제 1편 자동차 - 인간과 차



1. 사람이 결혼을 해서 얼마간 살아가면, 점차 서로가 닮아 간다고들 한다. 한솥 밥먹고, 한이불 덥고, 하면 동일한 공간에서, 문화생활도 같고, 또 취미도 같아지니, 겉모양도 슬슬 비슷 해 지는게 아닐가?

인간이 amoeba 에서 출발, 오늘의 인류, Homo Sapiens 가 되었다는 Charles Darwin (1809-82; 英, 박물학자)의 진화론 (evolution theory) 와, 20세기 후반 부터 주창되어 오는 140 억년 전의 천지 개벽설(cosmological big bang theory), 혹은 하느님께서 자기의 형상대로 흙으로 빚어서 입김을 불어 넣어 Adam을 만들고, 그의 갈비뼈 하나를 빼어, 여자 Eve를 만들어 같이 살도록 한 창조론 (intelligence design) 과의 사이에, 어느 논리를 주로하여 학교 교실에서 가르쳐야 할지는 두고두고 논란이 되겠지마는, 기독교에 귀의(歸依)한 신앙인들로서는 창조론을 신봉 하게되다.

이간은 그 형상, 조직, 사고 등이 너무 다체로와, 단순한 진화론으로서는 설명이 불가능한 신묘 막측 (神妙莫測)이라 창조론을 신봉하게되는게 아닌가 생각 한다. 같이 살아가는 남여가 엇비슷, 유부유부 (猶父猶婦) 하게 되도록 창조 했을 게다.


2. 이처럼 자동차와 인간도 1세기를 동행하면서, 적어도 그 기능면에서는 유사하게 닮아 가고 있다는 사실이다. 이것을 견강부회 (牽强附會) 해보면, 엔진은 인간의 가슴, 트란스 믿숀은 심장, 바디는 피부, 휘발유와 부동액은 혈액과 임파액, 4 바퀴는 손발, 서스펜숀은 척추, 콤퓨터는 머리, 타이아는 신발, 등등 이렇게 억지로 가져다 붙일수가 있지 않을가.. 특히 콤퓨터는 미국에서 1996년 이후 제작된 모든 차량에 OBD 2 (on -board diagnostic 2)를 강제규정으로 설치토록 해서, 인간의 두뇌에다가 근접시키고있다.

또 사람의 부신에서 생산되는 도파민 (dopamine)이 뇌속의 신경 전달물질로 작용 한다는 설을 믿으면, 차량의 쎈서 (sensor)들이 voltage (0-5volt)로서 콤퓨터를 작동시키는 것을 신기하게 여길 필요도 없게 될 것이다.


제 2편 자동차 - 성능


1. 엔진의 작동을 한번 살펴 보자.

엔진은 무슨 힘으로 움직일가? 간단히 가스 (gasoline)라고 답하고 싶다. 허나 그리 간단하지가 않다.
가스가 연소 하려면 적당한 공기가 있어야 한다.

공기와 가스의 가장 이상적인 배합 (optimum ratio)은 무게로 14.7 : 1, 즉 공기 14.7 lbs. 에 가스 1 lb. 가 화합 해야 옥동자가 생겨, 완전 연소가 되고, 오염이 생기지않게된다. 그러나 항상 14.7 : 1 의 이상적 배합만 늘 요하는 것이 아니고, 차에 무게가 가해질 필요가 있거나, 또는 오르막 길에서는 가스가 더 많은, 예로 13 : 1 (rich 라고 표현) 경우, 혹은 고속도로를 주행 (cruise coasting)하거나, 또는 내리막 길에서는 가스의 양을 줄이는, 예로 15 : 1 (lean 이라고 함)이 되어야 경제적으로 운행 하게 되는 때가 있다. 그렇지만 콤퓨터는 항상 가장 이상적 배합 optimum ratio 에 가깝도록 작동하겠끔 그 프로그램이 되어 있다. 그러면 어떻게 조정이 될가?

배기 가스 선상에 O2 (oxygen/lambda) 쎈서를 설치, 초당 10-40 번 콤퓨터에 voltage (0.1-0.9 volt)를 보내서 연소의 상태, lean일 때는 0.1 volt 에 가깝게, rich일 때는 0.9 volt 에 가깝도록 콤퓨터에 알리고, accelerator 의 가감에 맞추어 injector의 가스 양을 조정 할수 있도록 계속 voltage를 보낸다. 차종에 따라 O2쎈서를 1-4개 부착 하고있다.

