배터리 수명과 성능

 

   당연히 배터리의 수명은 더 많은 에너지를 사용하게 할수록 짧아집니다. 요즘에 사용되는 배터리의 약 30% 정도만이 2년 정도의 수명을 가지고 있습니다. 배터리 고장의 80%정도는 전해액에 있는 황이 전극을 도포하는 것에 기인합니다. 많은 양의 에너지가 배터리에서 방전되게 하면 이 현상이 발생합니다. 일단 전극이 황으로 도포되게 되면 배터리의 수명이 다한 것이 됩니다.   황에 의한 전극 도포현상이 발생하는 경우는 많습니다.

이런 경우를 피하는 것이 배터리의 수명을 연장하는 방법입니다.

(1) 배터리를 오랫동안(여름: 하루 이상, 겨울:2~3일 이상)방치하지 않는다.
     오랫동안 사용하지 않을 때는 배터리를 떼어 놓는다.

(2) 전해액의 높이가 규정치보다 낮아서 전극이 공기 중에 노출되면 황도포가 일어납니다.
     전해액의 높이를 맞추기 위해서는 증류수를 사용하는 것이 좋습니다.
     광물질이 포함된 물은 사용하지 않습니다.

(3) 35℃ 이상의 환경조건에 배터리를 놓지 않는다.
     신품 배터리를 40℃ 인 곳에 한 달간 놓아두면 전혀 사용할 수 없는 상태가 됩니다.

(4) 추운 날씨에 과도하게 방전시키면 배터리가 얼기도 하므로,
     과도한 배터리 사용은 피합니다.

배터리를 청결한 상태로 관리하는 것이 중요합니다. 배터리에 연결된 케이블도 청결해야 하며 연결상태가 양호해야 합니다. 많은 배터리가 청결하지 않거나 불안정한 케이블 연결에서 발생합니다.
배터리를 살펴보면 다음과 같은 용어들이 사용되는 것을 볼 수 있습니다.
배터리와 관련된 용어들의 의미를 살펴봅니다.        

CCA (Cold Cranking Amperes)

 영하 18℃에서 7.2Volt이하로 떨어지지 않게 하면서 30초 동안 방전한 전류값. 이 값이 높은 배터리가 추운 날씨에 시동걸기에 유리합니다.

RC (Reserve Capacity)

27℃ 조건에서 완전히 충전된 배터리를 방전하는데, 배터리 전압이 10.5Volt가 될 때까지 25Ampere를 방전시키는 데에 걸리는 시간을 말합니다.

AH (Ampere Hours)

전류값과 방전시간을 곱한 값으로 100AH의 배터리는 5Ampere로는 20시간동안,20Ampere로는 5시간동안 방전하는 것을 말합니다.

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배터리의 기본 상식

   여러분이 운전하시는 자동차가 시동을 걸 때마다 조금은 시원치 않다는 느낌을 받고 있지는 않습니까? 또는 엔진 공회전 상태에서의 헤드라이트 불빛이 약해졌다고 느끼지는 않습니까? 그렇다면 우선적으로 배터리의 교환을 생각해 보십시오.
   배터리는 기본적으로 엔진을 시동시키는 기능을 합니다. 그 외에도 차량에 탑재되어 있는 충전시스템이 감당하지 못할 정도로 많은 전력을 사용할 때, 충전시스템을 보조하여 전력체계를 안정화하는 기능도 하고, 충전시스템이 고장 났을 때는 이를 보완하는 기능을 합니다.
   배터리의 수명은 보통 2~3년 정도 되는데, 이렇게 배터리의 수명이 한시적인 것은 배터리의 성능이 여러 가지의 이유로 성능이 저하되기 때문입니다. 충전과 방전을 반복하는 것이나 전극에 황화합물이 덮이는 것 등의 정상적인 사용상태에서도 배터리의 성능은 저하되며, 이런 성능저하는 과방전,고열,진동,방치 등에 의해 가속화됩니다. 배터리를 3개월 이상 사용하지 않고 방치하면 충전기능은 거의 손실됩니다.
   
배터리를 제대로 관리하는 방법은 항상 전해액이 규정 범위 안에 있도록 관리하는 것, 전원단자의 체결을 확실히 할 것, 부식된 부분이 있으면 추가적인 부식의 전파를 막기 위해 부식된 부분을 제거할 것, 알터네이터 구동벨트의 장력을 유지할 것 등입니다. 이런 항목들을 대개 한 달에 한 번 정도 확인하는 것으로 충분합니다.

   배터리의 성능을 확인할 수 있는 방법으로 전해액의 비중을 측정하는 방법을 많이 사용합니다. 아래 표에 전해액의 비중에 따른 충전정도와 전압을 표시합니다.

전해액 비중

충전 정도(%)

1.265

100

1.225

75

1.190

50

1.155

25

1.120

방전

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냉각시스템의 기초

   자동차의 엔진이 제 성능을 발휘하기 위해서는 적절한 혼합기가 충분히 공급되고, 공급된 혼합기가 연소실 내에서 효과적으로 연소되어야 합니다. 혼합기가 효과적으로 연소되기 위해서는 여러 가지 작동조건이 적절해야 하는데 연소실의 온도도 중요한 조건 중의 하나입니다. 연소열에 의해서 상승하는 연소실의 온도를 계속적으로 일정 온도범위 내로 유지시키는 일을 수행하는 것이 냉각계(Cooling System)입니다.


