자동차

자동차(自動車, 영어: car)는 자체 엔진 에서 만든 동력을 바퀴에 전달하여 지상에서 승객이나 화물을 운반하는 교통 수단이다. 자동차를 뜻하는 영어 단어인 'car'는 라틴어 'carrus' 혹은 'carrum'에서 왔고, 미국 영어 단어인 'automobile'은 그리스어 'autos'와 라틴어 'movere'에서 왔다. 즉, '스스로 움직인다'는 뜻을 가지고 있다. 한국에는 1911년에 대한제국 순종의 전용차와 조선총독부의 관용으로 처음 들어왔다

자동차와 안전

자동차 사고는 자동차가 발명한 직후부터 시작된, 아주 오래된 것이다. 1771년 니콜라 조제프 퀴뇨는 그가 발명한 증기 자동차를 시연해 보인 직 후 세계 최초의 자동차 사고를 일으켰다. 다행히 당시에는 인명사고는 없었지만, 1869년 8월 31일 아일랜드 파슨스타운에서 자동차 사고가 발생해 메리 워드(Mary Ward)란 사람이 최초의 자동차 사고 사망자로 기록되었다.
자동차는 두 가지 근본적인 문제로 인해 불의의 사고로부터 안전을 보장할 수가 없다. 첫 번째는 운전자가 실수를 저지를 수 있는 인간이라는 점이고, 두 번째는 감속 시 바퀴가 정지 마찰력을 잃어버린다는 점이다. 이를 보완하고자 수많은 시도가 있어왔다. 만약 급정거를 위해 고속도로의 가드레일로 충돌했을 때 운전자가 안전띠를 매고 있었다면, 그 운전자는 32지(G)를 견딜 수 있다. 이렇게 안전띠와 도로 상의 안전 시설은 사고 시 사상자를 최소화할 수 있는 수단이지만, 과거 각국의 공공도로 사업기관은 이를 비용이 많이 들어가는 시설물로 판단하여 설치를 꺼리는 경우가 많았다.
초기의 자동차 안전에 관한 연구는 주로 연료 시스템의 인화 가능성을 줄이고 브레이크의 성능을 향상시키는 데 초점이 맞춰져 왔다. 그 결과로 현대의 자동차 엔진은 아래로 개방되어 있어서 공기보다 무거운 연료기체가 빠져나갈 수 있게 설계되어 있다. 또 브레이크는 유압식으로 바뀌어 감속이 더 잘 이루어지게 되었다. 충돌 시 안전에 대한 체계적인 연구는 1958년 포드 자동차 회사에서 시작되었다. 그 이후로, 자동차 안전 연구는 외부 충돌 에너지를 흡수하고 탑승객의 급격한 움직임을 줄이는 데 초점을 맞추게 된다.
새로운 자동차가 출시될 때는 표준화된 안전성 검사를 하게 된다. EuroNCAP와 NHTSA 테스트가 그것들인데, 보험업계쪽에서 지원하는 자동차 안전성 검사 단체들도 있다.
기술은 진보하고 있음에도 불구하고, 여전히 자동차 사고로 목숨을 잃는 사람의 수는 가히 심각한 수준이라 할 수 있다. 대한민국에서는 매년 약 5천 명, 미국과 유럽에서는 매년 각각 약 4만 명의 목숨이 자동차 사고로 사망하고 있고 이 수치는 매년 증가하고 있다. 2020년에는 현재의 두 배까지 연간 사망자가 발생할 것으로 예측하고 있다. 게다가 사망자보다 더 많은 수의 사람이 부상을 입거나 장애인이 되고 있다. 자동차 사상자는 특히 중국과 인도에서 급격하게 증가하고 있다.

