트리뷰터의 기능과 상응하는 고전압을 발생시킨다.

디스트리뷰터

디스트리뷰터는 엔진에 의해 구동(회전)되며, 다음과 같은 3가지 기능을 가지고 있다.

1. 엔진의 각실린더에 부착되어 있는 스파크플러그에 점화순서에 맞도록 고전압을 분배해주는 기능 : 배전기구
2. 밧데리에서 이그니션코일에 보내온 전류를 포인트(접점)를 개폐시켜 단속한다. 이그니션코일에는 포인트에서 전류가 끊어진 순간에 고전압이 발생한다. : 단속기구
3. 엔진의 회전상태와 혼합기의 연소상태에 따라 스파크플러그로 보내는 고전압의 타이밍을 미세하게 변화시킨다. : 진각기구

트랜지스터식 점화장치

접점식 점화장치는 구조상 어떤 경우에도 불꽃이 발생하므로, 엔진이 고속회전할 때에 기계적으로 움직이는 부분이 진동을 발생시키기 때문에 정확한 점화타이밍을 유지하는 것이 곤란하게 된다.
이것을 고려한 것이 기계적인 접점을 사용하지 않는 트랜지스터식 점화장치이다.
이것은 포인트에 상응하는 부분에 디스트리뷰타샤프트의 회전에 따라 작동하는 소형 교류발전기를 설치하여, 그 교류의 극성변화를 이용함으로써 트랜지스터를 ON, OFF시킴으로써, 전류를 단속시켜주는 기구이다.
현재는 이러한 트랜시스터식이라고 불리는 타입이 주류를 이루고 있다.

진각기구

진각에 대해서 설명하기 이전에 우선 연소실내의 혼합기를 연소하는 방법에 대해서 생가해보자.
혼합기는 스파크플러그에서 불꽃이 튀김과 동시에 일순간에 완전연소한다.고 생각하지만 실제로는 불꽃이 발생하여 화염이 연소실의 구석구석까지 전달되기까지에는 일정 시간이 소요된다.
이때의 속도를 화염전파속도라고 부르고 있다.
화염전파속도는 혼합기의 공연비(공기와 연료비율)가 일정하면 엔진의 회전수에 관계없이 거의 일정하다.
따라서 엔진이 고회전상태로 되었을 때 점화타이밍을 저회전상태와 동일하게 하면 화염이 완전히 전파되기 이전에 폭발행정이 지나가게 되어 필요한 폭발압력을 얻을 수 없게 된다.
여기서 알수있는 것은 회전수가 빨라지는 만큼 점화시기도 조금 빨리 해주는 것이 좋다는 것이다.
디스트리뷰타에는 아래 그림과 같은 원심진각장치가 설치되어 있어 엔진회전수가 상승하면 회전하는 디스트리뷰타의 원심력을 이용하여 원심추를 작동시킴으로써 포인트부 캠의 회전방향으로 약간 회전시킨다.
이렇게하여 포인트를 그만큼 빠르게 열어 점화타이밍을 당겨주는 것이다.

또한 원심진각과는 별도로 진공진각이라는 장치도 설치되어 있다.
가속페달을 조금밖에 밟지 않았을 경우에는 흡입공기량도 적으며, 혼합기도 희박하게 연소되는 상태가 된다.
이 때문에 화염전파속도도 지연되어 연쇨 내에 화염이 전파되는데에는 시간이 꽤 소요된다. 따라서 스로틀밸브의 열림각도가 적을때에는 흡입관의 부압이 크다는 사실을 이용하여 포인트가 부착되어 있는 판을 캠의 회전방향과 반대로 회전시켜 빨리 포인트가 열리도록 해준다.

스파크플러그

일반적으로 스파크플러그는 실린더헤드 상단부와 측면에 설치되어 있으며, 그 위에는 디스트리뷰타에서 빠져나온 하이텐션코드(HIGH TENSION CODE)가 장착되어 있다.
이 하이텐션코드에는 이그니션코일로부터의 고전압이 흐르도록 되어 있다.





믈론 스파크 플러그의 내부는 아래 그림과 같이 되어 있다.
스파크 플리그는 그 일부가 연소실내에 돌출되어 있으며, 엔진폭발행정의 고온, 고압에 항상 노출되어 있다.
그 때문에 다음과 같은 성능이 요구된다고 할 수 있다.

1. 혼합기의 연소압력에 견딜수 있으며, 연소실의 밀폐성능이 높을 것.
2. 화염이 발생하는 전극 부위가 적당한 온도로 유지될 것

전극의 온도가 올라가 일정수준을 초과하면 압축행정도중 혼합기에 화염이 발생하여 조기착화현상이 발생한다.
또한 전극의 온도가 지나치게 낮으면 카본이 모여 강한 화염이 발생하지 않는다.
이상태를 일반적으로 "플러그가 그을렸다."라고 말한다.

조명장치

자동차에 사용되고 있는 조명장치는 종류가 많으며, 전조등(헤드램프), 차폭등(CLEARANCE LAMP), 방향지시등 (TURN SIGNAL LAMP), 후진등(BACK UP LAMP), 브레이크등 등이 있다.

전조등(헤드램프)

현재 전조등의 색은 백색이 허용되고 있다.
또한 렌즈형상은 이전까지의 환형(둥근형) 또는 각형의 실드빔이 표준이었지만, 최근에는 자동차 디자인의 다양화에 맞게 렌즈의 형상도 각 차마다 다르다.
그 때문에 전구도 실드형에서 세미실드형이 많이 보급되고 있다.

또한 렌즈부위도 전구부위와 별도로 장착가능한 세미 실디빔중에서도 할로겐전구를 적용한 차가 늘어가고 있다.
일반적으로 전구는 발광부(필라멘트)에 텅스텐을 사용하고 있지만, 텅스텐은 고온이 되어 발열하면 전구내측 유리면에 부착되어 유리르 흑색화시키는 경향이 있다.
이 때문에 전구가 어두워지는 반면, 할로겐전구는 전구속에 봉입된 할로겐가스가 발열된 텅스텐을 다시한번 필라멘트에 반사키셔 준다.
따라서 할로겐전구는 일반전구에 비해수명이 길며, 높은 와트수의 전구에서도 밝기가 변함없는 것이 특징이다.
그러나 할로겐전구는 유리면을 손으로 자주 만지면 램프의 수명이 짧아지므로 필히 금속부위를 잡고 취급하는 것과 같은 주의가 필요하다.

구동방식에 의한 분류

이장에서는 엔진에서 발생한 회전력을 어떻게 하여 타이어까지 전달하는지를 살펴보고자 한다.
물론 동력전달장치를 파워트레인(POWER TRAIN)이라고도 부른다.
말 그대로 힘을 전달하는 장치란 의미이지만 여기서는 우선 개개의 부품을 살펴보기 이전에 엔진탑재와 구동되는 타이어에 따라 파워트레인이 어떻게 변화하는가를 이해하기 바란다.

FRONT ENGINE, FRONT DRIVE (FF 방식)

현재 2000cc급의 고급승용차부터 경자동차까지, 가장 많이 보급되어 있는 형태이다. 이방식의 장점은 자동차의 주요부품이 대부분 앞쪽에 집중되어 있으므로 실내 및 트렁크를 크게 사용할 수 있다는 점이다.
이때문에 과거에는 소형차가 주로 이방식을 적용하였지만, 최근에는 호화로운 장비와 넓은 실내가 요구되는 대형승용차중에도 이방식을 적용한차가 등장하고 있다.
이방식의 결점으로서는 차체 전체의 발란스를 맞추기 어려운점과 조향바퀴를 구동하기 때문에 FF차 특유의 문제가 발생하며, 앞 타이어의 마모가 빠르다는 점등을 들수 있지만, 최근에는 이러점들이 많이 개선되어 가고 있다.

FRONT ENGINE, REAR DRIVE (FR 방식)

엔진을 차체 앞부분에 설치하며, 프로펠라샤프트라고 불리는 전달축으로 후륜을 구동시켜 주는 방식이다.
이 방식은 FF방식의 결점인 중량배분문제는 개선되지만, 프로펠라샤프트가 차바닥을 통과하고 있기 때문에 차바닥의 높이가 높아진다.
이 때문에 과거에 주류를 이루었던 FR방식이 근래에는 FF방식으로 많이 대체되었다.
최근에도 2000cc급 이상의 대형승용차의 스포츠타입차가 FR방식을 적용하고 있다.
그 이유는 중량배분 발란스에 의한 뛰어난 조정성이 이러한 차에 요구되기 때문이다.

MID-SHIP 방식 (MR방식)

중량 발란스가 가장 많이 요구되는 레저카와 스포츠카에 적용되고 있다.
엔진을 전후 차륜축사이에 탑재하기 때문에 중량이 차의 중심에 집중되어 우수한 회전성능을 발휘하는 것이 특징이다.
그러나 엔진위치 때문에 실내는 제한되며, 또한 실용적인 면도 떨어진다. 오래전부터 유럽, 특히 이태리의 스포츠카에는 이방식이 자주 채택되고 있다.