자동차 콤퓨터도 일반 콤퓨터와 마찬가지로 booting time 을 요한다.
엔진의 온도가 낮을 때는 콤퓨터가 작동하지 않고 (open loop 이라고 함), 모든 system 이 mechanically 움직인다. 이 때는 엔진이 rich한 배합을 해서 엔진이 빨리 더워지게 프로그램 되어있다.

thermostat도 작동을 192도 F 될때 까지 작동하지 않아 냉각수의 흐름을 중지 시킨다.
O2 쎈서는 600도 F가 되어야 작업이 시작되며, 이때부터 콤퓨터도 작업을 시작 (closed loop이라 칭함) 하게된다. 즉 콤퓨터의 PCM은 엔진이 cold start한후 3분쯤 지나야 (warm start는 45초 정도 후), 122도 F(50도 C) 라야 closed loop, electronically 움직이기 시작한다.
화씨와 섭씨의 관계는; F = 9/5 C + 32 로 계산 한다.

공회전시에는(idling), 가스 양이 더 많은 rich 한 상태로 되어, 배기 오염이 많기 때문에 10분 이상 공회전 하면 촉매에 영향을 미치므로 가능한한 오래 공회전하지말아야 한다. 또 쓸때없이 가스를 낭비 하게된다.



2. 차의 힘:

가스와 공기의 배합 (mixture)은 피스톤의 윗 부분, 실린다의 맨윗 쪽에서, 스파크 플라그의 점화/폭발로 피스톤을 상하 작용 (reciprocal movement)시켜, 크랑크샤프터 (crankshaft)를 움직여 회전 운동 (rotary motion)으로 바꾸고, 속도를 조절하는 트란스 밋숀/트란스 액셀(앞구동), 디프랜샬(뒷구동)--바퀴를 회전 시키게한다.

공기와 가스의 배합을 피스톤으로 압축 하는 정도가 클수록 제한된 공간에서 폭발하는 힘이 더 크게 된다.
또 압축된 배함은 열을 발생하여 점화점이 낮은 경유는 스파크 플라그가 필요 없이 자체열로서 점화 된다.

옥탄가란 연소의 질을 표시하는 수치로, 예를 들어 isooctane : heptane = 85 : 15 일 경우 옥탄가 85 라고 한다. 옥탄가가 높을수록 엔진 knock (연소할때 쿵쿵 하는 소음)이 적고, 오염도 적다. 요즘의 차는 대개 regular gas로도 다 좋게 제작 되어있다.

1920년 이후 엔진의 knocking 을 줄이고, 옥탄가를 높이기 위해, 가솔린에다가 연을 무자비하게 섞어 왔으나 그 위험을 감지하기에는 수 십년이 소요된 것이다.

1970년 대 이후 Mr. John Mooney가 발명한 촉매 (catalytic converter)를 배기 line에 부착하게되므로 점차 연의 사용을 금지 하게된다. 가장 큰 이유는 연이 촉매에 달라 붙어 촉매의 화학작용을 방해 하기때문이다.
가스와 연이 연소할때 나오는 배기가 인체에 해로운 사실도 알게된다. unlead gasoline의 사용이 금지되게이른다.

촉매의 차량에서의 역할은 마치 인간의 cholesterol 이 혈관을 막아 심장질환을 일어키는 원인을 lipitor 을 복용해서 치료해 주는 것과 참으로 유사하다. 촉매와 lipitor 은 인간의 생활에 크게 기여 하고 있다.

이렇게 자연의 인간과 비 자연의 자동차 유사한 고속 도로를 같이 질주하고 있는 것이다.
인간이 창조론, intelligent design 이라는 사실을 믿지 않으면 설명 하기가 어려운 점이 한두가지가 아니다.
모든 인간이 얼굴이 다 다르고, 지문, DNA, 목소리, 연애 하는 방법, 이것들을 어떻게 설명할 수 있을까?


3. 자동차의 발달사.