라디에이터
(Radiator)

 엔진을 순환하여 고온의 상태가 된 냉각수가 통과하는 것으로, 주행풍이나 냉각팬에 의해 바람이 강제로 통과하게 될 때 열을 방출하여 냉각수의 온도를 떨어뜨리는 장치

냉각수펌프
(Water Pump)

 라디에이터와 엔진 사이를 순환하는 냉각수가 계속 흐름을 유지할 수 있도록 하는 펌프

히터
(Heater)

 냉각수가 가지고 있는 열을 이용하여 차량 실내의 온도를 높이기 위한 장치. 고온의 냉각수가 통과하는 공간을 송풍기로 불어 내 따뜻한 바람을 실내로 공급한다.

써모스탯
(Thermostat)

 냉각수의 온도가 충분히 높지 않을 때에 냉각수가 라디에이터를 순환하게 되면 온도가 떨어져서 적정한 온도에 도달할 때까지는 더 많은 시간이 소요된다. 따라서 엔진의 온도가 낮을 때에는 냉각수의 순환이 엔진 내부에서만 일어나도록 냉각수의 흐름을 제어할 필요가 있다. 이러한 목적으로 엔진에 장착된 냉각수흐름제어밸브를 말한다. 써머스탯의 통로열림온도가 도달하기 전에는 냉각수는 계속 엔진 내부만 순환하게 되어 보다 빠른 시간 안에 적정온도에 도달할 수 있게 된다. 냉각수의 온도가 적정온도이상이 되면 써모스탯이 열려 냉각수는 라디에이터로 순환하게 된다.

호스
(Hose)

 냉각계 부품들을 연결하는 것으로 대체로 4년마다 교환해주는 것이 좋다. 왜냐하면 외관은 양호하다고 할지라도 내부통로는 이미 나빠졌을 수 있기 때문이다.

냉각팬
(Cooling Fan)

 냉각수의 온도를 저하시키기 위해 라디에이터로 강제로 바람을 보내는 장치. 대부분의 FF차량의 경우에는 엔진의 탑재관계상 릴레이를 통한 모터구동의 팬을 장착하고 있다.

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4행정 엔진의 작동과정

   현재 국내에서 제작되고 있는 자동차의 엔진은 모두 흡입,압축,팽창,배기의 각 행정을 순서대로 진행하는 4행정(4 Stroke)엔진입니다. 각 실린더에서 이 4행정이 순차적으로 진행되고, 4기통 엔진,6기통엔진과 같은 다기통 엔진에서는 각 기통별로 정해진 순서에 따라 이들 행정들이 계속 반복됩니다. 예를 들어, 4기통 엔진의 경우에 1번 실린더에서 흡입행정이 진행되면 다음에는 3번 실린더에서 흡입행정이 진행되고,다음은 4번 실린더,그리고 그 다음은 2번 실린더에서 흡입행정이 진행됩니다. 따라서 1번 실린더에서 팽창행정이 진행될 때,3번 실린더에서는 압축행정이,4번 실린더에서는 흡입행정이,그리고 2번 실린더에서는 배기행정이 진행되고 있는 것입니다. 아래 그림을 보면 각 행정별로 엔진에서 어떤 일들이 일어나는지 알 수 있습니다. 각 행정별 특징을 표로 정리해봅니다.

       copy from familycar.com

행  정

특       징

흡입
(Intake)

피스톤이 아래로 내려감에 따라 열려 있는 흡기밸브를 통하여 공기와 연료의 혼합기가 실린더 내로 충진된다.
피스톤이 가장 아래지점까지 내려오면 흡기밸브가 닫혀 실린더는 닫힌 공간이 된다.

압축
(Compression)

피스톤이 위로 올라감에 따라 실린더 내에 갇힌 혼합기는 압축된다.
피스톤이 가장 아래에 있을 때와 가장 위에 있을 때의 실린더 내부 부피의 비율을 압축비(Compression Ratio)라고 한다. 보통 엔진은 이 압축비가 9:1 ~ 10:1이다.

팽창
(Power   or
Expansion)

점화플러그에 전기적 불꽃 방전이 일어나면 압축된 혼합기가 폭발한다. 폭발에 의해 팽창된 기체는 피스톤을 아래로 밀게 되고, 이렇게 미는 힘이 크랭크축을 회전시키는데 이 회전력이 차량을 추진하는 힘이 된다. 4행정기관에서는 4행정이 모든 진행된 것을 1사이클(Cycle)이라고 하는데, 1사이클이 진행되는 동안 크랭크축은 2회전하게 되어 있다.

배기
(Exhaust)

팽창에 의해 아래까지 밀린 피스톤이 다시 위로 올라 가면 열려 있는 배기밸브를 통해 연소가스가 배출되게 된다. 이때 연소가스는 높은 압력상태에 있기 때문에 배기가스가 배출될 때는 소리가 나게 된다. 이 배기소음을 줄이기 위해 장착된 것이 소음기(머플러 :Muffler)이다.
피스톤이 위에 도달하면 이제 배기밸브가 닫히고 계속해서 흡기행정이 이어진다.

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5속 수동변속기(Manual Transmission)

   현재 사용되고 있는 대부분의 수동변속기는 5속변속기입니다. 5속변속기의 간단한 구조를 보이면 아래 그림과 같습니다.

   녹색기어를 통하는 엔진출력은 하늘색의 Layshaft를 거쳐서 노란색기어까지 전달됩니다. 변속용 손잡이의 이동에 의해서 선택된 노란색기어가 출력축으로 출력을 전달하게 되면 바퀴까지 출력이 전달되는 것입니다. 여기까지는 지난 번에 간단하게 살펴본 것과 동일한 내용입니다. 다른 점은 후진을 위한 Reverse Gear가 빨간색으로 표현되어 있는 것입니다. 노란색기어는 왼쪽부터 차례로 5속,4속,3속,2속,1속,그리고 후진용 기어입니다. 노란색기어의 Teeth 숫자가 많을수록 출력회전수는 작아지고 출력토오크는 커집니다. 물론 이런 변속배치는 하늘색기어와 노란색기어의 배치를 어떻게 하느냐에 달려 있습니다.
   이때의 변속용 손잡이의 이동을 나타내면 아래 그림과 같습니다.

