3. 자동차의 관리

3-1 자동차는 기본적으로 어떻게 구성되어 있을까?

ㅣ2ㅣ 자동차용 원동기

(1) 가솔린 기관

④ 윤활 장치
기관에 기계적 접촉이 있는 부분 즉 피스톤의 왕복 운동 부분, 크랭크축이나 캠축의 회전 운동 부분, 밸브 기구 부분은 기계적 마찰에 의하여 마찰열이 발생하고, 마찰면이 거칠어져 빨리 마모되거나 고장의 원인이 된다.
이들 부분에 마찰을 적게하고 마멸을 방지하기 위하여 금속의 마찰면에 오일을 주입하여 적당한 유막을 만들어 기관의 작동을 원활하게 하는 장치를 윤활 장치라 한다. 기관에서의 윤활유의 작용을 살펴보면 다음과 같다.
㉠ 유막 형성으로 인한 마찰 감소 및 마멸 방지 작용을 한다.
㉡ 윤활유가 순환하며 마찰열을 흡수하여 냉각 작용을 한다.
㉢ 실린더와 피스톤 사이에 유막을 형성하여 기밀(氣密)을 유지한다.
㉣ 공기나 수분을 차단하여 부식을 방지하고, 불순물이 끼는 것을 막는다.
㉤ 기관의 각 작동부에서 발생하는 충격을 흡수하고, 소음의 발생을 막는다.

< 압송식 윤활 장치 >

윤활 방식에는 오일을 튀겨서 윤활하는 비산식과 오일 펌프로 윤활유를 강제 압송하는 압송식(압력식)이 있으며, 그림은 승용차에 주로 사용되는 압송식 윤활 장치를 나타낸 것이다. 이 방식은 기관 본체 하부의 오일 팬의 윤활유를 오일 펌프로 크랭크축, 캠축 등의 마찰면에 압송하고 실린더 벽면은 커넥팅 로드에서 윤활유를 튀겨서 윤활한다.
윤활 장치는 스트레이너, 오일 펌프, 오일 여과기, 유압 조절기, 오일 통로 등으로 구성되어 있다. 스트레이너는 윤활유 속에 있는 큰 입자의 불순물을 제거하며, 오일 여과기는 윤활유 속의 먼지나 마찰에 의해 생긴 금속 분말 등의 불순물을 걸러 준다.
오일 펌프는 크랭크축이나 캠축에 의하여 구동되어 윤활유를 압송하는 일을 하며, 그림 Ⅲ-23과 같이 기어식과 베인식이 많이 사용된다. 유압 조절기는 기관의 회전이 빨라지면 오일의 압력이 높아지므로 일정한 압력을 유지하기 위한 장치이다.

< 오일 펌프 >

⑤ 냉각 장치
냉각 장치는 기관을 냉각하여 과열을 방지하고 또 적당한 온도로 유지하는 장치이다. 실린더안의 연소 가스는 2,000℃ 이상이므로 알맞게 냉각하지 않으면 기관이 과열되어 피스톤과 베어링이 녹아 붙거나, 윤활유의 점도가 낮아져 윤활 능력이 떨어지고 노킹이나 조기 점화가 발생하여 기관의 출력이 저하되고 수명이 단축된다.
반대로 지나치게 냉각되면 열손실의 증가하고 연소 생성물이 점화 플러그나 연소실에 부착되어 기관 효율이 저하된다. 이 때문에 기관을 알맞게 냉각하여 운전하기 좋은 온도(냉각수 온도 70∼80℃)로 유지하는 냉각 장치가 필요하다.
냉각 방식에는 냉각수를 기관 내에 순환시켜 냉각하는 수냉식과 공기로 기관의 외부를 냉각시키는 공랭식이 있다.
㉠ 수냉식 : 실린더 블록과 실린더 헤드에 설치된 물 재킷 안에 냉각수를 순환시켜 냉각하는 방법으로, 물 펌프, 라디에어터, 수온 조절기, 물 재킷으로 구성된다. 라디에이터는 냉각수가 흡수한 열을 방열하여 냉각시키며, 뒷면에 냉각 팬이 설치되어 강제 통풍으로 냉각 효과를 높이고 있다. 냉각 팬은 시동이 멈추어도 일정 시간 작동하여 냉각수의 온도를 낮추게 된다.
수온 조절기는 냉각수의 온도에 따라 열리고 닫히며 냉각수의 온도를 일정하게 유지하는 역할을 한다.

< 수냉식 냉각 장치 >

그림과 같이 냉각수는 온도가 낮을 때에는 수온 조절기가 닫혀 실린더 내를 순환하며 워밍업 시간을 단축시키고, 냉각수의 온도가 상승하여 일정 온도(80℃안밖) 이상이 되면 수온 조절기가 열리기 시작하여 냉각수가 라디에이터로 흘러 냉각된다. 냉각수에 전달되는 기관 출력은 전체 연소 가스 열량의 25∼35％정도이다.

㉡ 공랭식 : 공랭식 기관은 실린더 벽의 바깥둘레에 냉각 핀을 설치하고 외부 공기를 이용하여 냉각하는 방식이다. 수냉식에 비하여 구조가 간단하고 열손실이 적으며, 물이 새거나 냉각수의 동결이 없는 이점이 있다. 그러나 열에 의한 기관 변형이 일어나기 쉽고, 냉각 효율이 떨어지며 운전 중에 소음이 크다.

⑥ 배기 장치 와 배기 가스 대책
배기 장치는 실린더 내에서 연소한 가스를 외부로 배출하는 장치로서 그림과 같이 배기 다기관 exhaust manifold), 촉매 변환기, 배기관, 소음기(muffler) 등으로 구성되어 있다.

< 배기 장치 >

배기 매니폴드는 각 실린더에서 배출하는 배기 가스를 모아 배기관으로 보내는 역할을 하며, 촉매 변환기는 배기 가스 중에 포함된 유해 물질인 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물 등을 촉매를 사용하여 산화 및 환원시켜 이산화탄소나 물로 변환시키는 장치이다. 소음기는 배기 가스의 통로를 우회시켜 압력과 온도를 저하시킴으로서 배기의 급격한 팽창에 의한 소음을 줄이도록 한 것이다.
자동차에서 배출되는 가스는 연소 가스를 배출하는 배기 가스, 실린더와 피스톤 사이로 새어나오는 블로바이 가스, 연료 탱크나 기화기 등에서 증발하는 연료 증발 가스가 있다. 블로바이 가스와 연료 증발 가스는 대부분이 미연소된 연료(HC)이므로 가솔린 증기를 활성탄으로 흡착시키는 캐니스터(Canister)에 저장하였다가 실린더로 보내 연소시킨다.
배기 가스에는 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소 산화물(NOχ) 등의 유해 물질이 포함되어 있다. 이러한 유해 물질을 감소시키기 위해서는 연료를 완전 연소시켜서 유해 물질의 발생을 줄이는 방법과 생성된 유해 물질을 무해한 물질로 변환하는 방법이 있다. 유해 물질 발생을 줄이는 방법으로는 배기 가스의 일부를 재순환시키는 배기 가스 재순환 장치와 공기와 연료의 비율을 알맞게 하여 완전 연소하도록하는 전자 제어 연료 분사 장치 등이 사용되고 있다. 또한 생성된 유해 물질을 변환하는 방법으로는 삼원 촉매 변환기가 사용되고 있다.
자동차 기관에서는 유해 물질의 규제값이 정해져 있지만, 유해 물질을 되도록 적게 발생하려는 노력이 무엇보다도 중요할 때이다.