자동차의 발명 (생각보다 재밌네요)

자동차, 그 끝없는 진화

전력기술심사과  두소영

▷ 자동차는 누가 발명하였나?

- 미국인 대부분은 포드(Henry Ford)가 자동차를 발명하였다고 믿고 있다. 영국에서는 많은 사람이 롤스와 로이스(Charles Rolls와 Henry Royce)라고 대답하고, 프랑스인 대다수는 알베르 드디옹 백작과 부통(Count de Dion과 Georges Bouton)이라고 생각한다. 또, 오스트리아에서는 마커스(Siegfried Marcus)가 운반용 수레에 엔진을 고정한 최초의 자동차를 제작하여 200미터의 시험주행을 했다고 믿고 있었다.

- 그러나 공식적으로는 칼 벤츠가 1886년에 만든 3륜 특허차(DE 37,435)를 내연기관 자동차의 시초로 본다. 메르세데스 벤츠 최초 자동차로 박물관에 보관된 칼 벤츠의 3륜 특허차는 배기량 984㏄로 0.9마력을 발휘했다. 당시에는 말 한 마리가 견인하는 힘보다 낮았던 데다 최고시속도 16㎞에 불과했지만 스스로 움직이는 기계라는 점에서 발명은 획기적이었다. 당시 자동차를 처음 본 사람은 놀라 달아나기 일쑤였고, 경찰 신고도 다반사였다고 한다. 3륜 특허차는 1894년까지 생산됐지만 정확한 생산량은 알려지지 않다. 

그림  칼 벤츠가 만든 세계 최초의 3륜 자동차(1886)



▷ 내연기관

- 열에너지를 사용하여 기계적인 일을 얻는 장치를 열기관(heat engine)이라 한다. 열기관은 내연기관과 외연기관이 있다. 외연기관은 실린더 외부에서 연료를 태우는 것을 말하며 대표적인 것으로 증기기관이 있다. 증기기관은 산업혁명의 원동력이 되었지만, 부피가 크고 효율도 낮았으며, 보일러의 폭발사고가 잦아 취급하기가 상당히 어려웠다. 이러한 이유로 더 작고 취급도 편리하고 안전할 뿐 아니라 효율도 높은 새로운 열기관이 요구되었다.


그림  르누아르의 2행정 엔진(1860)

- 이로써 등장한 내연기관은 기관 내부에 연소장치를 설치하고 여기에서 나오는 열을 일로 바꾸는 장치이다. 대표적인 것으로는 피스톤식 왕복기관이 있고 가스기관, 가솔린기관, 디젤기관, 제트기관 등이 있다. 내연기관은 외연기관인 증기기관보다 늦게 실용화되었지만 실제로 그 연구는 일찍부터 있었다. 17세기와 18세기에 걸쳐 연료를 실제로 실린더 내에서 연소시켜 발생한 열에너지를 기계적 에너지로 변환시키고자 하는 시도는 계속 있었고, 증기기관이 실용화된 이후에야 비로소 내연기관으로 발전시키는 것이 가능해졌다. 
- 장 조셉 에티엔 르누아르(벨기에, J. J. E. Lenoir, 1822~1900)는 벨기에의 개발 엔지니어로 석탄가스와 공기의 혼합기체가 수평 실린더의 양 끝에서 교대로 공급되어 배터리의 전기 불꽃이 그 연료를 점화한, 그 결과로 발생하는 폭발이 피스톤을 좌우로 움직여 스파크가 붙은 큰 플라이휠을 수직으로 회전시키는 2행정 엔진을 제작하였다. 이 엔진은 18리터에 2마력의 출력을 내었다. 

▷ 자동차의 핵심기술 내연기관 특허는 누구의 것일까?

1) 니콜라우스 오토(독일, Nikolaus August Otto, 1832~1891)

 1832년 독일 홀츠하우젠에서 태어난 오토는 학교를 중퇴고 독일, 벨기에, 프랑스 국경 지대의 독일 쪽 잡화점들에 설탕, 차, 주방용품을 팔러 다니는 외판원으로 일했다. 물건을 팔러 다니면서 프랑스의 에티엔 르누아르가 발명한 가솔린 엔진에 대해 알게 되었다. 유감스럽게도 르누아르가 설계한 엔진은 실용적이지 않았다. 1마력의 힘을 한 시간 동안 내는데 2,830L의 가솔린을 연소해야 할 정도로 연료 소모가 컸던 것이다. 그뿐만 아니라 베어링에 기름이 흘러다닐 정도가 아니면 엔진이 너무 뜨거워서 멈춰버렸다. 

그림  오토, 오토의 특허(1877)

 오토는 외판원을 직업으로 택했지만, 유능한 기계공이기도 했다. 오토는 친구 오이겐 랑켄과 함께 연료 소모가 크지 않고 엔진이 과열되지도 않는 2행정 사이클 방식의 피스톤을 만들었다. 이 엔진은 1867년 파리 만국박람회에서 금메달을 땄지만 실용적이지는 않았다. 

 1872년 독일 가스발동기 제작회사를 설립하여 초대 사장이 되었고, 이때 다임러가 기술감독관으로 함께 일했다. 오토는 몇 년 동안 실험한 끝에 최초의 4행정 사이클 방식 내연기관을 내놓았고 1877년 4행정기관 특허를 취득하였다. 피스톤이 움직이면서 가스와 공기의 혼합 기체를 실린더로 빨아들이면 혼합 기체는 실린더 내에서 압축되고 그 결과 연소나 폭발이 일어난다. 이것은 현대의 가솔린기관의 원형이 되었고 현재의 오토엔진(내연기관)이라는 이름이 기원이 되었다. 내연기관을 발표한 후 10년 동안 오토는 3만 대를 판매했다.

2) 알퐁스 보 드 로샤(프랑스, Alphonse Beau De Rochas, 1815~1893)

 오토 보다 먼저 4행정 엔진의 원리를 생각해 낸 사람이다. 1862년 4행정 기관에 대한 특허를 냈지만, 그 제작을 하지는 않았다. 1886년 보 드 로샤의 특허가 인정받고 오토의 특허는 취소되는 판결이 내려졌다. 
그리하여 4행정 내연기관은 누구나 개발 가능한 공적 영역에 자리하게 됐으며, 오토 엔진을 이용하여 세계 최초의 자동차라 불리는 벤츠 1호 차와 다임러 1호 차가 개발되는 등 자동차가 급속하게 발달할 수 있는 촉매제가 되었다. 

3) 고트리버 다임러(독일, Gottlieb Daimler, 1834~1900)


(출처 : 특허청)