자동차자동차 공학공학 개론개론

공학박사 윤 천 한Chyoon@empal.com

준비화면

자~ 열~~심히

공부합시다!!!

강의 진행방법

自自動動車車

스스로스스로 自自

움직일움직일 動動

수레수레 車車

달린다달린다

자동차가자동차가스스로스스로 움직이기움직이기 위해서는위해서는

멈춘다멈춘다

선회한다선회한다

잘잘

잘잘

잘잘

자동차가자동차가달릴달릴 수수 있게있게 하기하기 위해서는위해서는

♦♦동력발생장치동력발생장치엔진엔진, , 모터모터

♦♦동력전달장치동력전달장치클러치클러치, , 변속기변속기, , 추진축추진축,,차동및차동및 종감속기어종감속기어, , 타이어타이어

자동차가자동차가멈출멈출 수수 있게있게 하기하기 위해서는위해서는

♦♦제동장치제동장치드럼드럼, , 디스크디스크 브레이크브레이크

공기식공기식, , 부압식부압식 배력장치배력장치

배기배기, , 와전류식와전류식 보조브레이크보조브레이크

프로포셔닝프로포셔닝 밸브밸브, ABS, ABS

자동차가자동차가선회할선회할 수수 있게있게 하기하기 위해서는위해서는

♦♦조향장치조향장치조향조향 휠휠, , 조향조향 링키지링키지

조향조향 기어기어, , 가변가변 조향기어조향기어

동력조향장치동력조향장치, , 차속감응형차속감응형

휠휠 얼라인먼트얼라인먼트

자동차가자동차가잘잘 움직이게움직이게 하기하기 위해서는위해서는

♦♦현가장치현가장치판판, , 코일코일, , 토션바토션바 스프링스프링

쇽쇽 업쇼버업쇼버, , 스테빌라이저스테빌라이저

서스펜션서스펜션 링키지링키지

전자제어전자제어 현가장치현가장치

자동차의 정의

동력을 이용하여 레일에 의하지 않고 노상을 자유로이 주행할 수 있는차량.

따라서 궤도차와 같이 궤도를 사용하는 차량이나 트롤리 버스(trolley bus)와 같이 가선(架線)을 사용하는 것은 자동차에 포함되지않는다. )

자동차의 정의

– 자동차는그용도에따라여러가지종류가있고구조도다양하며관계법규와공업규격에의한자동차의정의를인용하면다음과같다.

• 도로운송차량법 : 자동차라함은원동기에의하여육상(궤도와가선을사용하는것은제외)에서이동할목적으로제작한용구를말한다.

• 도로교통법 : 자동차라함은원동기를사용하여궤도또는가선에의하지않고운전되는차로서도로운용차량법제3조의규정에의하여교통부령으로정한자동차를말한다.

• 공업규격(KS) : 자동차란원동기와조향장치등을갖추고이것을이용해서지상을주행할수있는차량이다.

자동차의 구조

– 주요부분을크게나누면차체와섀시로구분할수있다.• 차체(Body) : 엔진실(Engine room), 트렁크(Trunk)• 섀시(Chassis)는자동차의차체를제외한나머지부분을말하며, 엔진을비롯하여동력전달장치, 조향장치, 현가장치, 주행장치등주요장치를전부갖추고있어이것만으로도주행할수있다.

• 모노코크(monocoque) 차체 : 현재의승용차는프레임이없이패널을용접하여구조물을만들고그패널에여러가지장치를부착하고있다.

자동차의 분류(1)

– 용도, 형상, 구조, 크기, 원동기 종류별에 따라 분류되며, 이분류에 따라 교통, 운전 면허, 안전, 환경, 조세, 운송사업, 관리, 통계 등의 구분실익이 있음. (이와 같은 분류는 그 구분실익 따라 각종 법규 또는 규격 등의 정의나 기준을 달리하고 있다. )

– 한국공업규격(KS)은 자동차의 종류에 관한 용어규정에서

① 사용장소 ②구조 ③원동기 등으로 분류한다.

