ㅣ4ㅣ 현가장치(suspension system)

현가 장치는 앞차축과 뒤차축을 차체에 연결하여 지지하는 장치로서, 주행할 때 차축이 받는 진동이나 충격을 흡수하여 자동차의 승차감과 안정성을 향상시킨다. 또한 구동 바퀴에 발생하는 구동력 및 제동력과 자동차가 선회할 때의 원심력을 차제에 전달하여 충격을 완화시키며, 각 바퀴를 차체에 대해 바른 위치로 지지하는 역할을 한다.
현가 장치는 그림과 같이 노면에서 받은 충격을 완화하는 현가 스프링과 스프링의 자유 진동을 억제하여 승차감은 좋게 하고 스프링의 피로를 경감시키는 쇽 업저버(shock absorber), 좌우 차축의 현가 장치가 독립된 경우 자동차가 좌우로 흔들리는 것을 방지하여 안정성을 향상시키는 스태빌라이저(stabilizer)로 구성된다.

< 현가 장치>

ㅣ5ㅣ 조향 장치(steering system)

조향 장치는 자동차의 핸들을 돌려 앞바퀴를 주행에 필요한 방향으로 바꾸는 장치로서, 자동차의 주행 안전상 제동 장치와 함께 매우 중요한 장치이다. 조향 장치는 그림 Ⅲ-36과 같이 조향 핸들, 조향축, 조향 기어, 링크 기구, 조향 너클 등으로 구성되어 있다. 운전자가 조향 핸들을 조작하면 조향축을 통해 조향 기어가 회전하고, 조향 기어의 회전에 따라 링크 기구(타이로드)가 좌우로 움직이며 조향 너클을 밀고 당기면서 바퀴를 움직이게 된다. 최근에는 핸들의 조작을 가볍고 신속하게 하기 위하여 동력으로 오일 펌프를 구동하여 발생한 유압을 이용하는 동력 조향 장치(power steering system)가 사용되고 있다.

ㅣ6ㅣ 제동 장치

제동 장치는 주행 중인 자동차의 속도를 줄이거나 정지시키며, 또 정지 중인 차량이 움직이는 것을 방지하는 장치로, 자동차의 주행과 안전상 가장 중요한 장치이다. 제동 장치는 안전을 위하여 다음과 같은 요건을 갖추어야 한다.
㉮ 작동이 확실하고 잘 되어야 하며 충분한 제동력을 갖어야 한다.
㉯ 신뢰성이 높고 내구성이 뛰어나야 한다.
㉰ 조작이 간단하고 운전자에게 피로감을 주지 않아야 한다.
자동차의 제동 장치는 일반적으로 마찰력을 이용하는 마찰식 브레이크를 사용하고 있으며, 제동 장치에는 주행할 때 주로 사용하는 주 브레이크(foot brake)와 자동차를 주차할 때 사용하는 주차 브레이크(hand brake), 주 브레이크를 보호하고 제동 효과를 높여 긴 경사로를 내려갈 때나 급감속을 할 때 사용하는 보조 브레이크(배기 브레이크, 엔진 브레이크) 등이 있다.
제동 장치의 조작 기구에는 와이어를 이용하는 기계식과 유압을 이용하는 유압식, 공기를 이용하는 공기식이 있으며, 주 브레이크는 유압식이, 주차 브레이크는 기계식이, 대형 트럭이나 버스에는 공기식이 사용된다.

① 유압식 브레이크
밀폐된 유체의 일부에 압력을 가하면, 그 압력이 유체 내의 모든 곳에 같은 크기로 작용한다는 파스칼의 원리를 이용한 것으로 마스터 실린더, 휠 실린더, 드럼 브레이크, 디스크 브레이크, 브레이크 파이프 등으로 구성된다.
㉮ 마스터 실린더(master cylinder) : 브레이크 페달을 밟으면 유압을 발생하는 부분으로, 아래쪽은 실린더부로 실린더 내에 피스톤, 피스톤 컵, 리턴 스프링, 첵 밸브로 구성되며, 위쪽은 오일 공급 탱크가 마련되어 있다.
㉯ 휠 실린더(wheel cylinder) : 마스터 실린더에서 오는 유압에 따라 브레이크 슈를 드럼에 밀어붙이는 역할을 한다.