    맨 오른쪽 Collar가 좌,우로 이동하면 각각 1속과 후진이 됩니다. 동일한 양상으로 중앙 Collar가 좌,우로 이동하면 각각 3속과 2속이 됩니다. 이것을 간단한 모양으로 결합시키면 우리가 수동변속기 차량에서 흔히 보는 H형태의 변속용 손잡이 이동패턴이 되는 것입니다.  

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수동변속기(Manual Transmission)의 작동 원리

   차량속도를 조절하기 위하여 운전자는 수동변속기의 변속손잡이를 상,하,좌,우로 이동시킵니다. 변속손잡이는 보통 'H'자 모양의 패턴 위를 이동하게 되어 있는데, 이는 모든 변속의 과정에 중립단계를 거치게 되어 있는 구조입니다. 수동변속기의 작동 원리를 아래의 간단한 그림을 통하여 설명합니다. 아래 그림에서 녹색기어에는 클러치를 통과한 엔진의 회전력이 전달되고 있고, 최종적으로 회색기어를 통하여 차축으로 회전력이 전달됩니다.변속기의 입력에 해당하는 녹색기어와 변속기의 출력에 해당하는 회색기어는 Layshaft에 의해서 연결되어 있습니다. 그림에서 노란색기어와 회전축이 Layshaft입니다.

   녹색기어와 노란색기어는 각각 기어축과 일체를 이루고 있는 반면에 회색기어와 회전축 사이에는 베어링이 있어서 기어와 회전축이 각각 독립적으로 회전할 수 있습니다. 회색기어가 있는 회전축은 스플라인축으로, 이 축을 따라 분홍색으로 표현된 collar가 이동할 수 있습니다. collar가 회색기어의 어느 것과도 결합되지 않은 상태가 Neutral상태입니다. 엔진의 회전력이 차축으로 전달되지 않고 단순히 각각의 기어들이 회전만 하고 있는 상태입니다.
   변속용 손잡이에 기구적으로 연결되어 있는 Gear Sellector Fork를 통하여 Collar를 이동시킬 수 있는데,그림에서와 같이 변속용 손잡이를 왼쪽으로 이동시켜 Collar를 오른쪽 회색기어와 결합시키면, 엔진의 회전력
→ 녹색기어 → 노란색기어 → 회색기어 → Collar → 회색기어 회전축의 순서로 회전력이 전달되어 차축으로 회전력이 공급됩니다. 따라서 변속용 손잡이를 이동시킬 때 잘못해서 '드르륵'하는 충돌음이 날 때가 있는데, 이것은 기어들의 teeth가 부딪히는 소리가 아니고 collar와 회색기어 사이에서 나는 소리입니다. 출력축에 있는 회색기어들은 서로 다른 속도로 회전하고 있기 때문에 변속을 하게 되는 순간, Collar와 결합시키고자 하는 회색기어의 속도를 일치시키지 못하면 변속이 매끄럽게 이뤄지지 않습니다. Collar와 회색기어의 속도를 같게 하려는 목적으로 적용되어 있는 것이 동조기(Synchronizer)입니다. Synchronizer는 Collar와 회색기어가 우선 마찰접촉을 통해서 연결된 다음에, Teeth를 통한 완전한 결합을 유도하는 장치입니다.

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알터네이터(Alternator)에는 어떤 문제가 생길 수 있나?

    자동차가 움직이기 위해서는 꼭 필요한 것이 전기의 힘,즉 <전력>입니다. 엔진이 운전되고 있을 때,엔진에서 발생하는 동력의 일부로 전력을 만들어 내서 배터리에 공급하는 것이 알터네이터(Alternator)입니다. 엔진의 회전력을 V자 모양의 벨트에 의해 전달받아서 전력을 만들어 냅니다.

1. 알터네이터의 수명 

   자동차용 알터네이터는 일반적인 경우, 가솔린자동차에서는 8만~13만km,디젤자동차에서는 13만~18만km정도의 수명을 가지고 있는 것으로 알려지고 있습니다. 수명이 이 정도로 한정적인 것은 알터네이터를 구성하고 있는 부품들 중에 금속접점인 브러쉬(Brush)와 베어링이 수명을 가지고 있기 때문입니다만,어떤 조건하에서 사용되느냐에 따라서도 수명이 영향을 받습니다.
   주위 조건이 고온인 환경에서 장기간 사용하게 되면 윤활제의 부족으로 베어링부위가 고장 나기 쉽습니다. 또한

차량에 전력을 소모하는 전장품이 많이 장착되어 있는 경우에는 이에 사용되는 전력을 생성하기 위한 발전계의 부담이 커집니다.
  배터리의 과방전을 여러 번 반복하는 경우에도 알터네이터의 수명을 단축시키는 경향이 있는 것으로 알려져 있습니다.

2. 트러블 발견

   알터네이터의 트러블을 발견하기 위해서는 배터리의 트러블 여부도 함께 고려하는 것이 좋습니다. 예를 들어 시동성이 나쁘고, 램프류의 불빛이 어둡고,그리고 유리창을 닦는 와이퍼의 속도가 떨어졌을 때,액셀페달을 가볍게 밟아 엔진의 회전수를 올려 봅니다. 이때, 엔진의 회전수가 올라감에 따라 램프류의 불빛이 더 밝아지거나 와이퍼의 속도가 빨라지면 알터네이터는 정상입니다.반대로 액셀페달을 밟아도 램프나 와이퍼의 작동에 아무런 변화가 없다면 알터네이터의 고장일 가능성이 큽니다.
   시동이 걸리지 않아서 다른 차량의 배터리에서 점프해서 시동을 걸었는데 주행을 하는 중에 다시 시동이 꺼지는 일이 발생하면 알터네이터의 고장일 가능성이 많습니다. 주행 중에는 아무런 문제가 없으나 다시 시동이 걸리지 않을 때에는 배터리를 점검하십시오.
   시동을 걸고나서도 계속해서 계기판의 '충전경고등'이 점등되어 있으면 알터네이터를 점검하십시오. 