REAR ENGINE, REAR DRIVE (FR 방식)

자동차는 가속 또는 감속시에 중심이 이동한다.(가속시에는 머리가 뒤쪽으로 쏠리며, 감속시에는 몸이 앞쪽으로 쏠리는 것을 느낄수 있을 것이다.)
이러한 중심 이동현상을 이용하여, 특히 가속시 구동되는 타이어에 중량을 더해줌으로써 미끄러짐현상이 발생하지 않도록 하는 방식이 이방식이다.
초기에는 FF와 같은 발상으로 실내를 크게하기 위해 적용되었지만, 현재는 RR특유의 조종성 때문에 그다지 일반적인 것은 되지 못하고 있다.
그러나 이 방식을 고차원적으로 적용한 최고의 스포츠카인 독일의 포르쉐는 너무나도 유명하다.

4WD (4륜구동) 방식

4개의 타이어를 모두 구동하기 때문에 이렇게 부른다.
험한도로 주행용 차량을 중심으로 오래전부터 사용되어 왔지만 최근에는 일반 승용차에도 이방식을 적용한 차가 증가하고 잇다.
승용차용으로서는 FR 또는 FF차의 파워트레인을 사용하여 4WD화 시키고 있지만, 어떤쪽이 유리한지는 알 수 없다.
이방식의 장점은 엔진의 구동력을 4바퀴에 배분하여 노면에 전달해줌으로써 2WD차에 비해 슬립(미끄러짐)현상과 같은 동력손실이 적다는 점이다.
이때문에 고출력엔진을 탑재한 차가 증가하고 있는 요즈음 4WD가 유행하는 것은 당연한 일이다.

동력은 [클러치] -> [트랜스밋션] -> [프로펠라샤프트] -> [디프렌샬] -> [드라이브샤프트]로 전달되어 타이어를 회전시킨다.
여기서 제1의 관문인 클러치는 가만히 있을 수 없을 만큼 바쁘다.

클러치의 기능

동력전달장치의 구성부품은 앞에서 언급한 각 구동방식의 차이에 의해, 조금씩 다르지만 주로 다음과 같은 부품을 말한다.
클러치, 트랜스미션, 프로펠라샤프트, 디프렌샬, 드라이브샤프트 등이다.
옆그림의 클러치를 크게 나누면 다음과 같은 3가지의 기능이 있다.

첫째, 차량정지시나 변속시에 엔진의 동력을 트랜스미션에 전달하지 않는 기능

둘째, 출발시 엔진의 동력을 서서히 트랜스미션으로 전달하여 차가 스무스하게 출발할 수 있도록 해주어 엔진에 큰 부담이 가지 않도록 해주는 기능

셋째, 주행중에는 엔진의 동력을 확실하게 전달하는 기능

이러한 요구를 만족시키기 위해 클러치는 일반적으로 아래 그림과 같은 구조를 가지고 있다.
이방식을 건식단판클러치라고 부르며, 자동차용으로 가장 많이 보급된 형식이다.
클러치에는 오토매틱차의 토오크컨버터등과 같이 유체(오일)를 사용하는 것과 전자석이나 철분을 사용한 전자클러치등이 있다.

클러치에 발생하는 문제

클러치 디스크의 수명은 운전자의 운전상태에 따라 크게 좌우된다.
급출발이나 반크러치(클러치를 약간 밟으면서 페달을 작동하는 상태)를 많이 사용한 차는 비교적 빨리 클러치디스크가 마모된다.
클러치 디스크가 마모되면 엔진에서의 동력이 정확하게 전달되지 않는다. 조정가능한 경우와 완전히 마모되어 조정불가능한 경우가 있지만 와이어식의 클러치를 가진 신차를 탈 경우 와이어가 느슨해지면 릴리즈레바(또는 다이아프램스프링)와 릴리즈베어링 사이의 간격을 조정해 줌으로써 교정이 가능하다.
또한 클러치의 문제로서는 클러치가 떨어지지 않는 경우가 있다.
클러치가 완전히 떨어지지 않은 상태에서 변속하면 기어에서 끼득거리는 소리가 나며 최악의 경우 변속이 불가능하게 되는 경우도 있다.
그 원인으로서는 그리스가 떨어진 상태에서 클러치 디스크가 플라이휠에 붙어버린 경우를 생각해 볼 수 있다.

트랜스미션의 기능

변속장치가 없는 자전거를 운전할 때 평상도로를 운전하면 문제가 없지만, 급한 경사길을 등판할 경우에는 대단히 힘들었던 경험을 해 보았으리라고 생각된다.
자전거도 엔진과 같이 크랭크암이 있어 페달을 밟을때 발의 힘이 자동차 엔진의 연소압력과 같은 역할을 해준다.
그런데 엔진의 크랭크암의 길이가 정해지고, 페달을 밟는 힘이 정해지면 크랭크샤프트에 발생하는 토르크는 일정하게 된다.
따라서 등판저항이 급격히 커지면 등판하는 것이 당연히 어려워진다.
자전거의 경우 사람이 안장에서 일어나 페달을 한발씩 한발씩 체중을 실어 힘차게 밟아주면 토르크가 증대하는 것도 가능하겠지만, 엔진의 경우는 그것도 뜻대로 되지 않는다.

변속의 원리

자동차의 경우 엔진의 유효회전수 범위내에서는 토르크변화는 그다지 크지 않다. (터보 장착차등 급격히 변화하는 차도 있지만)
따라서 이 토르크를 유효하게 사용하기 위해서는 변속(감속)장치가 부착되어 있다. 이러한 감속작용은 과거에 배운적이 있는 고정도르레와 변동도르레의 예로서 이해가 된다고 생각된다.

이와같이 물건을 움직일때 일정한 힘밖에 없는 경우 움직이는 양도 감소하므로, 그대신 힘을 배증시켜주는 것과 같은 기능을 감속작용이라고 부른다.

수동변속기의 구조

트랜스미션의 기능은 크게 나누어 3가지이다.

1. 엔진회전을 감속시켜 힘을 증대시킨다. 반대로 힘의 여유가 있는 경우는 속도를 증가시켜 준다.
2. 엔진은 그 자체로 회전방향을 바꿀수 없으므로 기어의 결합을 변화시켜 후진이 가능토록 해준다.
3. 중립상태를 만들어준다. (트랜스미션내에서 엔진에서 연결된 입력축이 공회전하고 있는상태로 클러치를 밟지 않아도 엔진이 멈추지 않는다.)

옆의 그림은 수동4단 변속기의 단면도이다.
이형식에서는 전진방향으로 4종류의 기어변속기 가능하며, 후진방향으로 1종류의 기어변속이 가능하다.
또한 주행중에 각 기어들이 조할될때 자동적으로 여러기어의 회전수를 합쳐 변속을 용이하게 해주는 기구(싱크로 메쉬기구)도 장착되어 있다.

동력전달 방향

클러치에서의 동력전달방향은 아래그림을 보면 알 수 있다.
클러치에서의 동력은 기어에 연결되어 있는 트랜스미션의 메인드라이브샤프트에 전달된다. 메인드라이브샤프트에는 메인드라이브기어가 일체식으로 부착되어 있다.
메인드라이브기어와 항상 결합되어 있는 카운터기어는 카운트샤프트와 일체식으로 되어있다. 이 카운트샤프트가 각 변속기어를 회전시키는 것이다.
이와같이 각 변속기어의 치아가 항상 카운트기어와 맞물려 회전하는 방식을 특히 상시 맞물림방식이라고 부르는데, 현재 수동변속기가 장착된 승용차는 거의가 이방삭을 적용하고 있다.

지금 이 그림의 트랜스미션은 메인샤프트에 회전이 전달되지 않는 상태를 나타내고 있다.
그러면 메인샤프트에 동력의 전달은 어떻게 되는 것일까?
운전자가 변속기 레버를 움직여 슬립을 이동시키면, 메인샤프트에 부착되어 있는 허브와 특정 기어하나를 슬립이 연결해주게 된다.
이와같이 하면 [메인드라이브기어] -> [카운트기어] -> [카운트샤프트] -> [카운트기어] -> [카운트샤프트] -> [카운트기어] -> [변속기어] -> [슬립] -> [허브] -> [메인샤프트]의 순서대로 동력이 전달된다.

싱크로 메쉬기구

그러면 주행중에 기어를 변속하는 경우 트랜스미션 내부에서는 어떤일이 발생하는가?
물론 운전자는 가속페달에서 발을 떼고, 클러치페달을 밟게 된다.
그렇게 하면 메인드라이브샤프트와 메인드라이브기어, 카운트기어 또는 카운트기어에 결합되어 있는 각 변속기어는 엔진의 영향을 받지 않게 된다.
다음으로 변속기 레버를 움직이면 어떤 기어와 어떤 기어를 변속하여도 한번은 중립 위치를 통과하도록 되어 있다.
이순간 메인샤프트와 허브는 타이어와 반대 방향으로 회전하는 형태로 되는데 반해, 각 변속기어는 회전되지 않고 순식간에 회전을 멈추게 된다.
그 상태에서 변속을 하면 슬립기어와 허브기어는 삐걱거리는 소리를 내며, 최악의 경우에는 기어가 부서질 수도 있다.

