자동차부품, 엔진에 대해서 (2)

자동차부품, 엔진에 대해서 (2)

 자동차 엔진의 역사에 대해서 계속 설명을 하도록 하겠습니다.

그리고 자동차 엔진의 부품에 대해서 적겠습니다.

-가솔린을 사용한 내연 기관 개발 이전에 나왔던 것

 지금도 가솔린 차량이 많이 달려 있습니다. 하지만, 최근 점차 증가하고있는 자동차는 전기 자동차입니다. 전기 자동차는 엔진을 탑재하고 있지 않고, 전기 모터로 달리는 것이지만,이 전기 자동차도 원형을 더듬어 가면, 사실 19세기에 이미 개발이 되었다고 생각 할 수 있습니다.

 1830년대 스코틀랜드의 로버트 앤더슨이 처음으로 전기 자동차를 발명하고 있었습니다. 그러나 당시의 전기 자동차는 충전 할 수 없는 일차 전지로, 현재와 같은 배터리 (충전지)가 없었습니다. 실제로 발매되게 된 것은, 거기서 50년 이상 지난 1886년경이라고 알려져 있습니다.

 1899년 전기자동차는 자동차쪽에서는 첫 100km / h 초과를 가솔린 차보다 먼저 달성함으로써 향후 개발이 기대되고 있었습니다. 이 영향은 미국에서도 인기가 나오기 시작, 유명한 발명왕 토마스 앨바 에디슨 (Thomas Alva Edison)도 이차 전지를 중심으로 한 개혁을 추진했던 정도입니다.

 1900년 페르디난트 포르쉐가 파리 박람회에 4륜 구동 전기 자동차를 전시하였고, 또한 2년 후 현재에서 말하는 하이브리드 카 'mixte' 를 발표, 그 'mixte' 는 가솔린 내연 기계 엔진에서 발전한 전기를 배터리에 충전하고, 그 전기로 모터를 돌리는 하이브리드 방식이었습니다.

 그 후, 전기 자동차도 급개발해 나갔습니다.

-가솔린 차량이 보급 된 이유

 증기 기관의 문제점은 전술 한 바와 같이, 차체가 너무 커져 버리는 것입니다.

 

 전기 자동차는 미국에서 약점이 현저하게 나와 버렸습니다. 그 문제는 바로 배터리였습니다. 나름대로 연료를 추가하면 계속 주행이 가능한 가솔린 자동차에비해 전기 자동차는 주행 거리가 짧고, 미국의 넓은 땅을 돌아 다니는데에 불편함이 생겼습니다.

 이것은 축전 기능이 발달하는 2000년대까지 전기 자동차의 큰 과제이기도 했습니다. 또한, 토마스 앨바 에디슨 밑에서 연구를하고 있던 헨리 포드 (Henry Ford)가 가솔린 차량인 포드 T 형을 판매해 큰 성공을 거둘 수 있습니다. 가격이 비교적 저렴하고 대량 생산을 할 수 있게 된 것, 즉 가성비가 매우 출중한 자동차를 제작을 해버려서, 가솔린 차량이 국민차가 되어버렸습니다.

 약점을 극복하지 못하고, 심지어 가솔린 차량의 대 성공으로 전기 자동차는 일부 차량을 제외한 대부분 햇빛을 볼 수 없어져 버렸습니다.

-자동차 엔진의 문제해결

 지금 와서는 차에 시동을 걸려면 당연하게도 열쇠를 넣어 돌리거나 시작 버튼을 누르는 것만으로 엔진이 걸리게되어 있습니다. 그러나 20세기 전반까지만 하더라도 목숨을 건 작업이었습니다. 왜냐하면 지금과 같은 자동 시작하지 못하고, 크랭크 봉라는 막대기를 돌려 시동을 걸고해야 했었습니다.

 크랭크 막대는 엔진 내부의 크랭크 샤프트에 직접 연결되어있는 것으로, 내연 기계 엔진 개발 초기에는 엔진을 시동시키기위한 소중한 물건이었습니다. 현재의 내연 기계 형 엔진에 크랭크 샤프트는 사용되고 있습니다만, 크랭크 막대를 돌려 엔진을 시동시키는 시동 방법은 없습니다. 지금은 키를 돌리거나 시작 버튼을 누르거나하는 동작입니다.

 가솔린 엔진의 동작을 일반적인 4 행정이고, 단적으로 설명하자면

① 흡입 : 피스톤이 하강하여 흡기 밸브에서 연료와 공기의 혼합기를 연소실에 흡입 

② 압축 : 크랭크 샤프트에서 피스톤을 상승시켜 실린더 내부의 혼합기를 압축 

③ 연소 : 압축 혼합기를 불꽃으로 점화. 연소 피스톤을 아래로 눌러 크랭크 샤프트를 회전

④ 배기 : 피스톤이 상승하고 배기 밸브에서 연소 가스를 배출 

 등 사이클을 연속 해 실시하여, 크랭크 샤프트를 회전시킵니다. 회전하는 크랭크 샤프트의 연동을 통해 실린더 내의 피스톤이 왕복하는 사이에 1 회 연소와 1 회 배기를합니다. 그것을 여러 기통을 통해 연속적으로 수행함으로써 엔진은 움직이고 있지만 엔진 시동시에 ① 흡입 단계에서 피스톤을 낮추기위한 크랭크 축 회전을 위해서는 어떻게 했었을까요. 