3. 트러블 대처

 위와 같은 증상이 보이면 가능한 한 빨리 정비를 받는 것이 좋습니다. 배터리를 신품으로 교환하더라도 알터네이터가 고장 나 있으면 발전이 되지 않아서 배터리는 계속 방전만 하는 상태이므로 곧 다시 주행불능의 상태가 됩니다.

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배터리(Battery)와 알터네이터(Alternator)

    배터리는 자동차에 있어서 아주 중요한 부품입니다. 그런데,배터리가 전기를 공급하여 일을 할 때 무엇인가가 계속적으로 배터리를 충전시키지 않으면, 배터리의 전압이 떨어지고 결국에는 시동이 꺼져서 자동차는 아무런 작동을 할 수 없게 됩니다. 따라서 자동차의 전기시스템에서 배터리와 더불어 중요한 위치를 차지하고 있는 것이 알터네이터(Alternator)로 대표되는  충전시스템입니다. 알터네이터는 전기력을 생성해서 이것을 배터리와 차량의 다른 전기시스템에 공급하는 기능을 합니다.

1. 배터리 

   자동차용 배터리는 전기에너지를 공급하는 전기화학적(Electro-Chemical) 장치입니다. 이 전기화학적 작용에 의해 방전된 배터리를 다시 충전해서 오랜 기간동안 계속해서 사용할 수도 있습니다. 배터리는 시동할 때에 스타터(Starter)를 구동하고 점화시스템에 전류를 공급하며,알터네이터가 공급할 수 있는 여력을 넘어서는 전기에너지가 요구될 때 이 초과분의 전기에너지를 공급하는 역할을 합니다.
   배터리 안에 들어 있는 전해질은 황산과 물의 혼합물입니다. 황산은 매우 부식성이 강하기 때문에

부주의로 인체에 닿게 되면 곧바로 씻어내는 조치를 해야 합니다. 피부에 닿았을 경우에는 깨끗한 물로 세척하고,그리고 눈에 들어 갔을 때는 물과 베이킹소다를 약하게 혼합한 것으로 곧바로 세척한 후에 의사에게 진료를 받아야 합니다.
   배터리가 충전될 때에는 배터리에서 수소가스가 방출됩니다. 그러므로 배터리근처에서 불꽃을 일으키는 일은 절대로 해서는 안됩니다. 이렇게 수소가 방출되는 과정에서 전해질 속의 물도 일부 배출되기 때문에 가끔 물을 공급해야 하는 필요가 있는 것입니다.
   배터리는 주기적으로 확인할 필요가 있습니다. 배터리단자,단자에 연결된 케이블 등에 부식된 곳은 없는지 살펴봅니다. 부식된 곳은 물과 베이킹소다를 혼합한 것으로 세척합니다. 그러나 부식된 곳을 세척할 때 세척액이 배터리 내부로 들어가지 않도록 조심해야 합니다.

2. 알터네이터

   알터네이터는 전자기유도(Electro-Magnetic Induction)현상에 의해서 전압과 전류를 생성합니다. 엔진이 작동됨에 따라 회전하는 로터(Rotor)와 이것을 둘러싸고 정지해 있는 스테이터(Stator)의 상호작용으로 교류전압이 발생됩니다. 자동차에서 사용되는 전기는 직류이기 때문에, 이렇게 발생된 교류는 전기가 한 쪽 방향으로만 흐르게 하는 성질을 가지는 다이오우드(Diode)를 거쳐서 직류로 정류됩니다.
   알터네이터에서 생성되는 전압은 자기장의 크기에 달려 있습니다.

그런데 자기장은 스테이터에 공급되는 전류에 의해 결정되는데 이 스테이터 공급전류는 전압조절기(Voltage Regulator)에 의해 조절됩니다. 공급전류가 공급되지 않으면 알터네이터에서는 전압을 생성시키지 못합니다. 이 Voltage Regulator의 기능에 의해서 전압이 13.5Volt이하로 떨어지면 충전이 시작되고 전압이 14.5Volt이상이 되면 충전이 중지됩니다.

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차량속도와 연료소모

    자동차의 속도에 따라 연료소모량이 달라진다는 이야기는 많이 들어왔을 것입니다. 자동차가 주행할 때 연료소모가 가장 적은 차량속도를 경제속도라고 말하며, 이 속도는 대개 70 ~ 80Km/h정도라고 합니다. 그러면 경제속도가 아닌 속도로 달리게 되면 과연 어느 정도의 연료가 더 소모될까요?
    A씨가 고속도로를 주행하고 있습니다. A씨의 차량은 준중형승용차로 연료탱크에 60리터의 연료를 채울 수 있습니다. 그런데 연료계의 눈금을 보니 약 1/10정도가 남아있습니다. 다음 주유소까지의 거리가 75Km라고 한다면, 어느 정도의 속도로 달려야 다음 주유소에 아무 문제없이 도착할 수 있겠습니까?  
다음 표는 미국에 판매되는 차량들의 평균적인 연비표인데 이 표를 참조하여 차량속도를 결정하십시오.