그래서 변속장치에는 위의 그림과 같은 2개 기어의 회전수를 같게 해주는 장치(싱크로메쉬기구)가 부착되어 있다.

후진할 때에는

트랜스미션 기능의 한가지중 엔진회전방향이 변하지 않기 때문에 기어의 결합을 통해 역전상태(반대방향)을 만드는 것이 가능하다.
아래그림은 후진상태를 표시하며 카운트기어와 후진기어사이에 또하나의 후진아이들기어를 결합시켜 역전상태를 만든다.
또한 일반적으로 후진시에는 싱크로메쉬기구가 부착되어 있지 않기 때문에 엔진회전수가 높은 상태에서 후진하면 고장의 원인이 된다.

수동변속기의 문제

수동변속기에서 많이 발생하는 문제는 오일누유현상을 제외하고는 변속시 기어소음과 변속시 기어빠짐을 들 수 있다.
기어소음의 운인으로 생각되는 것은 싱크로기구의 마모와 슬립링의 부조화, 또는 밋션 오일이 부족하거나 열화된 경우를 생각해볼 수 있다.
기어가 빠지는 원인으로서는 슬립을 움직여 포그샤프트를 고정하는 록킹볼이 마모되었거나, 슬립링이 부조화를 일으키던가, 각 변속기어의 전후방향의 간격이 큰 경우등을 생각해 볼수 있다.

오토매틱트랜스밋션이 보급됨으로써 여성운전자도 급증하였다.
클러치페달이 없어 운전이 용이한 오토매틱의 구조는 어떻게 되어 있는가?

토오크컨버터

자동차에 사용되고 있는 트랜스미션에는 수동변속기외에 자동변속기가 있다.

 

자동변속기는 크게 나누어 2개의 부분으로 구성되어 있다.
그것은 수동변속기의 클러치 위치에 부착되어 있는 토오크컨버터와 기어의 결합으로 변속되며, 후진상태를 만들어주는 부변속기구등 2가지이다.
자동변속기의 큰 특징은 토오크컨버터를 가지고 있다는 점이다.
즉, 토오크컨버터 때문에 클러치페달도 필요없으며, 운전자는 가속페달만 밟음으로써 운행이 가능하다.
또한 정지시에는 일일이 변속기 레버를 중립으로 하지 않아도 정지하는것이 가능하다.

토오크컨버터라는 것은?

수동변속기차의 클러치는 엔진회전력을 끊거나 연결해주며, 경우에 따라서는 서서히 트랜스미션에 전달해주는 기능을 가지고 있다.
하지만 클러치 그 자체만으로 회전력을 증가시킬 수는 없으며, 토르크는 1:1로 트랜스미션에 전달된다.
반면 토오크컨버터는 동력을 끊어 서서히 전달해주는 기능이 없는 대신 회전력(토르크)을 증대시켜주는 기능을 가지고 있다.
옆의 그림은 토오크컨버터의 단면을 나타내고 있다.
그림의 펌프임펠라는 엔진의 크랭크샤프트에, 또한 터린런너는 부변속장치의 입력축에 연결되어 있는데, 양자는 오일에 의해 결합되어 있다.
엔진이 회전하면 펌프 임펠라도 같이 회전하고, 이때 원심력으로 오일이 튀어나오며 그 오일을 받은 터빈런너가 회전을 시작한다.
마치 회전하고 있는 선풍기 앞에 전원을 넣지 않은 선풍기를 설치하면 바람의 영향으로 전원을 넣지 않은 선풍기가 같이 돌아가는 원리와 유사하다. 이때 바람이 오일의 역할을 하고 있다고 생각할 수 있다.

토르크상승작용이라는 것은

위의 선풍기 예이서 앞 선풍기의 바람을 받아 회전하는 선풍기는 바람을 불어주는 선풍기의 회전력(토르크)을 상승시켜주는 회전력을 발휘하지 못한다.
그러면 토오크컨버터에서는 어떻게 하여 토르크상승이 이루어지는가?
그것을 이해하기 위해서는 바람을 받는 선풍기의 회전이 멈춘후 바람의 움직임에 주목하기 바란다.
실제로는 바람을 받는 선풍기의 회전이 멈춘후에도 에너지를 가진 바람이 존재하고 있다.
토오크컨버터에서는 이 잔류 바람의 에너지에 상당하는 오일에너지로 펌프임펠러에서 나온 오일을 압박하여 토르크를 상승시켜 준다.

실제의 토오크컨버터에서는

토오크컨버터는 분해해서 내부를 보는 것이 불가능하다.
또한 입체적인 오일의 흐름을 평면도에서 이해한다는 것도 어려운 일이다.
그래서 단계적으로 살펴보고자 한다.
우선 펌프임펠라에서의 오일의 흐름은 펌프임펠라의 회전이 빨라지면 오일이 바깥 방향으로 튀어나가게 된다.
이때 튀어나온 오일의 힘을 받아 회전하는 터빈런너에는 오일힘을 효과적으로 받을 수 있도록 날개가 달려 있다.
그런데 터빈런너를 회전시킨 오일은 날개 때문에 그후 펌프임펠라의 회전을 방해하는 방향으로 빠져 나간다.
그래서 토오크컨버터에서는 터린런너에서 빠져나온 오일을 스테이터라고 부르는 반사판에 한번 부딪힘으로써 펌프임펠라에서 오일에 다시 압력을 주는 방향으로 유도하고 있다.
토르크 상승효과는 터빈런너 정지시 최대로 되고 터빈런너가 돌기 시작하면 반발력이 떨이지기 때문에 효과가 감소된다.

부변속장치

자동변속기에서는 토오크컨버터에 의한 토르크상승 이외에도 또 1군데, 기계적인 감속작용을 하는 곳이 있다.
그것이 부변속장치이다.
부변속장치는 토오크컨버터의 토르크상승효과를 보조하며, 또한 후진상태를 만들어주고, 경우에 따라서는 속도를 증가시켜 수동변속기의 5단(OVER TOP)과 같이 되도록 해주는 경우도 있다.
토오크컨버터는 엔진 축토르크의 약2~3배 정도 능력을 가지고 있으며, 그 토르크증감은 연속적으로 이루어지고 있지만, 3배정도에서는 수동변속기 1단기어 정도의 구동력밖에 발휘할 수 없다.
그래서 터빈런너의 회전을 더욱 감속시킴으로써 더욱 큰 구동력을 발생시켜 준다.

PLANETARY GEAR

일반적으로 자동변속기의 부변속기 속도기어에는 옆의 그림과 같이 플래니타리기어가 사용되고 있다.
이 기어방식의 특징은 선기어, 플래니타리기어, 링기어의 3가지로 구성되어 있으며, 어느하나를 완전히 고정시키고 다른 하나를 돌려주면, 나머지 하나가 감속 또는 증속되든지 혹은 역전되는 것과 같은 여러가지 변화가 가능하다.
그 때문에 수동변속기와 같이 일일이 클러치를 밟아 동력을 차단하지 않더라도 회전하고 있는 상태에서 변속하는 것이 가능하다.

변속은?

자동변속기에서는 토오크컨버터 자신이 토르크를 상승시키는 경우도 있으므로 변속단수는 3~4단이 고작이다.
또한 부변속기의 변속은 가속페달을 밟은 상태와 차속도로부터 자동변속기가 판단하여 편리하게 행해지고 있다.
자동변속기는 이와같은 플래니타리 기어에 의해 자동변속(감속)과 토오크컨버터에 의한 연속적인 토르크상승효과의 상승작용으로 인해 운전자는 가속페달을 밟는 동작만으로 자동차의 구동력을 조정할 수 있는 매력이 있다.
컴퓨터에 의한 세밀한 변속작동과 오일의 슬립현상을 방지해주는 록업기구가 설치된 전자식 자동변속기도 최근에는 많이 보급되어 있다.

프로펠라 샤프트의 기능

FR방식과 4WD방식에서 엔진의 동력을 뒷타이어(정확하게 말하면 디프렌샬)에 전달하는 역할을 하는 부품이 프로펠라 샤프트이다.
프로펠라샤프트는 아래그림과 같이 전단, 후단에유니버샬조인트라고 부르는 부품이 장착되어 있다.
이것은 노면의 요철과 가감속에 따라 차체가 경사질 경우 엔진과 디프렌샬을 결합해주는 각도 변화와 동시에 양자간의 거리변화에도 대응할 수 있게 해준다.
또한 자동차의 고속화에 부응하여 프로펠라샤프트가 고속회전할때 진동발생을 방지할 목적으로 2분할 또는 3분할 되어 있는 차도 있다.
이와같은 2또는 3분할 프로펠라 샤프트는 중간위치에서 샤프트를 지지하기 위해 고무제품의 진동흡수제인 센타베어링이 장착되어 있다.