• 사용되는 장소에 따른 분류

– 도로상에서 사용되는 차량(Road Vehicle)• 모터 비클(Motor Vehicle)• 트레일러(Trailer)• 연결차량(Combination of Vehicle)• 모페드(Moped) – 최고속 50 km 이하의 2륜 또는 3륜 차, 행정용량 50 cm3 이하.

• 모터 사이클(Motorcycle) – 3륜인 경우 공차하중 400kgf 이하의 것.

– 도로 이외에서 사용되는 차량(Off-Road Vehicle)• 산업차량(Industrial Vehicle) – 일정작업장에서 운반,하역에 쓰는 차륜자동차

• 건설차량(Construction Vehicle) – 토목건설작업 현장에서 작업에 사용되는 기계

• 농업차량(Agriculture Vehicle)• 설상차량(Snow Vehicle) - 스노모빌

• 레저카(Leisure Car) – 레이싱카, 고카트,..

자동차의 분류(2)

자동차의 분류(3)

• 구조에 따른 분류– 주행방식에 따른 구분(차륜, 캐터필러 )– 차축 및 차륜수에 따른 구분

– 구동륜에 따른 구분• 전륜구동(Front-Wheel-Drive Vehicle) • 후륜구동(Rear-Wheel-Drive Vehicle)• 총륜구동(All-Wheel-Drive Vehicle)

– 원동기의 위치에 따른 구분• 프론트엔진자동차(Front Engin Vehicle) • 리어엔진자동차(Rear Engine Vehicle) • 언더플로어엔진자동차(Underfloor Engine Vehicle)

– 프레임의 유무에 따른 구분

자동차의 분류(4)

• 원동기에 따른 구분

– 가솔린자동차(Gasoline-Fueled Automobile)– 디젤자동차(Diesel Powered Automobile)– 가스자동차(Gaseous Fuel Automobile)– 전기자동차(Electric Automobile)– 가스터빈자동차(Gasturbine Automobile)

• 승용차의 분류 : 주로 사람과 수하물 및 물품을 수송하는 목적으로 설계 및 장비되고, 이용할 수 있는 좌석이 운전자석을 포함하여 10석 이하인 자동차

• 세단(살롱, 리무진) : 일반적으로 타고 다니는 승용차를 말하며, 대개 2도어, 4도어, 5도어 등으로 전체모양을 나타낸다.

• 컨버터블 : 차 지붕을 헝겊이나 비닐 같은 재료로 만들어, 접었다 폈다 할 수 있게 만든 차. 유럽에서는 카브리올레라 부르며, 사이드 윈도가 없는 컨버커블은 로드스터, 4도어 컨버터블은 페톤이라 한다(컨버터블 살롱).

자동차의 분류(5)-승용차의 분류1

자동차의 분류(5)-승용차의 분류2• 리무진(Pullman Saloon, Limusine) : 운전석과 뒷좌석 사이를 유리로 칸막이한 VIP

용 호화차. 미국에서는 스트레치드 리무진(Stretched Limousine), 또는 줄여서 리모(Limo)라 하며, 독일에서는 풀만이라 부른다(독일에서는 보통 승용차를 리무진이라부름).

• 왜건(Station, Truck Station Wagon) : 사람과 짐을 함께 실을 수 있는 다용도 차를 말하는데, 흔히 세단의 차체를 늘여서 만든다. 독일에서는 콤비, 영국에서는 에스테이트, 프랑스에서는 브레이크라고 부른다.

자동차의 분류(5)-승용차의 분류3• 쿠페(Coupe) : 뒷좌석의 천장을 짧고 경사지게 만들고, 앞좌석을 더 강화시킨차

보통 2개의 문으로 되어 있는데, 스포츠카의 경우가 이에 해당하며, 세단 가운데에서도 뒷부분을 바꾸어 쿠페로 만든 것이 있다.

• 해치백 : 세단이나 쿠페의 뒷부분에 문을 단 승용차. 뒷문을 열면 바로 실내와 연결되어 여러 용도로 쓸 수 있으나, 대부분은 칸막이를 두어 뒷좌석을 트렁크로 쓴다.