64Km/h일 때 연비(Km/liter)

80Km/h일 때 연비(Km/liter)

96Km/h일 때 연비(Km/liter)

소형승용차

14.9

15.3

12.3

준중형승용차

11.9

12.8

11.5

중형승용차

8.9

9.4

8.5

대형승용차

5.5

6.0

5.1

    위 문제의 내용을 살펴보면, A씨 차량에 현재 남아있는 연료의 양은 약 6리터 정도가 되는데 이 연료로 75Km를 주행해야 합니다. 차량이 준중형승용차이므로 위 표를 참조하여 연료 6리터로 주행할 수 있는 거리를 각 속도별로 계산해보면,
   *
시속 64Km/h로 주행할 때
                      11.9Km/liter X 6 liter = 71.4Km
             -> 4Km정도 밀고 가기에는 너무 힘들겠죠?

   *
시속 80Km/h로 주행할 때
                      12.8Km/liter X 6 liter = 76.8Km

   *
시속 96Km/h로 주행할 때
                      11.5Km/liter X 6 liter = 69.0Km
             -> 6Km를 밀고 갈 수는 없겠네요.

 따라서, A씨가 아무런 문제없이 다음 주유소에 도착하려면 80km/h의 속도를 유지해야 합니다.
    위 표에서도 알 수 있듯이 경제속도보다 차량속도가 더 느리거나 빠를 경우 연료소모가 더 많아집니다. 특히 더 빠른 속도로 주행하는 경우가 연료소모가 훨씬 많습니다. 그러므로 연료비를 절약하기 위해서는 가능한 한 경제속도로 주행하고 시속 100Km/h 이상의 속도까지 과속하지 않는 것이 좋습니다.

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차량의 주행상태를 표현하는 용어

    자동차 관련 잡지나 일반 대중 매체의 자동차 관련 기사를 읽다 보면, "헤지테이션(Hesitation)","써지(Surgy)" 등과 같은 자동차의 주행상태 또는 주행 성능을 표현하는 용어들을 접하게 됩니다. 그런 용어에 익숙하지 못한 일반 운전자들에게는 어떤 의미로 그 용어가 사용되었는지 실감이 나지 않으므로, 어떤 상황을 말하고 있는지 정확하게 알 수 없는 경우가 대부분입니다.
   주행성능에 관한 용어의 의미를 명확하게 알아두면, 정비업소에 가서 상황을 설명할 때에도 의미전달에 도움을 받을 수 있습니다.

1. 헤지테이션(Hesitation) 

운전자가 가속을 하기 위해서 액셀페달을 밟으나,실제의 차량속도의 증가는 거기에 미치지 못하고 시간적으로 지연되면서 차속이 증가하는 현상.

2. 써지(Surgy)

일정한 속도로 주행할 때,차량의 전/후 방향으로 진동이 있는 현상.

 3. 스텀블(Stumble)

운전자가 가속을 하기 위해서 액셀페달을 밟을 때,실제의 차량속도가 증가하지만 가속도중에 차량이 전후로 진동하는 현상.

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수동 변속기

    자동차에서 엔진에서 발생한 동력이 바퀴까지 전달되는 경로는 아래 그림과 같습니다. 아래 그림은 뒷바퀴굴림형을 예로 든 것입니다. 엔진에서 출력되는 동력은 동력전달을 단속하는 클러치를 거쳐서 수동변속기로,그리고 계속해서 드라이브샤프트와 디퍼렌셜을 거쳐 바퀴로 전달됩니다.

 

    만약 이와 같은 동력 전달 과정에서 변속기 없이 엔진의 회전수가 그대로 바퀴에 전달된다면 어떻게 될까요?
    변속기의 기능은 크게 보아 다음 2가지로 요약할 수 있습니다. 그 첫째는 엔진의 동력을 바퀴에 전달하는 기능이고, 둘째는
차량의 속도에 관계없이 엔진의 작동회전수가 일정 범위 안에 있도록 회전수와 회전력을 조절하는 기능입니다. 변속기가 없다면,차량의 속도가 증가할수록 엔진의 회전수도 증가해야 합니다. 그런데 엔진은 허용되는 최대회전수가 제한되어 있습니다. 그러므로 이 최대회전수를 넘게 되는 차량의 속도는 엔진이 망가지는 것을 감수하지 않고서는 도달할 수 없습니다. 또한 엔진의 특성을 보면 엔진의 회전수가 변함에 따라 엔진에서 발생되는 회전력(Torque)이 달라집니다. 즉,최대회전력을 낼 수 있는 엔진의 회전수 범위가 어떤 범위 내로 정해져 있다는 말입니다. 대개의 엔진에서 최대회전력은 2500~4500rpm사이에서 나옵니다. 따라서, 엔진이 망가지지도 않고 높은 회전력을 낼 수 있는 안전한 영역에서 작동하면서 원하는 차량속도를 얻을 수 있는 기구가 필요합니다. 이 기구가 바로 변속기입니다.
    변속기에는 서로 다른 회전비율을 가지는 몇 개의 변속기어조합이 있습니다. 회전비율을 기어비(Gear Ratio)라고 하는데, 이 기어비에 따라 5단변속기의 출력회전수가 어떻게 달라지는지 알아봅니다. 아래의 표와 같은 기어비를 가지는 변속기에서 엔진회전수가 3000rpm이면

변속단

기어비

변속기 출력회전수(rpm)

1단

2.315

1295

2단

1.568

1913

3단

1.195

2510

4단

1.000

3000

5단

0.915

3278

기어비가 1보다 작은 5단의 경우,변속기의 출력회전수가 엔진회전수보다 높습니다. 이것을 "Over-Drive"라고 하는 것으로 고속주행시 연료소모를 줄이기 위한 기능입니다.

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타이어 로테이션은 어떻게?