등속조인트

주로 FF차의 드라이브샤프트(구동축)에 사용되고 있는 조인트이다.
이 방식은 조인트 부분이 크고 각이져 있어도 스무스한 회전을 할 수 있도록 해주는 것으로 핸들을 꺾든지 요철도로 주행에 따른 타이어의 움직임에도 엔진회전이 타이어에 스무스하게 전달된다.

디프렌샬의 기능

자동차 4개의 타이어는 자동차가 회전중에는 저마다 다른 궤적을 따라 움직이고 있다. FR과 FF차의 경우 구동바퀴외의 2개 타이어는 (FR의 경우는 전륜, FF의 경우는 후륜)좌우가 연결되어 있지 않기 때문에 문제가 없지만 구동되는 2개의 타이어는 같은 엔진의 회전력을 전달받기 때문에 좌우가 연결되어 있다.
만일 이 좌우바퀴가 아래 그림과 같이 1개의 축으로 연결되어 있다면 직진시나 회전시에는 좌우타이어는 같이 회전하므로 타이어는 미꺼러질 수가 있다. 우천도로나 눈길에서는 어느정도 주행 가능할까?
노면상태가 좋은 아스팔트등에서는 타이어는 그립상태가 좋아, 변속시와 기어에 걸리는 부압이 줄어들게 된다. 이와같이 회전시나 노면의 요철에 따라 좌우 타이어의 구르는 거리가 다를 경우 좌우바퀴에 적절하게 회전차이를 부여하는 장치를 디프렌샬이라고 부른다.

 

디프렌샬의 구조

일반적으로 데후라고 부르는 이 기구는 FR차용과 FF차용에서는 외관이 크게 차이가 난다.
FR차에서는 엔진이 종치로 장착되고 있다는 것은 앞에서도 언급하였지만, 그 회전은 보통 자동차를 앞에서 볼때 우측으로 회전하므로 타이어의 회전방향과 일치하도록 하기 위해서는 90도 각도를 변경하는 것이 필요하다.
그것에 비해 많은 FF차에서는 엔진을 횡치로 장착하고 있으므로 데후는 트랜스미션내에 조립되어 있고 엔진의 회전방향과 타이어의 회전방향이 일치하도록 각도를 변환시킬 필요가 있다.

            
<FR차용 디프렌샬>                                                       <FF차용 디프렌샬>

FR차용 디프렌샬에 대한 구조를 설명하면 프로펠라샤프트의 회전은 우선 디프렌샬의 드라이브 피니언기어를 회전시킨다.
드라이브 피니언 기어에는 링기어가 조립되어 있다.
이 링기어는 회전방향을 변화시키며, 동시에 트랜스미션에서 감속된 회전력을 더욱 감소시켜 큰 토르크를 얻을 수 있도록 해주는 기능을 가지고 있다. 이때문에 드라이브 피니언 보다도 3~5배 정도 많은 기어수르 가지고 있다.
디프렌샬에 의한 감속은 트랜스미션에 의한 감속과는 별도로 2차감속, 또는 종감속이라 부르며, 트랜스미션의 변속비와 디프렌샬의 감속비를 곱한 수치를 총감속비라 부른다.
링기어가 직접 차축(액슬샤프트)을 회전시키는 것은 아니며, 디프렌샬케이스를 회전시킨다.
이 케이스의 내부는 좌우측의 회전차이를 발생시키는 기구(차종장치)가 조립되어 있다.

차종장치의 구조

그러면 디프렌샬에서는 어떻게하여 좌우바퀴에 회전수의 차이를 부여하는가?

위의 그림은 차종장치의 개요도이다.
이 그림을 사용하여 순서대로 생각해 보도록 하자.

1. 드라이브피니언이 회전하면 링기어가 회전한다.
2. 링기어에는 디프렌샬케이스가 부착되어 있어 링기어와 같이 회전한다.
3. 디프렌샬게이스에는 피니언샤프트가 관통하고 있어 케이스와 동시에 피니언샤프트가 회전한다.
4. 피니언샤프트에는 디프렌샬 피니언이 조립되어 있으며, 이 디프렌샬 피니언기으는 피니언 샤프트와 동시에 회전(공전)하든지, 피니언샤프트를 축으로 자전하는 것이 가능하다.
5. 사이드기어는 액슬샤프트에 의해 타이어와 직결되어 있다.

또한 사이드기어는 디프렌샬 피니언과 기어로 구성되어 있다.
따라서 좌우타이어에 회전수의 차이가 없는 직진상태에서는 링기어 -> 케이스 -> 피니언샤프트 -> 디프렌샬피니언 공전 -> 사이드기어 좌우 동회전 순서로 전달된다.

회전하는 경우

다음은 우측으로 회전하는 경우를 생각해 보면 링기어와 케이스 또는 피니언샤프트의 회전은 직진시와 동일하며 좌우바퀴의 회전반경 차이 때문에 좌측바퀴가 우측바퀴보다 많이 회전해야 하므로, 디프렌샬피니언이 자전하며, 우측사이드기어를 역회전시킨다.
실제로 주행중에 좌우측 바퀴가 역으로 회전하는 일이 없는것은 이와같이 차종이 이루어질 때 피니언샤프트가 링기어와 동시에 회전하며, 디프렌샬피니언이 공회전하고 있기 때문이다.
그때문에 우측의 사이드기어는 좌측보다 늦게 회전하므로 실제로는 앞쪽 방향으로 회전하게 된다.

논슬립 디프렌샬 (NON SLIP DIFFERENTIAL)

이와같이 디프렌샬은 좌우 타이어에 적절한 회전차를 부여하고 있지만 디프렌샬이 부착되어 있기 때문에 발생하는 부조화도 있다.
예를 들면 노견에 눈이 쌓여 있는 도로에서 한쪽 바퀴가 노견을 달리는 상태로 정지하거나, 출발한다면 눈위를 달리는 타이어가 공전현상을 일으켜 출발할 수 없는 경우가 있다.
이것은 아스팔트보다 눈위에서 타이어의 노면저항이 적으며, 회전이 용이하기 때문에 디프렌샬에 의한 차종작용으로 엔진의 회전력이 모두 눈위의 타이어로 전달되어, 아스팔트위의 타이어는 정지한상태가 되기 때문이다.
이와같은 경우에는 체인을 감아주거나 미끄러지는 타이어 밑에 모포등을 깔아 탈출할 수 있지만 원래부터 차동작용을 어느정도 제한하는 기구를 갖춘 디프렌샬도 있다.
이와 같은 디프렌샬을 논 슬립 디프렌샬, 또는 리미티드슬립 디프렌샬 (LSD : LIMITED SLIP DIFFERENTIAL)이라고 부른다.

4WD의 장점

4개 타이어를 모두 구동시켜주는 자동차를 4WD(4륜구동)라고 부른다.
이전의 4WD는 건설기계에 사용되는 것과 같은 타이어를 사용했으며, 특별히 지상고가 높기 때문에 험한도로에서의 주행성능은 2WD와 비교할 때 대단히 좋아 승차감과 고속성능면에서 운전자에게 강한 만족감을 주었었다.
그런데 최근 이 메카니즘이 급격히 일반승용차까지 보급되기 시작한 것은 엔진의 고출력화와 자동차를 레저용으로 사용하는 소비자가 증가하고 있기 때문이다.
엔진동력을 마지막으로 지면에 전달하는 부품이 타이어이지만, 타이어가 지면에 접촉하는 면적은 사방 10~20cm정도이기 때문에 2WD의 경우는 이 면적의 2배에 지나지 않는다.
웬만한 고출력엔진을 탑재한 자동차에서도 타이어는 미끄러져 WHEEL SPIN을 일으키며, 따라서 자동차는 진행에 방해를 받는다.
4WD에선는 이와같이 엔진동력을 지면에 전달하는 타이어를 2WD보다 약 2배로 넓혀주므로써 1개의 타이어가 받는 구동력을 줄여, 타이어가 헛도는 현상을 감소시켜 준다.
또한 같은 원리로 엔진브레이크도 4륜 동시에 작동하기 때문에 강력하며 안정된 감속이 가능하게 된다.

PART TIME과 FULL TIME

현재는 4WD차는 기본적으로 2개의 시스템으로부터 발전되었다.
그 하나는 FR차를 4WD화 시킨것으로 OFF-ROAD지향차에 많이 적용되고 있으며, 2WD와 4WD를 필요에 따라 선택할 수 있는 PART TIME방식도 이 타입의 차에는 여전히 많이 남아있다.
또 하나는 FF차를 4WD화 시킨것으로 초근 급격히 증가하는 승용차 타입의 4WD는 기본적인 구조가 FF타입인 경우가 많으므로 이타입이 거의 대부분이다.
또한 승용차 타입의 4WD는 항상 4륜구동이 되는 FULL TIME방식이 일반적이다.
나중에 설명될 비스코스커플링이 적용된 FULL TIME화가 급속히 이루어지고 있다.