㉰ 드럼 브레이크(drum brake) : 드럼 브레이크는 바퀴와 결합되어 회전하는 브레이크 드럼과 차축에 고정된 브레이크 슈의 마찰력에 의해 드럼의 회전을 억제하는 브레이크로 승용차의 뒷바퀴나 대형 차량의 제동 장치로 주로 사용된다. 브레이크 슈에는 마찰력을 높이기 위하여 마찰 계수가 큰 브레이크 라이닝이 붙어 있다.
㉱ 디스크 브레이크(disc brake) : 브레이크 드럼 대신에 바퀴와 함께 회전 하는 브레이크 디스크를 사용하며, 유압에 의해 작동하는 2 개의 패드(pad)가 디스크를 압착하여 생기는 마찰력에 의해 제동하는 장치이다. 디스크 브레이크는 드럼 브레이크의 슈에 비해 패드의 면적이 작아 높은 유압이 필요하고 패드의 마모가 빠르나, 발열성이 우수하여 반복 제동시 안정된 제동력을 얻을 수 있고, 구조가 간단하여 승용차에 주로 사용된다.

② ABS(Anti-lock Brake System)
자동차가 미끄러운 노면이나 선회 중 급제동을 하면 미끄러짐이 발생하는데, 이러한 미끄럼을 방지하기 위하여 제동시 4 바퀴의 휠 실린더 유압을 자동으로 조절하여 타이어와 노면 사이의 미끄럼을 방지하는 브레이크 시스템이다. ABS는 바퀴의 회전 상태를 감지하는 속도 센서, 차량의 상태를 분석하여 명령을 내리는 전자 컨트롤 시스템, 명령에 따라 브레이크의 유압을 제어하는 유압 장치, ABS경고등, ABS릴레이 등으로 구성된다.
ABS는 제동시 4 바퀴에 알맞은 유압을 조절함으로서 제동 동작을 향상시키고 스핀 현상을 방지하므로, 브레이크 작동시 차의 직진 안정성 및 조향 안정성이 좋으며 짧은 제동 거리를 유지할 수 있다.

< 심화학습 >

1. 타이밍 벨트와 밸브 개폐 선도
피스톤이 어느 위치에 있을 때 밸브를 개폐하느냐'는 기관의 출력을 결정하는 중요한 요소이다. 자동차에는 동력이 발생되는 크랭크축과 밸브를 작동하는 캠축을 벨트로 연결하는데, 이를 타이밍 벨트라 한다. 피스톤의 위치와 밸브의 개폐 시기를 정확하게 맞추기 위하여 크랭크축 타이밍 기어와 캠축 타이밍 기어에 타이밍 마크가 표시되어 있다. 흡입 밸브는 피스톤이 상사점에서 열리지 않고 피스톤의 흡기 행정 전 즉 배기 행정이 끝나기 직전에 열리고 흡입 행정의 하사점을 지난 뒤에 닫힌다. 이와같이 하면 흡입 관성을 이용하여 혼합기를 더 많이 실린더 안으로 흡입할 수 있다. 배기 밸브 또한 하사점 전에 열리고 상사점 후에 닫힌다. 따라서 배기 행정이 끝날때와 흡입 행정이 시작될 때, 흡입 밸브와 배기 밸브가 모두 열려 있는 시기를 밸브 겹침(overlap)이라하며, 이렇게 하여 혼합기의 체적효율을 높게 한 것이다. 흡배기 밸브가 상사점 또는 하사점 전후 몇도에서 개폐하는 지는 기관의 설계에 따라 따르며, 개폐시기를 크랭크축의 회전 각도로 나타낸 것을 밸브 개폐 선도라 한다.