  자동차를 얼마동안 운전하다보면,엔진의 힘이 직접 전달되는 구동축의 타이어들이 더 많이 마모되어 있는 것을 알 수 있습니다. 보통 승용차들의 경우, 앞바퀴 굴림형인 FF type은 앞바퀴 타이어가, 대형차에서 많이 쓰이는 뒷바퀴 굴림형인 FR type은 뒷바퀴의 마모가 더 심합니다. 이럴 때에는 앞,뒤 바퀴의 타이어를 교환해주는 것이 필요합니다. 이렇게 전,후 타이어를 교환하는 것을 타이어로테이션(Tire Rotation)이라고 합니다. 그럼,타이어로테이션 방법을 알아 볼까요?
  이때 주의해야 할 점은
 (1) 타이어를 교환하려고 쟈키 등으로 차량을 들어 올릴 때,반대편 대각선 방향의 타이어에 Stopper를 사용한다.
 (2) 타이어 볼트를 체결할 때는, 위에 있는 볼트부터 조이고, 그 다음에는 대각선방향의 볼트를 조이며,이를 반복한다.
 (3) 볼트를 체결할 때,팔의 힘만으로도 충분하므로,발로 렌치 위에 올라서서 체중을 가하는 등의 무리한 방법은 피한다.
 

앞바퀴 굴림형(FF type)

뒷바퀴 굴림형(FR type)

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안전을 위한 장비에는 어떤 것들이 있나요?

  운전 중에 발생할 수 있는 사고로부터 운전자의 안전을 보호해주는 장비들에는 어떤 것들이 있을까요? 또한 운전 중에 운전자의 안전을 위협할 수 있는 사고의 가능성을 미연에 방지해주는 장비들에는 어떤 것들이 있을까요? 자동차를 광고하는 광고물 들을 보면 여러 가지의 장비들이 소개되어 있습니다. 그런 광고물 들에 많이 소개되는 안전장비들을 살펴보겠습니다.

시트벨트 : 많은 운전자들이 시트벨트를 착용하는 것을 불편해 하지만,시트벨트는 안전장비의 기본입니다. 아무리 좋은 안전장비가 있다고 하더라도 시트벨트를 착용하지 않으면 그 효과는 반감됩니다. 시트벨트의 유용성을 무시(?)하고 있다가,사고를 통하여 시트벨트의 유용성을 확인한 운전자들을 우리 주변에서 꽤 많이 볼 수 있습니다. 직접 충돌시험의 더미(Dummy)가 되고자 하지 말고, 운전할 때는 항상 시트벨트 착용을 습관화하는 것이 필요합니다.
(주)
더미: 충돌시험시 사람대신 차에 태우는인형

에어백(Air Bag) : 에어백은 규정속도 이상의 정면충돌이나 측면충돌이 있을 때,탑승자의 상해를 방지하기 위해서 팽창되는 공기주머니로 핸들,글로브박스 등에 설치되어 있습니다. 실제 효과는 상당히 유용한 것으로 판명되어 장착률이 점차 증가하는 추세이나 어린아이나 체구가 작은 여성운전자에게는 치명적인 상해를 입힐 수 있어 법규적으로 개선작업이 진행되고 있습니다. 에어백의 장착에 있어서 가장 중요한 점은,에어백은 시트벨트의 보조기구라는 점입니다. 시트벨트를 착용하지 않으면 에어백의 효과는 그다지 기대할 수 없습니다.

 ABS(Anti-lock Brake System) : 브레이크를 밟았을 때,타이어가 잠겨서 미끌어지거나 핸들이 조향성을 잃는 것을 방지하는 시스템입니다. 일반적으로 ABS가 장착된 차량의 제동거리가 비장착차량에 비해서 항상 짧다고 생각하는 운전자가 많이 있지만,운전자의 경험도나 상환에 따라서는 비장착차량에 비해 제동거리가 더 길어질 수도 있습니다. ABS의 장점은 노면상황이 나쁜 경우에도 차량의 거동이 불안정하게 되지 않도록 하는 데에 있습니다. 즉,급제동을 하는 경우에도 차량이 스핀하지 않도록 하고 또한 핸들조작이 가능하게 하는 것입니다.

이드 도어 빔(Side-Door Beam) : 사이드도어 빔은 도어에 큰 충격이 가해졌을 때,그 피해를 최소화하기 위하여 도어 가운데에 설치해 놓은 보강용 철제봉을 말합니다. 근래에 들어서 거의 모든 승용차가 장착하고 있습니다.

TCS(Traction Control System) : TCS는 미끄러지기 쉬운 도로에서 엔진의 출력을 제어하거나, 후륜브레이크를 작동시키거나 하여 차량이 미끄러지지 않고 안정된 주행을 할 수 있게 하는 기구입니다.보통,중형차 이상의 고급차에 장착되어 있는 경우가 많습니다.

4WD(Four Wheel Drive) : 일반 차량이 앞바퀴만 또는 뒷바퀴만으로 구동하는 것에 반하여, 4바퀴 모두로 구동하는 방식을 말합니다. 항상 4바퀴로 구동하는 Full Time 4WD와 필요에 따라 4바퀴구동을 선택하는 Part Time 4WD가 있습니다. 일반적으로 Off-Road차량에 많이 장착되며 고속주행시 횡풍에 유리한 장점이 있습니다만,가장 유용한 경우는 눈길을 주행할 때입니다.

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토오크(Torque)와 출력(Power)은 무엇을 말하나요?

  자동차를 구입하기 위해서 신문이나 잡지의 광고 보면, 최대토오크,최고출력이라는 용어와 그것들이 표현되어 있는 아래와 같은 그래프를 있습니다. 이 그래프는 엔진의 성능곡선이라고 불리우는 것인데,이것을 보는 방법과 토오크,출력에 대해서 설명하고자 합니다.