트랜스퍼

FR차의 경우 동력을 전륜으로, FF차의 경우 후륜으로 나누어주는 장치를 트랜스퍼(TRANSFER)라고 부르며, 보통 트랜스미션의 바로 뒤에 부착되어 있다.
FULL TIME방식의 경우는 주로 전후륜에 동력을 전달하는 분기점으로서의 기능 밖에 없지만, PART TIME방식의 경우는 2륜구동고 4륜구동의 선택기능과 트랜스미션으로 감속시키는 특히 감속을 많이시켜 큰 토르크를 발생시켜주는 기능도 가지고 있다.

파트타임 4WD는 트랜스퍼를 매개로 전후의
프로펠라샤프트가 직접 연결된다.

센타 디프렌샬

상시 4륜구동방식(FULL TIME 4WD)은 현재 승용차용 4WD의 주류가 되었지만 PART TIME 방식과 비교하면 어떤 점이 우수할까?
이것은 자동차가 회전할 때 4개의 타이어가 그리는 궤적으로 디프렌샬을 설명할 때에도 언급되었었다.
그런데 디프렌샬에서는 좌우 2바퀴의 회전차이를 적절히 조절할 수 있다고 하였지만 4륜구동의 경우는 전후륜 동시에 구동되기 때문에 전륜과 후륜의 구르는 거리에서 차이가 발생한다.
PART TIME방식의 4WD에서의 4륜구동시 앞축과 뒷축에 모두 같은 회전수가 전달되기 때문에 회전시 각 타이어의 회전수 차이는 타이어가 미끄러지면서 조절이 되고 있다.
그런데 타이어의 접지상태가 보다 나은 건조한 아스팔트등에서는 계획대로 타이어가 미끄러져 회전을 방해하는 경우도 가능하다.
이것을 브레이킹현상이라 부르며 차체에 탁탁거리는 진동이 발생하며, 타이어의 편마모의 원인이 된다.
FULL TIME 4WD에서는 전축과 후축사이에 제3의 디프렌샬(센타 디프렌샬)을 설계하여 이 현상을 억제하며, 2WD차와 비교하여 위화감이 적어지도록 하였다.
또한 센타 디프렌샬로서는 2WD차와 동일한 기어를 사용한 베벨기어방식과 점성클러치를 이용한 비스코스 커플링 방식이 주류를 이루고 있다.

비스코스커플링이라는 것은?

베벨기어 방식의 센타 디프렌샬은 2WD용 디프렌샬을 횡방향으로 하여 전축과 후척에 대해 차종작용을 하는 반면, 비스코스 커플링은 그 방법이 꽤 다르다.
비스코스 커플링의 내부는 아래 그림과 같이 되어 있어 입력축과 출력축에 각가 몇개의 브레이드가 부착되어 있다.
이 브레이드는 입력쪽과 출력쪽에서 기계직으로 접속기능을 하는것으로 그 사이에 실리콘 오일이 보충되어 있다.

실리콘 오일의 특징은 온도에 따른 점도 변화가 적으며, 온도가 상승하면 체적이 증가한다.
2개의 철판 사이에 오일을 삽입한 후 윗쪽의 철판을 서서히 당기면 철판이 움직이지만, 빨리 당기면 상당한 저항이 붙어 간단히 움직이지 않는다.
이것은 오일에 선단저항이 발생하기 때문이며, 비스코스커플링은 이 실리콘 오일의 선단저항을 이용하고 있다.

비스코스방식의 센타 디프렌샬

아래 그림과 같이 비스코스 커플링을 센타 디프렌샬로 사용하고 있는 경우 이장치는 전축과 후측의 중가에 부착되어 있다.
예를들면 FF가 기본인 4WD에서 전륜과 후륜이 같은 회전을 하고 있는 경우 후륜에는 거의 구동력이 전달되지 않는다.
그래서 회전시, 등판시 또는 노면차이에 의해 전후륜에 회전차이가 발생하면 그 회전차이의 크고, 작음에 따라 비스코스커플링안의 입력쪽 블레이드와 출력쪽 블레이드사이의 실리콘 오일에 선단저항이 발생하며, 전륜측에서 후륜측으로 구동토르크가 전달되어 4WD화 한다.
이 후륜축으로의 토르크 전달은 연속적으로 변화하며, 전후륜의 회전차이가 큰 만큼 또한 커플링 내부의 온도가 높은 만큼 직결상태와 유사하게 된다.
따라서 비스코스커플링을 장착한 4WD차에서는 타이어의 공기압관리에 주의하지 않으면 직진시에도 비스코스커플링이 토르크를 전달하여 발열할 경우가 생길수도 있다.

스티어링기구의 구조

핸들(스티어링휠)을 돌리면 자동차의 전륜은 좌우로 각도가 변화한다.
이 전륜의 각도변하에 의해 자동차의 회전이 가능해진다.
핸들을 포함하여 전륜을 움직이는 기구전체를 스티어링기구라 부른다.
스티어링기구의 구성부품은 다음과 같이 되어 있다.

 

1. 핸들(스티어링휠)
   인간이 조작하는 부분으로 직경이 큰 만큼 조작이 가벼우며, 역으로 작으면 무거워진다.
2. 스티어링샤프트
   핸들의 회전을 다음에 설명할 스티어링기어에 전달하는 기능외에 사고시 운전자의 가슴이 핸들에 부딪힐 때 충격을 흡수해 줄 수 있는 기구가 부착되어 있다.
3. 스티어링기어
   핸들의 회전을 감속시켜 큰 힘을 발생시킨다. 또한 핸들의 회전운동을 직선운동으로 변화시켜주는 경우도 있다.
4. 링기구
   여러종류의 로드(연결봉)가 조립되어 기어의 움직임을 타이어로 전달해준다.

스티어링 기어

현재 승용차에 사용되고 있는 기어의 종류는 랙 앤드 피니언형과 볼너트형의 2종류가 있는데 각각의 구조는 아래 그림과 같다.

랙 앤드 피니언(RACK AND PINION TYPE)형은 구조가 간단하며, 스티어링샤프트에 직접 연결되어 있는 피니언기어의 움직임이 랙으로 전달되기 때문에 핸들의 움직임에 타이어가 직접적으로 반응한다.
반면 노면에서 타이어로 전달되는 진동과 충격이 크다는 단점을 가지고 있다.
볼너트형은 스티어링샤프트의 회전에 의해 직접회전하는 워엄기어가 볼너트를 전후로 움직이며, 그 움직임을 섹터에 전달하여 링기구를 조작하고 있다. 이와같이 볼너트형에서는 핸들의 회전이 수많은 부품을 거쳐 타이어를 움직여주기 때문에 직접적인 반응력은 떨어지는 반면, 노면의 충격이 전달되는 현상은 감소되는 타입이다.

스티어링 샤프트의 기능

스티어링 샤프트는 핸들의 움직임을 기어에 전하는 기능외에 충돌사고시 운전자의 충격을 부드럽게 해주는 접힘장치와 운전자의 체형에 맞게 핸들의 각도와 높이를 변화시켜주는 것이 가능한 조정기구, 즉 틸트와 텔레스코픽등의 기구를 가지고 있다.

회전은 어떻게 이루어질까?

자동차가 부드럽게 회전하기 위해서 보통 승용차는 전륜을 조작하여 회전하지만, 좌우측의 움직이는 각도가 완전히 같아면 어떻게 될까?
옆의 그림을 살펴보자.
이것은 좌우가 같은 각도로 움직일 경우의 타이어가 회전하는 궤도를 표시하고 있다. 이 상태에서는 회전중에 좌우 타이어의 궤도가 교차하도록 되어 있지만, 실제로는 교차하는 일이 없다.
왜냐하면 그만큼 타이어가 미끄러지기 때문이다.
그때문에 타이어는 즉시 감속되며, 핸들조작도 무거워진다.

실제 차에서는 이와같은 부조화를 방지하기위해 좌우측의 꺾이는 각도가 자동적으로 달라지도록 하고 있다.
옆의 그림은 꺾이는 각도를 변화시켜 4개의 타이어가 서로 교차하지 않는 경우를 나타내고 있다.
마치 컴파스 침을 꽂아 놓고 조금씩 넓게 동심원을 그리는 것과 같은 현상이다.

회전을 위한 방법

막상 이와같이 4개의 타이어가 동심원을 그리기 위해서는 실제로는 어떠한 방법이 있을까?
그림에서 너클암의 경사에 주목해 주기 바란다.
좌우의 너클암은 그 연장선이 리어액슬의 중앙에서 교차하도록 각도가 설정되어 있다. 이렇게 함으로써 핸들을 꺾을때의 좌우륜의 꺾임각도는 커브의 안쪽을 통과하는 타이어의 각도가 바깥쪽 타이어보다 크며, 4개의 타이어는 1개의 점을 중심으로 원을 그리게 된다.
이와같은 링기구는 발명한 사람의 이름을 사용하여 애크만 젠트식이라고 부른다.

