차알못들을 위한 자동차 정보 Part 2 (가솔린, 디젤, 전기차 작동원리와 종류)

차알못들을 위한 자동차 정보 Part 2에서 다룰 내용은 가솔린, 디젤, 전기차의 작동원리와 종류에 대해서 설명드릴려고 합니다. 연료가 다른 것은 알겠는데, 가솔린과 디젤, 전기차가 다른 연료를 가지고 어떻게 구동력을 삼아 주행을 하는지에 대해서 궁금하신 분들도 있다고 생각합니다. 지금부터 가솔린, 디젤, 전기자동차가 각각 어떻게 구동하는지를 알아보도록 하겠습니다. 

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자동차 엔진의 작동원리 

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자동차의 엔진은 내부 연소를 기반으로 작동합니다. 내부 연소과정을 크게 4가지로 분류할 수 있는데 흡입>압축>폭발>배기로 분류할 수 있습니다. 흡입과정을 살펴보면 피스톤과 실린더가 상하 이동하여, 이러한 운동으로 공기가 실린더 안으로 흡입됩니다. 피스톤이 실린더를 상승시키면 공기와 연료가 혼합되어 실린더에 공급되고, 흡입 밸브와 배기 밸브가 열려 있는 상태에서 공기와 연료가 흡입되므로 혼합되게 됩니다. 피스톤이 하강하면서 혼합된 연료와 공기는 가압되어 고압 가스로 변환되고 이후 피스톤이 하강하여 압축된 공기와 연료 가연 혼합물에 불꽃을 발생시킵니다. 가연 혼합물이 폭발되어 피스톤을 상승시키고 이 운동으로 구동축이 회전하게 되어, 발생한 힘이 자동차를 움직이게 하는 원동력이 됩니다. 가연 혼합물에 종류에 따라 가솔린과 디젤을 분류할 수 있고 전기자동차는 내연기관의 폭발에 의해 원동력을 얻는 것이 아닌 유도된 전기력을 통해서 자동차의 원동력을 제공합니다. 

 

 

가솔린과 디젤의 차이점은 무엇인가?

 

가솔린 엔진

 

가솔린 자동차에 사용되는 연료는 휘발유입니다. 휘발유는 석유를 뜻하고 끓는점이 45 ~70도로 낮은 편에 속합니다. 초기 휘발유는 공기와 접촉하면 폭발되는 위험성으로 인하여 내폭제를 투입하여 폭발을 방지하고 열 효율을 증가시켜 유연휘발유를 개발하였습니다. 하지마 유연휘발유에도 여러가지 단점들이 발견되어 87년도에 새로운 내폭제를 투입하여 등장한게 지금 사용하고 있는 무연 휘발유입니다. 휘발유의 특징은 다음과 같습니다.

 

• 끓는 점이 낮아 상온에서 쉽게 폭발한다.
• 공기와 휘발성분이 혼합하면 쉽게 폭발한다.

가솔린 엔진은 연료와 공기를 압축하여 불꽃을 터뜨려 구동력을 얻는 형태입니다. 즉각적으로 착화되기 때문에 고속주행에 유리하며 배기가스 배출 시 유해물질이 적습니다. 쉽게 폭발되는 휘발유의 특성 때문에 연비는 떨어지지만, 떨림이나 진동이 적어 승차감이 좋다는 장점이 있습니다. 고속주행에 유리하고 승차감이 좋기 때문에 고급 스포츠카들은 대부분이 가솔린입니다. 

 

 

디젤 엔진

 

디젤 엔진에 사용되는 연료는 경유입니다. 경유는 큰 힘과 연비 효율이 필요한 곳에 많이 사용됩니다. 대표적으로 트럭, 버스, 기관차 등 대형차량에 경유가 사용되고 차체가 큰 SUV에는 거의 대부분이 경유를 사용하는 디젤 엔진입니다. 경유는 휘발유와 다르게 휘발성이 낮아 불이 쉽게 붙지 않기 때문에 폭발의 위험이 적습니다. 경유를 사용하는 디젤 엔진은 열을 발생시켜 압축된 연료가 분사되면 높은 열에 의해 스스로 폭발하는 원리를 이용한 엔진입니다. 디젤 엔진은 가솔린 엔진보다 더 큰 힘과 효율적이 연비라는 장점이 있지만, 미세먼지를 많이 발생시켜 공기중으로 황산화물질을 배출시키는 문제점이 있습니다. 이로 인하여 디젤엔진 차량은 환경개선부담금을 매년 2번씩 납부해야 하고, 요소수와 같은 환경저감을 위한 소모품들을 사용해야 하기 때문에 유지 보수에 신경을 써야합니다. 또 단점으로는 가솔린 엔진에 비해 소음이 큽니다. 

 

 

전기자동차 작동원리

 

가스가 연료가 되어 공기와 혼합된 가연성 혼합가스에 점화를 하여 폭발력으로 크랭크축에 연결된 피스톤을 움직이며 차량의 휠을 회전시키는 것이 내연기관의 동작원리입니다. 하지만 전기자동차는 피스톤 대신 전자석을 사용하여 크랭크축을 움직입니다. 전기자동차의 전기 모터에는 자석 시스템이 있으며, 그 중 일부는 정지해 있고 일부는 회전하고 있습니다. 자석은 회전해야 하는 자석의 극성을 지속적으로 전환하여 회전시킵니다. 두 개의 자석이 같은 극일 때 밀어내면서 발생하는 저항이 모터를 회전시키고 차량의 바퀴를 회전시키는 것입니다. 이 저항을 만들어 내는 것이 인버터라는 장치입니다. 인버터는 배터리에서 전력을 끌어와 회전 자석의 극성을 초당 약 60회 전환시킵니다. 지속적인 전환은 지속적인 같은 극을 밀어내는 저항을 만들고 모터에 전원을 공급합니다. 모터나 배터리 뿐만 아니라 전기자동차의 주행성능을 좌우하는 것은 인버터의 성능입니다. 인버터의 극성 전환 주파수를 조정한다면 가솔린 엔진보다 속도와 토크를 더욱 세밀하게 제어할 수 있기 때문입니다.