(다음은 뉴욕의 어느 잡지에서 발췌)
1480년대: 레오날드 다아빈치가 시계의 태엽 감는 실수로 태엽이 튀는 힘을 보고 그 힘
               을 이용하여 차를 만들었다고 한다.
1600년대: 폴란드의 시몬 스티븐, 돛 달린 수레로 10 miles/hr 속도로 달렸다.
1630년: 조번 니브란카 (Italy), 보일러에 노즐을 달아 그 증기로 바퀴를 회전시키는
            증기 터빈차를 만들었다.

1740년: 잭 보콘슨(France), 용수철 마차를 만들었다.
1770년: 니콜라스 조셉 퀴이노 (Nicholas Joseph Cugnot; France), 증기기관 동력의 3륜
            증기기관차로 군용포차 (砲車)를 견인했다. 전륜 구동으로는 최초 였다.

1805년: 올리버 에반스 (Oliver Evans, USA), 스팀엔진의 특허를 받고, 육로 수송 자동차
            를 만들었다.
1826년: W. 헨목 (英), 증기 버스 22인승 (12 miles/hr)를 운행하기 시작했다.
1840년: 알버트 포드 (USA), 조직된 자동차 생산을 최초로 했다.
1870년: 로바트 대이비스 죤 (英), 아연과 연으로 축전지를 이용, 전기 4륜 트럭, 니콜라
            스 어그스터 오토 (Nikolaus August Otto); 4행정 사이클 내연기관 개발, 마르크
            스(France); 잿트 캬부레터를 만들어 가스 엔진을 개발.

1885년: 칼 벤츠 (Karl Benz; German), 가스 3륜 구동, 최초 휘발유 자동차 개발.
1886년: Gottlieb Daimler, 1 기통 0.8마력 가스 엔진의 4륜 자동차를 개발, 아내한테
            생일 선물 했다.
1894년: 루돌프 디젤 (German), 압축착화기관 디젤엔진 발명으로 백만장자가 되었다.
            파리에서 최초의 자동차 쇼 개최.
1895년: 칼 벤츠, 8인승 승합차를 만들었다.
            Panhard Levassor Co. (France); 차의 앞부분에 엔진을 설치, 최초의 세단을
            만들었다.
            Andre Michelin (France)형제가 영국인의 공기타이어 자전거를 보고,
            공기 타이어를 개발하여, 딱딱한 통고무 타이어의 쿠숀을 대체 하는데 성공.
1898년: 르노 형제; 최초의 공냉 단기통 1.75 마력 , 디온엔진 자동차를 개발 했다.

1901년: 랜섬 올스, curved dash 한개의 모델로 425 대를 만드는 양산 생산에 성공했다.
1903년: 포드, 뷰익, 캐딜락 등이 회사를 차려 창업 했다.
1908년: William Durant (USA); General Motors 를 창업, 올스, 뷰익, 시볼레, 캐딜락 등을
            합병 했다.
1911년: 캐딜락의 찰스 캐들링이 최초의 자동시동기를 발명 했다.

            1907년 디트로이트 근교에서 엔진이 꺼진 한 여인의 캐딜락을 보고, 지나가던
            한 남자가 그 여인을 도우려고 시동기 막대기를 돌리는 순간 역회전 하는
            막대기가 남자의 머리를 쳐서 그로 인해, 며칠 후 그 남자가 사망에 이르게
            된다. 그 남자가 바로 캐딜락 사장 핸리 리랜드의 친구로, 핸리는 자기 차로
            친한 친구를 사망케 했다는 죄책감을 못 이겨, 쇠막대를 이용하지 않는
            시동 방법을 연구토록 명령을 내리게 된다. 허나 그 방법을 쉽사리 찾을 수가
            없어 전기 기사인 찰스 캐드링에게 부탁, 1911년 전기로 시동을 걸 수 있는
            방법이 탄생하기에 이르렀다.



제 3편 자동차 - 타이어


1. 여자는 머리가 우아해야 숙녀이고, 남자는 신발이 근사해야 신사란다.

수시로 구두를 닦아 주어야, 반짝 반짝 광이 나는 것처럼, 자동차도 타이어를 가끔 물로 씻어주고, 정기적으로(6,000 마일; 1마일=1.609 킬로) 앞뒤 교체도 해주는 등, 손질을 해줘야 오래 쓸 수 있고, 차의 외형도 근사해 보이게 된다.