2. 축전지
현재 자동차에는 납축전지가 사용되며, 양극판, 음극판, 격리판 및 전해액으로 구성된다. 양극판은 이산화납(PbO2), 음극판은 납(Pb)이 사용되고, 전해액은 묽은 황산(H2SO4)이 사용된다. 격리판은 부도체로서 전해액이 자유로이 확산할 수 있도록 다공성(多孔性)이며, 양극판과 음극판 사이에 끼워져 두 극판이 서로 단락되는 것을 방지한다. 납축전지는 여러 장의 극판을 그림 Ⅲ-40과 같이 연결한 것을 셀(cell)이라 하며 완전 충전시 약 2.1 V의 전압이 발생한다. 따라서 12 V 축전지는 6개의 셀이 직렬로 접속되어 있다. 전해액의 비중은 온도에 따라 변화하지만 일반적으로 1.280을 표준으로 한다.

3. 디젤 기관의 연소 과정
(1) 착화 지연 기간 : 그림의 A에서 B까지의 기간은 연료가 안개 모양으로 분사되어 실린더 안의 압축 공기에 의해 가열되어 착화 온도에 도달되는 기간이다. 이 기간의 크기는 연소에 큰 영향을 미치므로 짧은 것이 좋다. 이 기간의 크기는 연료의 착화성, 공기의 압축 압력 및 온도, 연료의 분사 상태 등에 의해 영향을 받는다.
(2) 화염 전파 기간 : 그림 B에서 C까지의 기간으로, 발화되어 연소가 전파되며 분사된 연료의 양 및 연료 분사 상태(미립화) 등과 관계된다. 압력이 급격히 상승하게 된다.
(3) 직접 연소 기간 : 그림의 C에서 D까지의 기간이며, 연료가 분사됨과 동시에 연소한다. 따라서 C-D사이의 압력의 변화는 연료의 분사량을 증감하여 어느 정도 조정할 수 있다.
(4) 후기 연소 기간 : 그림의 D에서 분사가 끝나고 연소 가스가 팽창하나, 그 때까지 완전 연소되지 않은 것은 팽창 기간에 연소한다. 이 D-E의 기간을 후기 연소 기간이라 한다. 이 기간이 길면 배기 온도가 높아지고 열효율이 저하되므로 짧아야 한다. 연료의 입자의 크기, 분포 및 공기와 접촉이 이 간의 연소에 큰 영향을 준다.

4. 앞바퀴 정렬(wheel alignment)
자동차가 주행할 때 항상 바른 방향(직진성)을 유지하고 선회후나 외부의 힘에 의해 주행 방향이 잘못되었을 때 즉시 즉시 직진 상태로 되돌아오는 복원성이 우수하며, 핸들이 가볍고 편하게 조작되어야 한다. 이러한 조건을 충족시키기 위하여 앞차축과 앞바퀴 사이에 몇 개의 각을 두는 것을 앞바퀴 정렬이라고 한다.
(1) 캠버(camber) : 앞바퀴를 정면에서 보았을 때 위쪽이 아래쪽보다 더 벌어져 있어 바퀴의 중심과 노면에 대한 수직선이 이루는 각을 캠버라 한다. 캠버는 수직 하중에 대한 앞차축의 휨을 방지하고 핸들 조작을 가볍게 하기 위한 것으로 보통 0.5∼2°정도이다.
(2) 토인(toe in) : 앞바퀴를 위에서 보았을 때 앞쪽이 뒤쪽보다 좁게 되어 있는 상태를 토인이라한다. 토인은 캠버에 의해 바깥쪽으로 진행하려는 성질을 상쇄하여 직진하도록 보정하며, 타이어의 마모를 줄여 준다. 토인은 승용차는 2∼3㎜, 대형차는 4∼6㎜ 정도이다.
(3) 캐스터(caster) : 앞바퀴를 옆에서 보았을 때 킹핀 중심선이 수직선에 대하여 경사져 있는 상태를 캐스터라 한다. 캐스터는 앞바퀴에 직진성을 주고, 굽은 길을 회전한 후 복원성을 주어 원상태로 되돌아가게 한다. 캐스터는 보통 0.5∼1.5°정도 이다.
(4) 킹핀 경사각 : 앞바퀴를 앞에서 보았을 때 킹 핀의 윗부분이 안쪽으로 경사져 있는 것을 킹핀 경사각이라 한다. 이는 핸들의 조작력을 쉽게하고 앞바퀴에 복원성을 주어 직진으로 쉽게 되돌아가게 한다. 킹핀 경삭각은 보통 보통 5∼8°정도 이다.