d라이브러리 2012년 09월 과학동아

차체

추천 - 고장력 강판+강화플라스틱, 알루미늄, 마그네슘, 탄소섬유

강하면서도 가벼운 소재로 차체를 만드는 ‘경량화 기술’이 중요하다. 가장 널리 쓰이는 것이 고장력 강판이다. 강도를 높이고 무게를 줄인 소재다. 고장력 강판은 철판에 탄소와 붕소 등을 첨가해 만든다. 더욱 강하게 만들기 위해 담금질 과정을 거친다. 고온으로 달군 후에 압력을 가하거나 두드려 더욱 단단하게 만든다.

가장 강해야 하는 부분에는 초고장력 강판을 이용한다. 고장력 강판에 강화플라스틱이나 알루미늄 등 다양한 소재를 첨가한다. 자동차에서도 가장 강한 곳은 엔진 하부의 프레임이다. 이곳은 가장 강한 초고장력 강판으로 만든다. 사고가 발생할 경우 이 부분이 약하다면 엄청난 무게와 압력의 엔진이 운전자와 탑승자를 그대로 덮칠 수 있기 때문이다. 일반적으로 초고장력 강판의 강도는 500메가파스칼(MPa) 이상이다. MPa는 강도를 나타내는 단위로 1000MPa는 면적 mm2당 약 100kgf의 무게를 견딘다. 그러나 자동차 모든 부분에 단단한 재료를 쓰지는 않는다. 어떤 부분은 사고시 적당히 구겨져야 충격을 흡수할 수 있기 때문이다.

변속기

추천 - 8~10단 자동변속기

수동변속기에 비해 자동변속기는 연비가 좋지 않다는 인식이 있었다. 그러나 고단자동변속기가 나오면서 연비가 점점 개선됐다. 현재 8단 자동변속기까지 나왔다. 변속 단수가 한단계 올라갈 때마다 1~2% 연비가 좋아진다. 4단 자동변속기 자동차 연비가 10km라면 5단에서는 최대 10.2km로 개선된다는 의미다. 그렇다면 변속기의 역할은? 엔진에서 만들어진 에너지가 바퀴(축)에 전달될 때 각 단별로 최고 속도에 도달한 뒤 낭비되는 에너지를 변속기가 줄여주는 동시에 속도를 높여준다.

변속기 단수는 계단에 비유할 수 있다. 같은 높이 건물에 올라갈 때 계단이 4개인 것보다 계단이 6개인 게 힘이 덜 든다. 8단, 9단, 10단으로 올라갈수록 변속 충격을 완화하는 동시에 에너지 효율도 높일 수 있다.

엔진

추천 - 가솔린 직접분사 터보엔진, 디젤 유로5커먼레일엔진

엔진은 바퀴를 굴러가게 하는 동력원이다. 가솔린엔진, 디젤엔진으로 나뉜다. 배터리와 모터의 힘으로 움직이는 전기차, 엔진과 배터리를 동시에 이용하는 하이브리드 자동차도 있다.

최근 자동차 선택의 키워드는 친환경, 고연비, 소형화, 안전성(스마트)이다. 전문가들은 가솔린엔진의 경우 ‘직접분사(GDI) 터보엔진’, 디젤엔진은 ‘유로5 기준 커먼레일엔진’을 최고로 꼽는다(대다수 최신 자동차들이 이 방식을 채택하고 있다).

가솔린 직접분사(GDI) 방식은 내연기관의 연소실 안에 연료를 직접 공급해 효율을 높인다. 터보엔진은 배기압을 이용해 일반엔진보다 더많은 연료나 공기를 공급한다. 폭발력이 더 커진다. 연료의 폭발력이 높아지면 엔진의 출력(엔진의 회전력)이 향상된다. 이는 엔진 크기를 줄일 수 있어 열 발산을 쉽게 한다.

커먼레일엔진(CRDi)은 정밀하게 제어할 수 있는 압축장치와 분사장치를 이용한다. 커먼레일이라는 일종의 철로에 연료를 저장했다가 연소효율이 가장 높을 때 고압으로 분사한다. 유로5는 유럽의 자동차 배기가스 규제로 유로5 기준에서 질소산화물은 디젤엔진의 경우 1km당 180mg 이하다.

디자인

추천 - 공기저항 줄이는 쿠페 스타일

유체역학적으로 공기저항을 줄이는 동시에 멋스럽고 세련된 디자인이 최고다. 무엇보다 공기저항을 어떻게 줄일까가 관건이다. 공기저항계수는 자동차가 주행할 때 받는 공기저항의 수치를 나타낸 것으로 Cd로 표시한다. 자동차 속도의 제곱에 비례하며 0~1의 값을 갖는다. 수치가 작을 수록 공기저항을 덜 받는다. 정육면체가 공기 속을 주행할 때가 최대인 1Cd이다. 0.3Cd보다 낮으면 자동차로는 괜찮다. 일반적으로 문이 2개인 쿠페 스타일이 대략 0.28Cd여서 유체역학이나 디자인 관점에서 최고로 거론된다. 하지만 공기저항만 보면 쿠페가 최상은 아니다. 현대자동차의 제네시스 모델은 쿠페가 아니어도 공기저항계수가 0.27Cd나 된다.

배기장치

추천 - ‘저렴한’ 매연저감장치(DPF) 나올까

배기장치의 핵심은 매연 줄이기다. 지금까지 매연저감장치는 백금 촉매를 통해 질소산화물을 줄이거나 일산화탄소를 이산화탄소로 전환해 배출했다. 문제는 비싼 백금 가격. 최근에는 백금 촉매 대신 다른 물질을 이용한 변환 기술이 속속 개발되고 있다.

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PART 1. 우리 시대 최고의 자동차