자동차의 분류(5)-승용차의 분류4• 스포츠카(Sports Car) : 편안함이나 경제성보다 달리기 성능을 위주로 만든 차로서,

쿠페나 컨버터블 형이 많다, 스포티 카는 스포츠 카를 본 딴 모델로 모양이나 달리는성능은 일반차 보다 날렵하지만, 스포츠카에는 못 미친다.

• 밴(VAN) : 화물을 운반하는 마차라는 뜻으로, 짐 싣는 기능을 위주로 만든 차. 요즘은레저용 차로 많이 쓰인다.

• 짚(JEEP) 형:험한 길을 달릴 수 있는 네 바퀴 굴림차. 원래는 미국의 크라이슬러 산하AMC에서 만든 차의 이름으로 AMC와 일본의 미쓰비시만이 쓸 수 있는 상품명이다. 보통 네 바퀴 굴림 오프로드 차를 통칭하기도 한다.

자동차의제원

• 자동차의 외양, 크기, 무게, 성능, 구성품의 사양, 형식 등은 설계나 제조의표준이 되며 이를 바탕으로 자동차의 형식승인을 받는 사양을 통칭하여제원(Specification)이라고 한다.

• 용어의 정의나 측정방법 등은 자동차관리법과 한국공업규격(KS)에 규정되어 있다.

• 제원표는 카다로그, 설명서, 사양서 등에 표시되어 사용과 정비 기타 기술적 목적에 이용되고 있으며, 자동차의 특성항목과 비교우위를 파악하는가장 객관적 자료가 될 수 있다.

• 제원치에는 치수(Dimensions), 질량(Masses), 하중(Weights) 및 성능(Performances)이 있으며 기준조건으로 치수는 수평의 직진자세로 정지된 공차상태에서, 성능은 최대적재상태에서 측정하며 공차 상태란 기본사양에 필요한 최소한의 장치·장비를 갖추고 윤활유, 브레이크액, 냉각수, 연료를 포함한다.

치수 제원 (1)

– 전장, 전폭, 전고(Overall Length/Weight/Height) : 외형크기로서 최대치를 말하며 전폭 중 아웃사이드미러는 제외된다. 이를 전길이, 전너비, 전높이라고도 한다.

– 축간거리(Motor Vehicle Space/Wheel Base) : 앞 뒤 차축의 중심에서 중심까지의 거리를 말하며 이는 앞뒤타이어 접지중심에서 세로 중심면에내린 수직 사이의 거리와 같다.

– 차륜거리(Track/Tread) : 좌우 타이어 바닥 노면과 접촉면의 중심 사이의 거리로서 좌우 타이어의 접지부 중심에서 중심까지의 거리와 같다.

– 최대 안정경사각 : 자동차를 측정대 위에서 오른쪽 및 왼쪽으로 기울였을 경우, 반대쪽의 모든 차륜이 측정대 바닥면에서 떨어질 때 측정대 바닥면과 수평면이 이루는 각도를 말한다.

– 최저 지상고(Ground Clearance) : 접지면과 자동차 중앙 부분의 최하부와의 거리로서 타이어, 휠, 브레이크 부분을 제외한다.

치수 제원(2)

실내치수(Interior Dimensions of Body) : 자동차 실내의 각종치수도 거주성과 운전 조작성에 기준이 되며 길이는 계기판으로부터 최후부 좌석 뒤끝까지, 폭은 객실 중앙부의 최대 폭, 높이는 차량중심선 부근의 바닥면부터 천정까지의 길이를 말한다.

오버행(Over Hang) : 자동차 바퀴의 중심을 지나는 수직면에서자동차의 맨앞 또는 맨뒤까지(범퍼, 견인고리, 윈치 등을 포함)의 수평거리를 (Front/Rear Overhang)이라고 하며, 바퀴의 접지점과 차량 앞 뒤 끝단 하부를 연결하는 선과 노면과의 경사각도를 앞바퀴는 접근각(Approach Angle), 뒷바퀴는 이탈각(Departure)이라고 한다.

최소 회전 반경(Minimum Turning Radius) : 자동차가 최대 조향각으로 저속 회전할 때 바깥쪽 바퀴의 접지면 중심이 그리는원의 반지름을 말한다.