 그 첫 번째 회전을 크랭크 막대를 이용하여 수동으로 돌려 직접 크랭크 샤프트를 회전시켜서 시동을 걸고있었습니다. 그러나 돌리는데에는 요령이 필요하고, 잘되지 않으면 엔진이 걸리지 않았습니다. 오히려 막대기가 역 회전을하여 뜻하지 않은 부상을 당하는 문제가 있었습니다. 최악의 경우 목숨을 잃는 사람까지 있었다고합니다.

 지금은 전혀 생각 할 수 없는 얘기지만, 당시에는 이러한 경우가 하나의 큰 문제였습니다.

 그 문제에 관심을 갖고 해결하려 생각한 사람이 미국의 고급차 링컨과 캐딜락을 시작한 장본인 헨리 마틴 리랜드 (Henry Martin Leland)입니다. 그리고 그 의사를 받아 발명가 찰스.F.케터링 (Charles Franklin Kettering)이 전기 모터를 사용한 셀프 스타터를 개발합니다.

 1912년에는 그 장치가 캐딜락에 장착되어 판매 여성용 옵션으로 큰 인기를 얻었습니다. 그 당시 대인기였던 T 형 포드도 1917년부터 갖춰지게 목숨을 걸고 엔진 스타트에서 해방되었습니다.

 동시에 엔진 시동 장치, 스타터모터의 발명에 의해 운전이 대중화 자동차 보급의 요인이되었다고 볼 수 있습니다.

-자동차의 대중화와 동시에 속도, 고급차에 대한 갈망이 시작

 자동차가 대중적되면서 그 성능을 경쟁하는 자동차 경주가 열리게되었습니다. 또한 귀족이나 부자를 타겟층삼아 고급차를 개발하게되어 그 성능은 점점 올라 가게됩니다.

 프랑스에서는 1906년에 제 1 차 ACF 그랑프리를 개최 그때에는 증기 기관 자동차쪽이 속도가 더 빠르게 나오고있었습니다. 스탠리 스티머가 기록한 205.4km / h는 시속 200 킬로미터를 공식적인 자리에서 넘어 역사적인 순간이기도 했습니다. 당시는 휘발유 차량이 거기까지 속도가 나오지 않는 시대였고, 가솔린 자동차가 200km / h를 넘는 것은 1909년입니다.

 그 후에도 자동차 경주는 각국에서 행해졌고, 동시에 엔진을 비롯한 자동차 기술의 발전에 크게 공헌해 나갈 것입니다. 현재 알파 로메오 (이탈리아)와 벤츠 (독일), 벤틀리 (영국) 등이 국가의 위신을 걸고 참여하고 있습니다.

 결과를 떠나, 그것은 자동차의 발전을 재촉하게되었습니다.

 고급차는 6 기통 엔진을 탑재 한 영국 롤스 로이스 40 / 50HP 실버 고스트 (1906년)와 미국의 캐딜락 모델 30 (1912년), 프랑스의 이스파노 스이자 32CV H6b (1928년) 등이 등장. 당시의 기술을 풀 장착시킨 차량은 일반 시민의 동경이되었습니다.

 이것으로 엔진의 역사에대해 알아봤습니다. 엔진은 흔히 자동차의 심장이라고도 불리며, 엔진의 발전이 자동차의 발전에 크게 기여한다고 볼 수 있습니다. 이제 그 엔진의 구조에 대해 알아보겠습니다.

2. 자동차 엔진의 구조

엔진 구조를 잘 알는 사람은 드뭅니다. 당연한 듯이 운전석 엔진 키를 돌리면 엔진이 걸리고 타는데 아무 문제없이 달리는 현대 자동차. 거기에 엔진은 어떤 구조로 되어있고, 각각 어떤 역할을 하는 것을 굳이 알 필요는 없으니까요.

 또한 가솔린을 사용하여 동력을 만드는 것은 알고 있어도 그 원리에 대해서는 모르는 사람도 많을 것으로 생각합니다. 지금부터는 엔진의 구조에 대해  자세히알고, 스트로크와 실린더 수와 같이 자주 듣는 말이지만, 생각보다 차이가 있을지도 모를 말에 대해서도 확인하고 갑시다.

-엔진의 기본 부품에 대해

 내연 기관 엔진의 기본은 공기와 연료를 혼합시킨 불꽃을 날려 폭발시킴으로써 얻어지는 에너지를 동력으로 변환하는 것 입니다.

간단하게 말하면 이런 흐름이지만, 여기에서는 세세한 부분 별 명칭과 역할을 적어보겠습니다.

1) 밸브

 밸브는 호기 밸브와 배기 밸브가 있습니다. 쉽게 설명하면, 호기 밸브는 깨끗한 공기를 엔진에 가져 오기위한 것입니다. 휘발유를 주입 점화시키기위한 첫 단계로 작동하는 밸브입니다.

 두번째로, 배기 밸브는 스파크를 마치고 가스로 바뀐 소위 배기 가스를 배출 할 때 열 밸브입니다. 여기에서 더러운 공기를 내뿜고, 다음 깨끗한 공기를 채울 준비를합니다. 둘 다 필요 없을 때는 딱 닫혀 있고, 공기의 누설이 없도록 작동하는 것이 특징입니다.

 두 밸브가 제대로 작동하지 않으면 정상적인 스파크가 발생되지 않으며 최악의 경우. 엔진 정지 (엔진 고장)의 원인이 될 수 있습니다.

2) 주입기 (인젝터)

 인젝터는 가솔린을 배출하기위한 부품입니다. 호기 밸브에서 깨끗한 공기를 도입하면 인젝터에 신호를 줘서 엔진 내 (실린더)에 가솔린을 적당량 배출합니다. 이 부품에 이상이 있으면, 적당한 파워가 나오지 않게되어 출력 부족의 원인이되는 경우가 많습니다.