파워스티어링

여성운전자가 증가하며, 전륜의 부담하중이 큰 FF차가 많이 보급된 현재 파워스티어링은 필수장비화 되어 가고 있다.
경자동차부터 트럭까지 무엇보다도 먼저 차고 입고시에 핸들을 꺾는 것이 용이하도록 해주는 것이 파워스티어링인데 과연 그 구조느 어떻게 되어 있을까?
옆의 그림은 현재 보급율이 높은 랙 앤드 피니언형 유압식 파워스티어링이다.
유압식 구성부품으로서는 엔진회전을 이용하여 유압을 배출시키는 펌프와 핸들 움직임에 의해 유압을 좌우로 흘려주는 컨트롤밸브 및 유압에 의해 실제로 타이어를 움직여 주는 파워실린더가 있다.
또한 유압 파워스티어링에는 차속을 감지하여 조작력이 변하는 타입인 차속감응형과 엔진회전수에 반응하는 타입인 엔진회전 감응형이 있으며, 차속이 낮을 때에는 큰힘이 발생되며, 차속이 높을 때에는 핸들에 적정한 중량을 부여해 주는 기구가 있다.

휠얼라인먼트

얼핏 보면 똑바로 부착되어 있는 것 같아 보이는 타이어도 실제로는 차체와 스티어링 기구에 대해 여러가지 각도로 장착되어 있다.
이와같이 타이어에 부여된 기하학적인 각도를 타이어 정열(휠 얼라인먼트)라고 부른다.
휠얼라인먼트에는 캠버, 캐스터, 킹핀 앵글, 토인의 4종류가 있고, 저마다의 균형에 의해 자동차에 직진성을 부여하며, 핸들조작을 가볍게 해주고 있다.

캠버

자동차를 앞에서 바라보면 타이어는 약간 역 팔자형으로 되어 있는데 수직선에 대해 어느정도 각도를 유지하고 있는가를 표시해주는 수치가 캠버로서, 보통 0.5~2。 정도를 유지하고 있다.
캠버를 부여함으로써 앞쪽타이어가 자동차의 중량에 의해 "八"자(타이어 밑부분이 벌어지는 상태)로 되는 것을 방지해주며, 다음에 설명할 킹핀앵글과의 관계로 핸들조작력을 가볍게 해준다.

킹핀앵글

타이어 중심에 위치하고 있는 부품을 너클 스틴들이라고 부르지만 핸들을 돌리면 이 너클이 회전하여 타이어가 움직인다.
너클의 회전중심(킹핀이라고 부름)은 자동차의 앞쪽에서 보면 캠버와 역방향으로 각도가 부여되어 있다.
이 각도를 킹핀 앵글이라고 부르는데, 보통 7~8。 정도의 각도를 가지고 있다.
킹핀앵글과 앞의 캠버의 움직임으로 타이어의 접지면이 너클의 회전중심의 연장선과 거리가 가까우면(O-M 사이의 거리), 무리한 힘이 걸리게 된다.
또한 핸들을 돌리면 너클이 아래로 내려오기 때문에 핸들에서 손을 떼어도 너클은 가장 높은 위치, 다시말해 직진상태로 되돌려 준다.
이것이 핸들의 복원력이 된다.
 

캐스터

너클의 회전중심(킹핀)은 자동차를 옆에서보면 윗부분이 뒷쪽으로 경사져 있다.
이것에 의해 주행중인 차를 누를 경우에 타이어가 모두 같은 방향으로 움직이도록 해준다.
자동차의 직전성을 좋게하며 핸들에서 손을 뗄 경우의 복원성을 유지시켜 준다.

토인

캠버가 주어진 타이어는 자동차가 주행하면 바깥쪽으로 향하는 경향이 있어, 이 상태대로 운행하면 타이어가 부분적으로 편마모를 일으키게 된다.
그래서 그림과 같이 타이어 앞부분을 약간 안쪽으로 향하도록 하여 캠버의 영향을 제거해 줌으로써 타이어의 편마모를 방지시켜 준다.

이러한 휠얼라인먼트는 저마다의 의미를 지니고 있다.
그래서 좌우 타이어의 공기압이 달라 한쪽 바퀴가 구덩이에 빠진것과 같은 경우에는 핸들조작과 타이어에 나쁜 영향을 미치는 일이 있으므로 한번 정확히 조정하여 수리하는 것이 무난하다

서스펜션의 구조

자동차가 주행하는 아스팔트 노면은 얼핏보면 평탄하게 보이지만 그표면은 이음새, 바퀴자국, 요철등이 많이 있다.
서스펜션은 타이어와 바디 사이에 금속성 스프링 또는 공기를 이용한 스프링을 끼워넣어 노면에서의 진동과 충격이 직접 바디에 전달되는 것을 방지해 주는 기구이다.

서스펜션의 구성부품

서스펜션의 구성부품은 크게 나누어 다음과 같은 것이 있다.

1. 스프링
   금속의 코일모양을 가진것이 일반적이지만 최근에는 공기를 사용한 스프링도 승용차용으로 사용되고 있다.
   에어스프링의 잠점은 스프링자체의 압축공기 압력을 변화시킴으로써 승차감과 지상고를 어느정도 변화시키는 것이 가능하다는 것이다.
   그러나 이경우 구조가 복잡하며 코스트가 올라가게 된다.
2. 쇽압쇼바
   자동차의 스프링은 일단 노면으로부터 충격을 받으면, 그만큼 신장과 압축을 계속적으로 반복하게된다.
   쇽압쇼바는 감쇄기라고도 하며, 스프링의 신장과 압축을 되도록 빨리 억제해주는 기능을 가지고 있다.
   역으로 쇽압쇼바가 없는 서스펜션을 가진 자동차는 계속적으로 진동이 발생하며 경우에 따라서는 증폭한 진동 때문에 주행이 불가능하게 되는 경우도 발생한다.
3. 서스펜션암
   바디와 타이어를 연결해주는 부품으로 서스펜션 형식에 따라 여러종류로 나뉘어진다.
   앞에서 설명한 스프링과 쇽압쇼바로 지탱되고 있으며, 노면의 요철에 따라 상하로 움직이는 것이 가능하도록 되어 있다.

서스펜션의 종류

서스펜션은 차부품중에서도 현재까지 가장 변화가 극심한 부품이다. 각 메이커가 저마다의 독창적인 방식으로 만들며, 그 종류도 상당한 수에 달하지만 여기에서는 승용차에 사용되고 있는 대표적인 경우에 대해서만 살펴보고자 한다.

스트러트(STRUT)식 서스펜션

일반적으로 전륜에 많이 사용되고 있다.
이 방식의 특징은 옆의 그림에서 알수 있듯이 스프링과 쇽압쇼바가 일체식으로 되어 있어 구조가 간단하다는 것이다.
그때문에 경자동차부터 보통 승용차까지 광범위하게 사용되고 있으며, 최근까지도 일반적으로 많이 사용되는 서스펜션이다.

위시본(WISHBON)식 서스펜션

전후륜에 동시에 사용되는 타입으로 레저용차에서 많이 볼수 있는 서스펜션 형식이다.
과거에 좌우독립형 서스펜션의 주류는 이 타입이었지만 스트러트형의 보급으로 한때는 거의 사용되지 않았다.
그러나 최근에 이르러 다시 이타입을 적용한 차종이 증가하고 있으며, 소형 4WD차의 전륜에 많이 적용되고 있다.
이 타입의 특징은 견고하다는 것과 차종에 따라 서스펜션의 묘미를 발휘할 수 있는 자유도가 크다는 것이다.
상하 서스펜션 암의 길이를 변화시켜 장착 각도를 변화시킴으로써 성격을 크게 변화시킬수 있다.

링식 리지드 서스펜션

FR차와 FF차에서 후륜이 좌우 일체식으로 된 차종에 사용되고 있다.
좌우 타이어는 한개의 축(액슬)에 의해 연결되어 있으며, 액슬은 스프링으로 바디와결합되어 있다.
코일스프링만으로 액슬을 지지하여 위치를 정해주는 능력이 없으므로 액슬을 전후 또는 좌우방향으로 지탱시켜주기 위해 3~5개의 링크가 사용되고 있다.

리프 스프링식 리지드 서스펜션

링식의 링과 코일스프링 대신에 리프스프링이라고 불리는 판모양의 스프링을 사용하고 있는 것으로 주로 후륜에 사용되며, 링식과 비교할 때 구조가 간단하다.
이형식의 특징은 리프스프링이 그 자체로서 지지역할을 하기 때문에 링이 불필요하다는 것과 대단히 견고하다는 것이다.
그 때문에 대형차와 상용차에 광범위하게 사용되고 있지만 중량이 무겁고, 승차감도 독립현가방식에 비해 나쁘기 때문에 승용차에서는 거의 찾아볼수 없는 타입이다.

트레일링암식 서스펜션

이타입은 주로 뒷쪽 서스펜션에 사용되고 있는 독립현가방식의 일종으로 자동차의 전진방향에 대해 약간 밀어강기는 방향으로 서스펜션암을 장착하고 있기 때문에 이와같이 부른다.
트레일링암식은 차체에 장착하는 각도에 따란 FULL TRAILING ARM방식과 SEMI TRAILING ARM 방식으로 분류된다.