  차량의 성능은,성능곡선이라는 것으로 표현될 수 있습니다. 이 성능곡선은 2개의 특성곡선으로 이루어져 있는데,하나는 엔진의 성능곡선이고, 다른 하나는 주행성능곡선입니다. 엔진의 성능곡선은 토오크(Torque)와 출력(또는 마력:Power)으로 구성되어 있습니다.
  위 그림과 같은 엔진성능곡선을 보면,엔진회전수에 따른 출력과 토오크를 알 수 있습니다. 토오크는 엔진이 낼 수 있는 회전력을 말합니다. 출력은 그 엔진이 할 수 있는 일의 양을 표현하는 것으로 토오크와 회전수의 곱으로 계산됩니다.
  그림에서 가로축인 엔진회전수는 rpm(Revolution Per Minute)이라는 단위로 표현되며,이는 엔진이 1분동안에 회전하는 회전수를 말합니다. 임의의 엔진회전수에서 세로축과 평행하게 수직방향으로 이동하면 두 개의 곡선과 만나게 되는데,이 만나는 점에서 수평이동하여,각각의 세로축 좌표를 읽으면,임의의 엔진회전수에 해당하는 출력과 토오크를 알 수 있습니다.
   대개의 경우, 출력곡선은 최고회전수 직전까지 거의 직선의 형태를 가지고 있고,토오크곡선은 가운데 부분이 볼록한 산 모양을 보이고 있습니다.
   광고용 카탈로그에서 최고출력 160ps/6800rpm,최대토오크 25kg-m/4500rpm등으로 표현되어 있는 것을 보았을 것입니다. 이것은 엔진이 분당 6800회 회전할 때 최고출력 160ps를 발생시키며, 엔진이 분당 4500회 회전할 때 최대토오크 25kg-m를 발생시키는 것을 말합니다.
   그림에서 엔진회전수가 높아지면 토오크가 최대점을 지나 떨어지고 있는데도 출력은 증가하고 있는 것을 볼 수 있습니다. 이것은 출력이 토오크와 회전수의 곱으로 계산되기 때문이며,그렇다고 해서 계속 증가하는 것은 아니고, 어느 회전수를 지나면 충분한 공기가 엔진에 공급되지 못하여 출력이 떨어집니다. 그래서 최고출력점이 존재합니다.
   출력은 회전속도,즉 시간과 관계가 있기 때문에 고속주행을 하기 위해서는 큰 출력이 필요합니다. 토오크 중시형 엔진도 있지만,아무리 토오크가 크더라도,회전수가 관련된 출력에 반영되지 않으면 차량을 고속으로 주행하는 것은 곤란합니다.

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승용차 차체의 형상과 종류

국내 자동차의 광고를 보면, 세단이다 쿠페다 하는 용어를 있을 것입니다. 이것들은 승용차를 형태에 따라 구분하는 용어입니다.
그러면,승용차의 모양에 따른 분류는 어떻게 하며,어떤 종류가 있을까요?

   

   

   

세단(Sedan)

가장 일반적인 형태로 상자 모양의 형태를 가지고 있습니다. , 2열의 좌석을 갖추고 있고, 도아(Door) 숫자에 따라 2도어, 4도어로 나눌 있습니다.

리무진(Limousine)

세단을 기본으로 하여, 운전석과 후석 사이를 칸막이로 나누어 놓은 구조의 상자형 차량입니다. 6~8인승의 차량과 차체 길이를 길게 차량 등이 있습니다.

쿠페(Coupe)

2 Door 형태로 운전석을 중시한 Sporty 차량으로,일반적으로 2Door세단보다 루프가 짧고 차량의 높이도 낮습니다. Back Door 있는 차량은 Back Door Coupe라고 합니다.

컨버터블(Convertible)

접히는 루프를 가지고 있는 차량으로 Full Open, Semi-Open 여러 가지가 있습니다.
일명 오픈카라고도 하죠.

하드탑(Hard-Top)

센터 필러가 없고 도어에도 창테두리가 없는 차량을 지칭하는 것으로 2Door 4Door 있습니다. (옆면 차 유리창을 보셔요)

스테이션 왜곤(Station Wagon)

세단의 변형으로 차량의 길이를 길게 하여, 차량의 뒷부분을 별도의 칸막이 없이

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청소년 자동차 교실 - 수동/오토 변속기

수동변속기와 자동변속기의 차이점은 무엇일까 ?

변속기(Transmission)는 자동차의 엔진에서 발생한 동력을 바퀴로 전달하는 동력 전달 기구이면서, 엔진의 회전속도와 바퀴의 회전속도의 비율을 조절하는 속도 조절 기구입니다. 이런 속도조절장치가 없다면, 자동차의 속도가 빨라질수록 엔진의 회전수는 자동차의 속도에 비례하여 커져야 합니다. 그러나 엔진의 회전수가 커진다고 해서 발생되는 회전력이 계속해서 커지지는 않습니다. 변속기는 차량의 속도나 주행조건에 관계없이, 엔진이 적절한 회전력을 발생시키는 운전영역 내에서 가동될 수 있게 해 줍니다.

우리가 자동차를 운전할 때, 항상 일정한 속도로 전진만 하지는 않습니다. 때로는 엔진의 동력전달을 끊어야 하는 경우도 있고, 경우에 따라서는 후진하기 위해서 회전방향을 바꿀 경우도 있습니다. 이렇게 동력전달을 단속하는 장치를 클러치(Clutch)라고 하는데,이 클러치의 작동을 운전자가 수동으로 직접 조작하게 되어 있는 변속기를 수동변속기(Manual Transmission)이라고 합니다. 이에 반하여 자동변속기(Automatic transmission)는 클러치가 없습니다. 자동변속기는 클러치라는 기계적 동력전달기구 대신에 유체(Fluid)를 사용하여 동력을 전달합니다.

