자동차에 필요한 능력은 3가지로 크게 나눌 수 있다.

구동 : 나아가는 능력

제동 : 멈추는 능력

조향 : 방향을 바꿔주는 능력

1. 마찰력과 구동력

자동차는 타이어와 노면사이에 마찰력으로 움직이게 된다.

엔진에서나오는 구동력과 타이어와 노면사이에 마찰력이 작용반작용 법칙을 따르는것이라고 볼 수 있다.

엔진에서 나오는 구동력이 마찰력을 뛰어넘을 때 공회전, 휠 스핀이 생긴다.

엔진의 구동력은 경량화할 수록 가속도가 세진다. 마찰력이 줄어들기 때문이다.

2. 관성력, 주행저항

관성력은 운동에너지에 비례한다. 질량에 비례, 속력의 제곱에 비례한다.

자동차의 속력을 유지하려면 주행저항만큼의 구동력을 필요한다.

구동력<주행저항 ~~> 감속

구동력>주행저항 ~~> 가속

3. 자동차의 주행저항

(1) 구름저항

타이어 고무가 변형, 복원되면서 발생하는 힘, 고무부분에 마찰열을 발생시킴

(2) 압력저항(공기저항1)

공기가 밀리면서 압력이 높아져 자동차를 반대쪽으로 밀어내려는 힘, 공기의 압력이 낮아져 자동차를 끌어오려는 힘.

(3) 마찰저항(공기저항2)

속도의 제곱에 비례, 고속으로 주행할 수록 영향을 많이 받음. 공기와 자동차 사이의 마찰. 

(4) 때문에 자동차들은 공기저항을 적게받도록 디자인된다.

4. 에너지보전법칙

운동E 외에도 열, 빛, 소리 등 다양한 형태의 에너지가 존재한다.

어떤 상태의 E가 사라졌다면 그 만큼의 다른 E가 다른 형태로 변한것이다.

주행중인 자동차 엔진이 정지시키면 -> 주행저항 때문에 속도가 줄어든다. (운동E가 열E로 변화는 과정으로 볼 수 있다.)

자동차 연료라는 화학E -> 운동E + 손실

5. 열효율

엔진에 공급된 화학E와 출력되는 운동E 사이의 비율을 열효율이라고 부른다.

가솔린엔진은 35~40% 의 열효율을 가진다.

6. 열손실

연료화학E -> 운동E로 변하면서 손실이 발생한다.

(1) 미연손실 : 연소되지 못한 남은 연료가 배출될 때

(2) 냉각손실 : 실린더안에 발생하는 열에너지를 냉각시키면 열에너지가 손실

(3) 배기손실 : 배기가스의 온도는 흡기보다 더 높기 때문에 열에너지가 손실되었다고 볼 수 있음.

(4) 펌프손실 : 피스톤을 움직일 때 운동E가 쓰임

7. 엔진의 기본구조

(1) 현재 가솔린(휘발류)를 연료로하는 엔진 -> 가솔린 4행정 사이클 엔진(4stroke cycle engine)

(2) 상사점 : 피스톤이 이동할 수 있는 가장 높은 위치

(3) 하사점 : 피스톤이 이동할 수 있는 가장 낮은 위치

(4) 피스톤이 상사점일 때는 실린더 내부에는 일정공간이 남아 있고 이 공간을 연소실이라고 부름.

(5) 흡기포트는 연료과 공기를 흡입

(6) 배기포트는 연소가스를 배기

(7) 각각 흡기밸브, 배기 밸브라는 밸브로 열고 닫음.

(8) 점화 플러그의 전극이 돌출, 전극이 불꽃을 방전해 연료에 불을 붙임.

8. 엔진의 4행정

(1) 흡기행정(혼합기체)

배기 밸브 close, 피스톤이 상사점에서 하강하고 압력이 낮아지면서 흡기포트에 공기와 무화 상태의 연료가 섞인 기체가 들어옴.

(2) 압축행정

피스톤이 하사점에 이르면 흡기밸브와 배기밸브를 모두 닫고, 피스톤을 상승시켜 혼합기체를 압축, 기체는 압축되면서 연소하기 쉬운상태가 됩니다.

(3) 연소, 팽창 행정

피스톤이 상사점에 이르면, 점화플로그로 혼합기체에 불을 붙입니다. 디젤엔진은 점화플러그 대신 연료분사 노즐이 장착됩니다.(자연발화 이용)

폭발적 연소로 가스와 공기가 열 때문에 팽창하고 피스톤을 밀어냅니다. (열E->운동E)

(4) 배기행정

피스톤이 하사점에 이르면 배기밸브를 열고 피스톤을 상승시키면서 연소가스를 배기합니다. (가스와 공기)

피스톤이 상사점에 이르면 다시 흡기행정이 시작됩니다.

(5) 4행정이 시작되면 크랭크축과 타이로드를 통해 회전운동으로 변환됩니다. 

<디젤엔진은 압축효율이 높도록 설계되었기 때문에 가솔린보다 연비가 좋고, 환경에 이롭습니다. 가솔린보다 큰 토크를 이끌어냅니다.>

9. 엔진의 성능

(1) 토크곡선

일정 횟수에서 최대 토크를 발휘한다.

최근엔진은 최대 토크를 발휘할 수 있는 회전수의 폭이 넓어 사다리 꼴에 가까운 그래프를 보여준다.

(2) 연료소비율 곡선

일정회전수에 최저 연료소비율을 가집니다. 최저 연료소비율의 회전수로 주행하면 연비를 높힐 수 있습니다.

(3) 출력곡선

최대 토크를 넘어서 토크의 저하가 시작되어도 어느정도까지는 회전수가 높아짐에 따라 출력도 커집니다.

(최대토크의 회전수<최대 출력의 회전수)

엔진회전을 그대로 전달하려면 적절한 회전수나 토크를 얻어야하기 때무에 변속기를 사용한다.

https://youtube.com/watch?v=1td-nSk5BhM&list=PL16e6NJingsYAjn1xTGcVx-MBksykAuQ4&index=5