치수 제원

질량·하중 제원

– 공차중량(Complete Vehicle Kerb Weight : CVW/Empty Vehicle Weight) : 자동차에 사람이나 짐을 싣지 않고 연료, 냉각수, 윤활유 등을 만재하고 운행에 필요한 기본장비(예비타이어, 예비부품, 공구 등은 제외)를 갖춘 상태의 차량중량을 말한다.

– 차량 총중량(Gross Vehicle Weight : GVW) : 승차정원과 최대적재량 적재시 그 자동차의 전체.

– 축하중(Axle Weight) : 차륜을 지나는 접지면에서 걸리는 각 차축당 하중으로 도로, 교량 등의 구조와 강도를 고려하여 도로를 주행하는 일반자동차에 정해진 한도를 최대 축하중(Maximum Authorized Axle Weight)이라고 한다.

– 승차정원(Riding Capacity) : 입석과 좌석을 구분하여 승차할 수 있는 최대인원수로 운전자를 포함한다. 좌석의 크기는 1명당 가로, 세로 400 mm이상이어야 하며, 버스의 입석은 실내높이 1800 mm 이상의 장소에 바닥면적0.14 ㎡에 1명(단 12세 이하 어린이는 2/3명)으로 하고 정원 1명은 55 kg으로 계산한다.

성능 제원(1)

• 자동차 성능곡선(Performance Diagram) : 자동차 주행속도에 대한 구동력곡선, 주행 저항 곡선 및각 변속에 있어서의 기관회전 속도를 하나의 선도로 표시한 것이다.

• 공기저항(Air Resistance) : 자동차가 주행하는 경우의공기에 의한 저항

• 동력전달효율(Mechanical Efficiency of Power Transmission) : 엔진 기관에서 발생한 에너지(동력)가 축출력과 클러치, 변속기, 감속기 등의 모든 동력전달 장치를통하여 구동륜에 전달되어 실제 사용되는 에너지(동력)의비율

엔진성능곡선

• 구동력(Driving Force) : 접지점에 자동차의 구동에 이용될 수 있는 기관으로 부터의 힘

• 저항력(Resistance Force) : 주행저항에 상당하는 힘으로서 전 차륜에 있어힘의 총합

• 여유력(Excess Force) : 구동력과 저항력의 차

• 등판능력(Gradability/Hill Climbing Ability) : 차량 총중량(최대 적재) 상태에서 건조된 포장노면에 정지하여 언덕길을 오를 수 있는 최대 능력으로「tan θ」혹은 「%」단위

• 가속능력(Accelerating Ability) : 자동차가 평지주행에서 가속할 수 있는최대 여유력으로서 발진 가속능력은 자동차의 정지상태에서 변속 및 급가속으로 일정거리(200 m, 400 m)를 주행하는 소요시간을 말하며, 추월 가속능력(Passing Ability)은 어느 속도에서 변속없이 가속페달을 조작 급가속하여 어느 속도까지 걸리는 시간을 말한다.

성능 제원(3)

• 성능 제원(4)• 연료 소비율(Rate of Fuel Consumption) : 자동차가 연료의 단위용량당

주행할 수 있는 거리(km/ℓ)를 말하며, 일정속도로 주행할 때의 정지 연비율과 사용상황에 따른 주행모드(예 : 동경 10모드, LA 4모드)의 시가지 연비율로 표시된다. 우리나라의 시가지연비는 LA 4모드로 측정한다.

• 변속비(Transmission Gear Ratio) : 변속기의 입력축과 출력축의 회전수비로서 주행상태에 따라 선택할 수 있다.

• 압축비(Compression Ratio) : 피스톤이 하사점에 있는 경우의 피스톤 상부적용과 피스톤의 상사점에 있는 경우의 피스톤 상부 용적과의 비율을압축비라고 한다. 일반적으로 압축비가 높을수록 폭발압력이 높아 높은출력과 큰 토크를 얻을 수 있지만 가솔린엔진의 경우 지나치게 높아지면혼합기가 타이밍에 관계없이 자연착화되어 노킹의 원인이 된다.

• 배기량(Displacement) : 엔진의 크기를 나타내는 가장 일반적인 척도로엔진이 어느 정도 흡입하고 배출하는가를 용적으로 나타내는 것이다.