독립현가장치와 차축현가장치의 차이는?

좌우 타이어가 1개의 축(액슬)에 의해 결합되어 있는 서스펜션을 차축현가식(LIGID SUSPENSION), 또한 각각의 타이어가 자유롭게 움직일 수 있도록 된 것을 독립현가식 (INDEPENDENT SUSPENSION)이라고 부르는데 양쪽의 구체적인 차이는 어떤것일까?
옆의 그림을 보자
두 타입 모두 한쪽 타이어가 돌출된 노면을 넘어가고 있는 상태를 표시하고 있지만 차축현가방식의 경우는 차체 그 자체가 크게 경사지게 된다는 것을 알수 있을 것이다.
그것에 반해 독립현가 방식의 경우는 저마다의 타이어가 독자적으로 움직이기 때문에 차체에 대한 영향이 적다.
그러나 우에서 좌로 1개의 튼튼한 축(액슬)을 지닌 차축현가방식은 무거운 화물을 적재하는 차량의 경우 필요한 구조이다.

쇽압쇼바

쇽압쇼바(감쇄장치)는 보통 옆의 그림과 같은 통모양을 가지고 있으며, 내부에는 스프링의 신축에 맞게 피스톤이 상하로 움직이도록 되어 있다.
피스톤이 상하로 움직이는 경우 피스톤에 있는 작은구멍(오리피스)을 오일이 통과하도록 되어 있으며, 이 오일이 저항작용을 함으로써 스프링의 신축을 조기에 멈추도록 해준다.

쇽압쇼바의 종류

쇽압쇼바의 종류로서는 혹독한 조건에서 사용될 때 발생하는 기포발생을 억제하기 위해 고압가스실을 압쇼바 내부에 설치한 타입(가스봉입식 쇽압쇼바)과 오일이 통과하는 오리피스의 크기를 변화시킴으로써 감쇄력을 변화시키는 타입(감쇄력 가변식 쇽압쇼바)등이 있다.

타이어, 휠

얼마전까지는 자동차타이어의 종류는?이라는 질문에 대해 "바이어스타이어와 래디얼타이어가 있다던가, 튜브부착과 튜브레스가 있다"라고 대답하였지만, 최근에는 승용차에서 튜브부착 바이어스타이어의 승용차는 좀처럼 찾아보기 어렵다. 자동차의 고속화가 진행되므로써 주류는 래디얼의 튜브레스로 옮아갔다.
여기에서는 래디얼타이어의 구조를 중심으로 여러가지 타이어의 종류와 특징, 더불어 휠에 대해서도 살표보고자 한다.

래디얼타이어와 바이어스타이어의 차이

래디얼이든 바이어스든 타이어는 아래그림과 같이 고무와 화학섬유, 스틸벨트를 합친 다중구조를 가지고 있다.

 

래디얼타이어와 바이어스타이어의 기본적인 차이는 이 다중구조중에 카카스라고 불리는 화학섬유층 코드의 삽입 방향에 있다.

<바이어스 타이어>                   <래디얼타이어>

래디얼타이어의 코드는 타이어를 횡방향에서 볼때 원의 중심에서 밖을 향해 방사선형상으로 삽입되어 있다.
그에반해 바이어스타이어는 몇장의 카카스코드가 중복되어 그물과 같이 되어 있기 때문에 타이어벽은 바이어스쪽이 더 강하다.
타이어 표면은 두꺼운 고무층으로 되어 있지만 노면의 돌출물에 의해 카카스가 손상을 입지 않도록 그 사이에 벨트까지는 브레커라고 불리는 충이 삽입되어 있다. 일바적으로 이층은 래디얼의 경우는 스틸벨트로, 바이어스는 화학섬유층으로 되어 있다.
이와같은 구조의 차이 때문에 바이어스타이어는 승차감이 좋은 반면 회전시 타이어의 그립성능이 떨어지며, 래디얼타이어는 스틸벨트 때문에 세밀한 진동도 전달되는 반면 타이어 측면이 부드럽기 때문에 회전시 그립성능이 우수하다.

튜브레스타이어

타이어에 사용되고 있는 고무는 시간이 경과하면 내부의 공기가 밖으로 빠져나오게 된다.
이 때문에 튜브레스 타이어에서는 타이어 가장 내측에 공기를 보존시켜주는 씰(라이너)을 길게 부착하여 공기가 새는 것을 방지해 준다.

타이어 패턴

래디얼 타이어가 보급됨에 따라 아래 그림과 같이 간단한 리브패턴과 랙패턴이 감소하며, 복잡한 형을 가진 블록패턴이 증가하고 있다.

 

타이어 패턴은 디자인적인 요소도 많지만 우천시 배수성과 주행중 소음(패턴노이즈)을 좌우하기 때문에 주의깊게 선택할 필요가 있다.

스노우 타이어

최근 문제시되고 있는 분진 공해때문에 스파이크를 박은 타이어는 거의 사용되지 않고 있다.
따라서 그 대용품이 스타드레스 타이어라고 불리는 스노우타이어 이다.
스타드레스 타이어의 특징은 저온이 되어도 딱딱해지지 않는 표면고무(컴파운드)와 사이빙이라고 불리는 미세한 구멍으로 눈길에서도 주행이 용이하다.

타이어 사이즈와 표시

소모품인 타이어는 4만km 전후 주행하면 교환이 불가피하다.
타이어수명은 타이어 표면에 표시되어 있는 슬립사인이 나타날 때까지로서 이 사인이 나타난 타이어는 차량 검사시 불합격을 받도록 되어 있다.

 

그런데 타이어를 교환할때에는 필히 타이어사이즈를 확인하여야 한다.
타이어사이즈는 타이어의 폭과 이에 적합한 휠의 직경으로 표시하고 있다.
예를들면 5.00-13 4PR로 표시된 바이어스 타이어는 타이어폭이 5인치, 휠 직경이 13인치, 4PR은 기준 카카이스가 4장분의 카카스를 갖추고 있다는 것을 표시하고 있다.
185-HR-14라고 표시된래디얼타이어에서는 폭이 185mm, 휠직경이 14인치이며, H는 스피드표시로 이외에 S 또는 V가 사용되고 있다.
S는 시속 180km까지를, H는 210km까지를 V는 그이상을 나타내준다.
R은 래디얼타이어라는 표시이다.
최근에는 이러한 표시외에 타이어 높이를 폭으로 나눈 수치에 100을 곱한 편평율이 많이 사용되고 있지만, 이것은 타이어가 얼마나 넓은지를 표시해주는 것으로 수치가 큰것이 폭이 좁은것을 나타낸다.

휠

엔진에서의 구동력과 핸들의 움직임을 마지막으로 타이어에 전달해주는 부품이 휠이다.
현재 휠은 철판을 프레스하여 만든 스틸휠과 알미늄합금을 재료로 하여 만든 알미늄휠이 주류를 이루고 있다.
스틸휠은 구조가 간단하며 코스트도 싼것이 특징이고, 알미늄휠은 가격이 비싼 반면 가볍고 정밀도가 높으며, 디자인도 우수한 것이 많기 때문에 유행이 되고 있다.

브레이크의 기능

엔진성능과 브레이크 성능이 대폭 향상된 현재의 자동차는 시속 200km를 초과하는 차들도 많이 있다.
그래서 자동차으 ㅣ기본성능은 "달린다, 회전한다, 정지한다."의 3가지로 표현할 수 있다.
지금까지 살펴 본 엔진, 동력전달계, 서스펜션, 스티어링에 의해 "달린다.", "회전한다."는 성능은 얻을 수 있었다. 여기서는 또 하난 "정지한다."라는 기능을 발휘하는 제동장치(브레이크)에 대해 알아보자

속도를 낮추기 위해서는

주행하고 있는 자동차의 스피드를 낮추기 위해서는 어떤 방법이 있을까.
승용차의 경우는 발로 밟을 때 유압을 이용한 푸트브레이크(FOOT BRAKE), 엔진을 역으로 저항으로서 이용하는 엔진브레이크가 사용된다. (대형차용 배기브레이크)
그외에 언덕길에서도 자동차가 움직이지 않도록 고정시켜 주는 사이드브레이크가 있지만, 이것은 자건거 브레이크와 같이 와이어를 당겨 작동시키는 것으로 통상 감속용으로는 사용하지 않는다.

푸트 브레이크라는 것은?

자동차의 푸트 브레이크(FOOT BRAKE)는 유압식과 압축된 공기를 사용하는 에어브레이크가 있지만 에어브레이크는 기구도 복잡하고 중량도 늘어나기 때문에 대형차용이라고 할 수 있다.
현재 승용차용으로서 사용되고 있는 푸트브레이크는 유압식으로 전륜용은 거의 다 디스크브레이크가 사용되고 있다.
후륜용은 드럼브레이크와 디스크브레이크가 있는데, 그 성능은 각각 일장일단이 있다.
또한 최근 자동차에는 배력장치가 부착되어 있어 브레이크페달을 가볍게 밟아도 제동이 되도록 되어 있다.