요즘에는 자동변속기의 편리함 때문에 자동변속기의 사용이 늘어가는 추세입니다만, 자동차를 구입할 때 모두가 다 한 번쯤은 변속기의 선택에 대해 고민하게 되므로, 수동변속기와 자동변속기의 사용측면에서의 차이점을 살펴볼까요?

자동변속기의 가장 큰 장점은 클러치조작이 필요 없다는 것입니다. 클러치조작이 필요 없기 때문에 운전자가 집중해야 하는 것은 핸들,액셀레이터,그리고 브레이크 만이어서 초보운전자 들에게 부담을 덜어 주는 장점이 있습니다. 한편,클러치가 있는 수동변속기는 클러치를 조작할 때마다 클러치디스크의 마모가 있을 수 있기 때문에 10만Km정도의 주행간격으로 이 클러치디스크를 교환해 주어야 합니다.

수동변속기의 클러치디스크를 교환하기 위해서는 엔진과 변속기를 분리해야 하므로 재료비는 둘째로 하고 작업공임이 많이 듭니다. 반면에 자동변속기는 내부에 마찰하는 부품이 없으나, 정밀하고 정교한 부품으로 구성되어 있기 때문에 변속기오일에 대한 관심이 필요합니다. 변속기오일을 제 때에 교환하지 않고 장기간 사용하면 변속기의 고장이나 내부 부품의 조기 열화를 가져올 수도 있기 때문에,자동차제작사가 사용자설명서에 기재한 변속기오일 교환주기를 지키는 것이 중요합니다. 물론 자동변속기가 초기 구입비용이 더 많이 들죠. 그리고 잘 언급되지 않는 현실이지만 수동변속기도 변속기오일을 적당한 주기에 교환해야 합니다.

지금까지 대체로 자동변속기가 좋다라고만 이야기 된 듯 하지만 자동변속기가 수동변속기에 비해 불리한 점으로 피할 수 없는 것은 연료소모가 많다는 점입니다. 수동변속기가 기계적인 마찰에 의해서 동력을 전달하는 것에 비해, 자동변속기는 유체의 미끄럼에 의해 동력전달이 이루어지므로 자동변속기에 비해 연료소모 측면에서 불리합니다. 자동변속기의 경우가 수동변속기에 비해 10~20%정도의 연료를 더 많이 소모합니다.

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청소년 자동차 교실

가솔린엔진과 디젤엔진은 어떻게 다릅니까 ?

가솔린엔진, 승용차에 주로 장착되어 있는 엔진으로, 가솔린(휘발유)을 연료로 사용하는 반면, 상용차(지프,,트럭 등)에 주로 장착되는 디젤엔진연료로 경유를 사용합니다.
가솔린의 경우,상온에서 대기 중으로 휘발되는 연료 성분이 많기 때문에 성냥불 등 불꽃을 가깝게 하면 연소현상이 일어납니다. 하지만, 경유는 성냥불을 가까이해도 연소가 발생하지 않습니다. 그렇지만,불꽃이 없더라도 열을 가할 때 자연적으로 불이 붙는 성질은 경유가 더 많이 가지고 있습니다.(경유가 자연착화성이 좋다고 말합니다.) , 가솔린은 인화하기 쉽고,경유는 착화하기 쉽습니다.

가솔린엔진과 디젤엔진은 엔진 본체의 기본 구조는 다른 점이 없습니다. , 엔진에 장착되는 기능성 부품(보기류라고 부릅니다.)들의 구성이나 기능이 다소 다릅니다. 대표적인 차이가 가솔린엔진에 장착되는 점화장치입니다.
점화장치는 가솔린 연료를 태우기 위해 불꽃을 발생시키는 장치로,앞에서 이야기한 성냥불에 해당하는 역할을 합니다. 한편, 디젤엔진에서는 경유의 착화되기 쉬운 성질을 이용하기 때문에, 가솔린엔진에서처럼 별도의 점화장치를 사용하지 않고, 그 대신에 연소실내에서 착화하기 쉽도록 연소실내의 온도가 높아지게 하기 위하여, 엔진의 압축비가 높습니다.

압축비란, 공기와 연료의 혼합기를 연소실내에서 피스톤으로 압축시키는 정도를 말하는 것으로,압축비가 높으면 압축이 종료되었을 때의 연소실내 압력이 높아집니다. 연소실내 압력이 높으면, 압축된 혼합기의 온도도 높아져서 착화하기에 유리한 조건이 됩니다. 이러한 이유로, 가솔린엔진의 압축비가 보통 11이하인 것에 반하여, 디젤엔진에서는 압축비가 20정도로 높습니다.

엔진의 특성으로는,디젤엔진은 큰 회전력(토오크,Torque)을 발휘하는 경향이 있고, 가솔린엔진은 큰 출력(Power)을 낼 수 있습니다. 하지만, 디젤엔진은, 가솔린엔진에 비하여 소음과 진동이 큰 편에 속하고, 또한 배출가스로 매연이 방출되기 때문에,국내에서는 승용차용 엔진으로는 환영 받지 못하고 있습니다. 그러나, 디젤엔진은 가솔린엔진에 비하여, 연료의 연소특성상 더 적은 연료를 소비하여 더 많은 거리를 주행할 수 있습니다. 그래서 유럽에서는 디젤엔진이 승용차용으로도 광범위하게 사용되어 왔고, 따라서 디젤엔진의 기술도 유럽이 가장 앞서 있습니다. 에너지 절약을 위해서도, 디젤엔진의 배출가스 정화기술이 더욱 발전되어야 할 것입니다.

Posted by 카즈앤미
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