한국은 미터법을 사용 하지만, 미국은 그동안 야드(Yard)를 사용해오다가, 1995년 부터 미터법으로 사용케 되었다. 현재는 과도기로 혼용해 쓰고 있지만, 자동차 등 모든 부품이 미터로 되어있다. Tool도 미터로 된 Tool만을 사야 한다.


2. 타이어의 역할:

타이어의 기본 역할은 견인력(Traction)을 제공 하는 것이다.
그 외에 차의 무게를 지탱 해주고, 정지와 진행시 회전력(Torque)을 도로에 이관 시키고 차의 속력을 지탱해 줌은 물론, 여러가지 고르지 못한 울퉁 불퉁한 길바닥의 충격을 흡수하는 역할을 한다.

1985년 앙드레(Andre), 에드알드(Edouard) 미쉘린 형제가 통고무를 사용해오던 것을 한 영국인의 공기 타이어 자전거를 보고, 당시의 푸죠차를 개조한 "엨크레르"에 공기 타이어를 달고 파리의 자동차 경주에 출전, 560킬로 를 질주하는 동안 20여 차례나 타이어가 파손되어, 나중에는 풀잎으로 채워 그 경주를 마쳤다고 한다. 허나 그 승차감에 매혹되게 된다.
그 후에 "보아추레트"에 공기 타이어를 부착하여 미쉘린 형제는 크게 돈을 거머쥐게되었다. 이 때의 타이어의 지름은 65mm에 불과 했다.



3. 사이즈, 및 표시:

P215/70R15, 85H 란?

P: 승용차, P자리에 LT가 있으면 경추럭
215: 타이어의 단면 폭, mm로 표시 즉 215mm의 폭이라는 뜻
70: 편평비(Aspect=Profile Ratio), height to width ratio, % figures 이다.
예, sectional height 7 inch: sectional width 10 inch 일 경우 70 으로 표시
R: radial tire
15: rim 사이즈, inch로 표시
85H: 85는 타이어가 견지할수 있는 최대 하중(1,133 lbs.),
       H는 최대한도의 속도(130.5 마일)

m+s, ms, m,s: mud and snow, 4 계절, all season 타이어라는 뜻
sl, or xl; 하중(load range), sl; 승용차(과거는 B(psi 32), C(psi 36)로 표시),
xl; heavy duty 트럭 (과거는 D(psi 40)로 표시)
DOT: department of transportation, 그 옆의 2 숫자; 생산자,
그 나머지는 타이어의 type, tube의 사용여부, 생산일자 등 표시


생산일자; M7 H4 461X 07 09:

M7: maker,
H4: tire size, 461; 주요특성과 제품 구분,
07 09: 제작 주(週)와 년도
    07: 일년 54주 중 7번째주(2월 3째 주),
    09: 2009년

제조일자가 오래된 타이어는 피해야 한다. 예로서 소비자 보호원의 조사를 보면 지금 생산된 타이어 주행 능력을 100으로 볼때, 4년되 것은 75%, 7년 된 것은 25%정도 밖에 되지 않는 다니 유의 해야겠다. 조사 결과가 어느 정도 정확 한지는 더 조사해볼 필요가 있겠다.

Tread wear: 마모성 표시
    50 - 500 (200의 타이어는 100보다 2배수명)
Temperature; 내열성, 75마일부터 5마일씩 증가할때 마찰에 견딜 수 있는 시험
    (A: peak, C:lowest), C 타이어는 무더운 날은 피할 것
Traction: 견인력
    A 부터 C



4. 타이어의 교체;

타이어에 따라 약간의 차이는 있지만 40,000-50,000마일 정도가 되면 접지면 Tread의 높이가 승용차의 경우 10/32 인치 (약 8mm)쯤으로 줄어든다. 업계에서는 5/16 으로 인수분해 하지않고 분모 32를 그대로 쓴다.

Tread가 약 80%의 접지면이 있는 상태, 즉 2/32 인치 (약 1.6mm) (van등 추럭은 4/32 인치) 이하가 되면 타이어를 교체해야 한다.

측정 방법은 접지면의 홈에 가로로 야간 높인 부분 부터 타이어의 닳은 면까지가 2/32 인치가 되는지 봐야 한다.