디스크 브레이크와 드럼브레이크

디스크브레이크

타이어와 동시에 회전하는 전반(디스크)을 유압에 의해 움직이는 피스톤으로 디스크 양측에서 잡아줌으로써 정지시켜주는 것이 디스크브레이크다.
디스크브레이크의 기본적인 구성은 아래그림과 같다.

페달을 밟으면 실린더내에 발생하는 유압으로 피스톤이 이동한다. 피스톤과 디스크사이에는 패드라고 불리는 부품이 장착되어 있으며, 실제로 디스크를 눌러주는 기능을 한다.
또한 피스톤과 실린더 사이에는 브레이크오일의 밀폐와 페달을 뗄때 피스톤을 당겨 브레이크가 빠져나가는 것을 방지해주는 피스톤씰이 부착되어 있다.
이 실린더와 피스톤을 하나로 모은 부품을 캘리퍼라고 부른다.

벤틸레이티드 디스크브레이크

열은 브레이크와 제동력을 방해하는 큰 요인이므로 디스크브레이크의 방열성을 보다 좋게 해주는 것이 벤틸레이티드 디스크브레이크이다.
이것은 아래 그림과 같이 디스크이 주위에 여려개의 구멍을 뚫은것으로 디스크의 표면적을 크게하여 방열을 촉진시켜 준다.

드럼브레이크

드럼브레이크는 타이어와 동시에 회전하는 드럼속에 페달을 밟으면 오일의 압력으로 확장하는 띠모양의 브레이크슈가 부착되어 있는 것으로 이 브레이크슈와 드럼의 내부가 마찰함으로써 제동작용이 이루어진다.

 

드럼브레이크의 장점은 자기배력효과(서보효과)에 있다.
이것은 옆 그림의 브레이크규에 의해 유압피스톤힘 뿐만 아니라, 드럼의 회전에 의해, 더우기 슈가 드럼속에서 작동하는 기능에 의해 제동효과가 상승한다.
이 서보효과의 발생방법의 차이로 드럼브레이크는 다음과 같이 분류된다.

≫리딩트레일링식 (LEADING TRAIALING 식)
리딩트레일링식은 2개의 브레이크슈가 자동차의 전진과 후퇴에 반응하여 자기배력효과를 발생하는 슈를 교체한다.
다시말해 전진 또는 후진시에도 한쪽 슈가 자기배력효과를 가지고 있다.

≫복동 2리딩식
2리딩식은 그 이름과 같이 전지시에 2개의 슈가 동시에 서보효과를 발휘한다.
그러나 후진시에는 어느 슈에서도 서보효과가 발생하지 않기 때문에 제동력이 떨어진다.

≫듀오서보식
듀오서보식은 상기 2개의 효과를 합친것이다. 다시말해 전진시나 후진시에도 2개의 슈가 동시에 서보효과를 나타내므로 큰 제동력을 얻을 수 있다.

디스크브레이크와 드럼브레이크효과의 차이

고성능 승용차의 브레이크로서는 드럼브레이크가 디스크브레이크보다 나은것은 아니다. 디스크브레이크나, 드럼브레이크 모두 회전하고 있는 것은 마찰력으로 억제하여 운동에너지를 마찰(열에너지)로 변화시켜 자동차를 감속시켜 주지만, 연속적으로 브레이크를 밟으면 패드와 슈의 표면이 열때문에 소착하여 제동력이 극단적으로 떨어지는 경우가 있다. (이것을 페이드 현상이라 부름)
드럼브레이크는 브레이크규가 드럼내부에 부착되어 있기 때문에 이 열이 대기중으로 빠져나가는 것이 쉽지 않다.
반면 디스크브레이크는 디스크와 패드가 모두 대기중에 노출되어 있기 때문에 주행풍에 의해 냉각되므로 안정된 제동력을 얻을 수 있다.

브레이크 조작기구

유압식 브레이크이 조작기구는 페달, 마스터실린더, 제동배력장치, 오일배관등으로 구성되어 있다.
마스터실린더는 마치 주사기와 같은 것으로 페달을 밟으면 오일을 압축하는 기능을 가지고 있다.
제동배력장치는 그림과 같은 모양을 가지고 있으며 페달과 마스터실린더사이에 설치되어 있다.
디스크브레이크는 드럼브레이크와 같은 큰 서보 효과를 발생하는 구조로는 되어 있지 않다.
그때문에 패드를 눌러주는 오일의 압력을 가능한 크게 하는 것이 필요하다.
부압식 제동배력장치는 엔진 또는 진공펌프에서 발생하는 부압과 대기압의 압력차이를 이용하여 강력한 힘으로 마스터실린더의 피스톤을 누름으로써 브레이크측의 실린더내에 큰 압력을 발생시키는 장치이다.

브레이크페달을 밟으면 피스톤은 스프링의 장력에 의해 앞으로 이동한다. 그러면 리저브탱크로부터 오일통로가 차단되어 실린더내의 오일 압력이 올라가며, 따라서 브레이크 유압도 올라간다.
또한 페달에서 발을 떼면 스프링 힘에 의해 원래 상태로 복원된다.
한편 부스터는 엔진의 흡입관과 통하게 되어 있어 피스톤이 하강할때 생기는 흡입압력을 이용하여 유압을 높여주므로써 제동력을 키워준다.
이때문에 브레이크를 가볍게 밟더라도 큰 제동력을 얻는것이 가능하다.

ABS(안티록브레이크)

어느정도 큰유압이 발생하는 브레이크장치에 고성능 피스톤 캘리퍼의 디스크브레이크를 장착하고 있어도 모든 자동차는 서지 않으면 안되는 경우가 많다. 모든 자동차가 우회시나 눈길에서는 급브레이크 사용이 금물인것은 타이어가 미그러지기 때문이다.
또한 건조한 노면에서도 급브레이크를 밟으면 관성력 때문에 차량중량이 전륜으로 쏠린다.
이때 후륜은 브레이크가 쉽게 걸린다.

주행중 급브레이크를 밟으면 자동차가 정지하기 이전에 타이어가 먼저 잠기는데 이때 전륜이 정지하면 조향력을 상실하며, 후륜이 정지하면 안정성이 떨어진다.
이와같은 현상을 방지하기 위해 고안된 것이 ABS이며, 특히 눈길, 빙판길에서 뛰어난 제동성능을 발휘한다.
원리는 펌핑브레이크를 작동해주는 장치가 있다고 생각하면 된다.
이와같이 휠이 잠기는 것을 방지해주는 기구가 ANTI-LOCK BRAKE SYSTEM이다.
이것은 타이어의 회전속도를 전기적으로 감지하여 컴퓨터로 처리함으로써 유압을 변화시켜주는 일종의 펌핑브레이크로 타이어의 잠김현상을 방지해 주는 기구이다.

사이드(파킹)브레이크

유압식 브레이크에 장시간 압력을 가하면, 파킹씰에서 오일이 새는 경우가 발생할 수 있기때문에, 주차용 브레이크로서는 그다지 적합하지 않다.
그래서 주차용으로 사용되고 있는 사이드(파킹)브레이크는 와이어를 당겨 작동시키는 방식이 사용되고 있다.
운전자가 조작하는 것은 레바 또는 페달뿐이다.
통상 사이드브레이크는 후륜브레이크를 작동시키는 구조로 되어 있다.
또한 디스크브레이크일 경우는 사이드브레이크전용의 드럼브레이크를 가지고 있지만 캠에 의해 디스크브레이크 피스톤이 당겨지는 방식이 있다.

브레이크에 발생하는 문제는?

신차를 구입했을 때 발생 가능성이 있는 문제점으로 브레이크소음이 있다.
회전하고 있는 디스크와 드럼을 마찰에 의해 정지시켜주기 때문에 마치 흑판을 분필로 긁을때 "킥"하고 나는 소리와 같이, 어느정도의 소음은 많든 적든간에 어떤차에서도 난다.
또한 샤시와 차체부품이 그 소음을 확대하기 용이한지 아닌지를 결정해주고 있다. 브레이크 소음을 줄이기 위한 방지용 씰의 장차과 오일(그리스)이 시판되고 있지만 근본적인 해결책은 현재로서는 없다.
특히 FF타입의 큰 배기량차가 증가함에 따라 중량이 많이 걸리는 전륜브레이크의 부팜은 키지고 있다.
엔진브레이크효과가 없는 자동변속기차량의 경우는 그 소음이 현저하며, 패드가 빨리 마모될 뿐만 아니라 긴 언덕길을 내려오면 앞에서 언급한 바와 같이 페이드현상이 발생하는 경우가 있다.
페이드 현상이 발생하면 아무리 강하게 브레이크를 밟더라도 차량속도는 전혀 감속되지 않는다.
브레이크효과가 나쁘며, 타는 냄새가 날때에는 차를 정지시킨후 브레이크를 약간 냉각시키는 것이 필요하다.