대체 연료

환경 관련 법에 제약을 많이 받는 유럽과 미국 캘리포니아주에서는 자동차 연료에 붙는 세율이 매우 높은 편이다. 특히 전 세계적으로 온실 기체 배출에 대한 규제가 강화될 것으로 예상되기 때문에 대체 동력 시스템에 관한 연구와 정책적 시도가 지속적으로 이루어지고 있다. 예컨대, 대한민국에서는 2006년 7월 1일부터 일반경유에 5퍼센트의 바이오디젤이 섞인 혼합경유를 판매하고 있고, 독일과 이탈리아에서는 2006년 기준으로 도심버스, 대형 트럭은 아예 100퍼센트 바이오디젤을 사용하도록 의무화하고 있다.
디젤 엔진 차량은 100퍼센트 순수 바이오디젤로도 주행이 가능하다. 식물성 기름에서 추출한 연료 역시 디젤 엔진차량에서 사용이 가능하지만, 추운 지역에서는 수분함량이 많아 응고될 수 있어 그대로 사용할 수 없다. 디젤 엔진은 23퍼센트를 연소하는 휘발유 엔진에 비해 50퍼센트의 연료를 연소시킬 수 있다. 이러한 특성 때문에 디젤 엔진은 리터당 평균 17킬로미터의 높은 연비를 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다. 현재 휘발유를 사용하는 자동차들 중 꽤 많은 수의 자동차가 식물성 설탕에서 추출한 연료인 에탄올을 그대로 사용할 수 있다. 또한 대부분의 휘발유 자동차들은 에탄올을 15퍼센트 혼합한 연료를 사용해서 주행할 수 있다. 그리고 약간의 재설계만으로 모든 휘발유 자동차가 85퍼센트로 농축한 에탄올로 주행이 가능해진다. 심지어 모든 휘발유 자동차는 LPG로도 운행할 수 있다. 에탄올-휘발유 혼합물이 씰과 개스킷을 너무 빨리 닳게 한다는 우려가 제기되어 왔다. 이론적으로 알코올은 휘발유와 비교할 때 낮은 에너지 함유량으로 인해 효율이 크게 줄어든다. 그러나 EPA에서 테스트한 결과로는 실제 감소율이 20퍼센트~30퍼센트에 불과하다고 확인되었다. 따라서 리터당 15킬로미터를 주행할 수 있는 자동차라면 에탄올-휘발유 혼합물로 리터당 12킬로미터를 달릴 수가 있게 된다. 물론 캠축을 조절하거나, 점화시기와 점화불꽃의 출력을 바꾸거나, 연료 압축비를 높이거나, 또는 단순히 큰 연료 탱크를 설치한다면 주행거리를 증가시킬 수도 있다.
미국에서는 알코올 연료를 옥수수 알코올 증류기로 생산해 왔었으나, 1919년 알코올 생산을 금지한 금주법이 실시되면서 생산 자체가 중단되었다. 알코올이 자동차 연료로서 주목을 받은 시기는 1970년대 석유 파동 때문이었다. 높은 석유 가격과 높은 수입 의존도 때문에 1975년 브라질에서는 사탕수수에서 에탄올 연료를 생산하는 기업과 에탄올 자동차를 제조하는 기업에 막대한 정부 보조금을 지급해 주었다. 이 때문에 에탄올만을 사용하는 자동차는 1980년대 큰 인기를 끌었다. 그러나 에탄올 자동차는 석유 가격이 하락하자 경제성이 떨어지면서 그 인기는 10년을 넘지 못했다. 브라질 정부는 최근까지 플렉스 자동차(flex-fuel vehicle, FFV) 개발을 독려해 왔다. 이에 따라 브라질 운전자는 각자의 주머니 사정에 따라 에탄올과 휘발유를 혼합하거나 선택적으로 주유할 수 있게 되었다. 2005년 기준으로, 브라질에서 판매된 자동차의 70퍼센트가 플렉스 자동차이다.
전지를 이용한 현대식 전기 자동차는 이미 1959년 헤니 킬로와트(Henney Kilowatt)가 발표되면서 처음 소개되었다. 저조한 판매에도 불구하고, 전지식 전기 자동차 연구와 개발은 1990년대까지 계속되었다. 그러나 높은 생산비용, 낮은 운행속도 그리고 짧은 운행거리로 인해 그동안 실용화되지 못해왔다. 전기 자동차는 납축전지나 니켈수소 전지를 많이 사용해 왔다. 납축전지는 75퍼센트 이하로 충전되었을 때 충전용량이 떨어지는 단점이 있는 반면 니켈수소 전지는 납축전지에 비해 가격이 비싸다는 단점을 가지고 있다. 벤츄리 페티쉬(Venturi Fetish)와 같은 높은 성능과 함께 주행거리를 대폭 늘인 리튬이온 전지 자동차도 소개되었지만, 여전히 비용 문제를 해결하지 못하고 있다.
최근의 연구개발은 내연기관과 전기 동력을 함께 사용할 수 있는 하이브리드 자동차(hybrid vehicle)에 초점이 맞추어져 있다. 미국에서 최초로 판매된 하이브리드 자동차는 혼다 인사이트(Honda Insight)였다. 2006년까지도 이 자동차는 리터당 약 25.5킬로미터의 연비를 보여주면서 생산과 판매가 지속되고 있었다.
대체 동력에 대한 또 다른 연구과제로는 연료전지, 가솔린 직접분사(GDI)와 예혼합압축자기착화(HCCI)과 같은 대체 연소 방식, 압축 공기를 이용한 저장 에너지 등이 있다.