비온뒤 길을 달리면 빗물이 홈에 들어가서 수막 현상이 발생한다. 차를 빨리 질주하게 되면 접지면이 길에 닿는 면적이 적어져 수막이 부레이크의 작동을 방해하게되다. 따라서 너무 닳은 타이어는 비오는 날 위험 할 수 있다.



5. 공기압 (Air Pressure)

타이어의 공기압은 타이어가 상온일 때 측정 해야한다.
차의 운전석 문짝, decal에 차의 제작 년도 등과 함께, 요하는 공기압 정도를 나타내고 있다.

승용차는 대개 30psi (도낫 스패어는 60psi)정도가 적정 공기압이다.
psi; pound per square inch, 혹시 한국에서는 kPa(6.9 kiloPascal:1psi)을 사용하는지 모르겠다. 30psi=205kPa가 되다.

기온 41도 F,(5도 C)변화에 1psi정도의 공기압이 달라진다고 한다.
요즘은 대개 차에 공기압이 적당치 않으면 계기판에 빨간 경고가 켜진다.

적당한 공기압은:
1) 타이어의 수명을 연장
2) 승차감을 살리고
3) 핸들을 쉽게 움직일 수 있게 하고
4)가스의 갈론당 마일을 상승 시킨다.

공기압이 얕으면:
1) 주행시 타이어에서 잡소리가 나고
2) 타이어의 열이 정도이상 높아 지고
3) 핸들이 힘겹고
4) 타이가 빨리 닳고, 특히 타이어의 양측 가장자리 가 많이 소모 되며
5) 연료가 겨우에 따리 10% 이상 많이 소비 된다.

공기압이 높으면:
1) 승차감이 나쁘고 (탕탕 튀는 느낌)
2) 타이어가 상처 나기 쉽고
3) 타이어의 가운데 부분이 많이 닳는다.


6. TCS (Traction Control Syste) 이란?

25 마일이하 주행시 바퀴 하나가 미끄러 지기 시작하면, 콤퓨터가 다른 바퀴를 조정해서 더 이상 미끄러 지지 않토록 하는 부레이크의 안전장치로 대개 이때 경고등이 켜 진다.

타이어의 사이즈가 다르거나 TCS를 손으로 켰을 때 부레이크에 열을 받을 때에 경고등이 패날판에 켜 진다.
도낫 스패어 타이어 사용시 TCS를 켜 주지 않으면 부레이크 한 쪽이 과열될 수 있다.
TCS는 차를 정지 한후에 끄야만 끄진다.


7. 연비,
고유가 시대에 사는 우리는 사력을 다해서 연비를 향상 시켜야 한다.
공기압을 적당 하게 할때 연비를 향상 시키고, 또 에어 필터만 제때 교체 해줘도 10%까지 연비를 향상 시킬 수가 있다.

연비(燃比)란 차량의 소비율을 말하며, 갈론당 주행 할수 있는 거리를 말한다.

즉 mile/gallon (kilometer/liter) (1mile:1.609kilometer, 1gal: 3.7853liter)으로 나타낸다.

현재 연비는 FTP-75 방식을 사용하고 있다.
이는 로스안젤스 시가지 주행으로 34.1km/hr 로 달려서 1875초 동안 17.8km의 거리에서 소모 가스 연비를 측정 한다. 자동차는 새 차로서 100 마일 주행한 차를 기준으로 한다.


8. Run-Flat tire,

미쉘린에서 연전 Run-Flat 타이어를 처음 선보였을 때 모두가 환상의 타이어로 칭찬이 자자 했으나, 실제 시중에 판매되면서 실망하기 시작 했다.

타이어 값이 터무니없이 비싸고, Flat(빵구)날 경우, 때울 수 있는 곳이 한정되어 있어 쉽게 수리 할 수가 없다는 것이다.
장점에 비해 단점이 더 크다는 것이다.

BMW 2009, 650i의 타이어를 예로 들면:

앞 바퀴; 245/40R19
뒷 바퀴; 275/35R19
로 앞뒤가 서로 다른 사이즈를 갖고, 또 snow tire는 rim size 18 이치를 사용 해야 하는 등 불편이 이만저만이 아니다. 더 두고 봐야 할 일이다.

좋아요 0