자동차 경주

자동차 경주는 일정한 규정 하에서 2대 이상의 자동차들이 도로에서 주행하면서 우열을 가리는 종합 스포츠이다. 자동차 경주에는 일인승 경주, 랠리 경주, 빙판길 경주, 투어링 자동차 경주, 스톡 자동차 경주, 드래그 경주, 스포츠카 경주, 비포장 도로 경주, 카트 경주, 일반도로 경주 등이 있다.
대표적인 자동차 경주 대회는 국제 자동차 연맹이 주최하는 포뮬라 원 자동차 경주로, 참가 차량의 제작가격이 수십억 원, 참가팀의 1년 운영비도 수천억 원을 웃돈다. 또한 관중수가 연간 380만 명, 150개국에 걸친 TV 시청자수는 연간 23억 명으로 현존하는 스포츠 종목 중 가장 선전 효과가 큰 상업 스포츠이다.
최초의 자동차 경주는 프랑스 일간지인 르 프티 주르날이 주최한 파리-루앙간 대회였다. 이 대회를 계기로 자동차 경주가 가지는 상업성의 가능성이 보이자 프랑스를 중심으로 도시간 자동차 경주가 활성화되었고, 자동차 경주는 점차 유럽 전역으로 확산되었다.

구조

자동차는 수많은 부품으로 이루어진 제조품이지만, 크게 보면 겉껍데기인 차체(body)와 각종 장치들이 유기적으로 연결된 섀시(chassis)로 나눌 수 있다.

차체

차체는 크게 엔진실, 승객실, 그리고 트렁크로 구성되어 있다. 자동차를 구분할 때 자동차 차체의 형태로 구분하는 경우가 많다. 차체의 기본구조는 차체와 프레임을 분리한 프레임식과, 차체와 프레임이 하나로 된 일체구조식(Monochrome)으로 나눌 수 있다. 프레임식 차체는 견고한 철제구조로 되어 있어 내구성은 있으나 전체 중량이 무거워지는 단점이 있고, 일체구조식 차체는 외부에서 가해지는 충격을 차체 전체에 분산시키는 장점이 있다.

섀시

자동차의 차체를 제외한 나머지 부분을 섀시라 한다. 주행의 원동력이 되는 자동차 엔진을 비롯하여 동력전달 장치, 조향 장치, 현가 장치, 제동 장치 등 주요 장치를 전부 갖추고 있어 섀시만으로도 주행이 가능하다.

프레임

각종 장치들이 자리를 잡을 수 있도록 하는 자동차의 뼈대와 같은 역할을 한다. 이 위로 각종 장치와 차체가 설치된다.

엔진

자동차를 달리게 하는 원동력이다. 현대의 전 세계 자동차 엔진은 대부분 4행정 내연기관이다. 4행정 내연기관은 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4행정에 의해 한 주기를 끝내는 내연기관으로 왕복운동 엔진의 가장 일반적인 예이다. 내연기관은 연료를 공기 중의 산소와 완전연소가 이루어지도록 잘 혼합된 상태에서 압축을 한 다음 연소를 시킬 때 발생하는 열에너지를 직접 이용해 운동에너지를 얻는다.

조향 장치

조향 장치는 자동차의 주행 방향을 바꾸는 데 필요한 장치로 조작기구, 기어장치, 그리고 링크기구로 이루어져 있다. 조작 기구는 운전자의 스티어링 휠 조작을 통해 발생한 조작력을 조향기어와 링크에 전달하는 부분이고, 기어장치는 조향축의 회전을 약 20:1로 감속하여 조작력을 증가시키면서 조작 기구의 운동 방향을 바꾸어 링크 기구에 전달하는 부분이다. 또 링크기구는 기어 기구의 작동을 앞바퀴에 전달하고 좌우 바퀴의 관계위치를 바르게 지지하는 부분이다. 최근의 자동차에는 조향 성능을 향상시키고자 스티어링 휠의 조작력을 가볍게 해주는 동력 조향 장치(파워 스티어링 휠)를 많이 사용하고 있다.

현가 장치

현가 장치는 보통 서스펜션이라고도 하며, 노면에서의 충격을 완충하여 차체나 각종 장치에 충격이 직접 전달되지 않도록 하기 위한 장치이다. 현가 장치는 자동차의 승차감을 결정짓는 중요한 부품이기 때문에 일반 승용 자동차 설계 시 가장 중요한 사항으로 고려되고 있다. 이 장치는 크게 섀시 스프링, 쇽 업소버와 활대(스태빌라이저)로 이루어져 있다.
현가 장치는 보통 앞과 뒤의 현가 장치가 서로 다른 종류로 되어 있다. 앞 현가 장치에는 일체 차축현가식과 독립현가식이 있고, 그 중 독립 현가식에는 맥퍼슨형과 위시본형이 있다. 뒤 현가 장치에는 스윙 차축형과 트레일링 암형, 그리고 세미 트레일링 암형 등이 있다.