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스미소니언 과학교구 - 자동차 엔진 만들기

스미소니언 과학교구 - 자동차 엔진 만들기








주말에 스미소니언 과학교실의 교구 몇 가지를 사서

TV를 시청하며 설렁설렁 교구를 만들며 놀았는데요,

자동차 엔진 모형을 조립하면서 깜짝 놀랐습니다.

실제 자동차 엔진을 그대로 재현시켰네요.


모형이 완성이 될 때까지도 작동이 되는 건 줄 몰랐습니다. 

"참 잘 만들었다", "대단하다"는 생각을 하며 조립을 했는데,

완성이 되서 작동이 되는 모습을 보니 흥분이 되더군요.

바로 스마트 폰을 꺼내 동영상을 찍어두었는데요, 

이렇게까지 정교한 줄은 미처 몰랐습니다.






실린더에서
크랭크 축으로 힘이 전달되고, 

크랭크 축과 연결된 팬 벨트가 돌아갑니다. 

팬 밸트와 연결된 축을 통해 로커암과 캠축이 돌아가지요. 

이때 회전비를 조절해서 적절한 타이밍을 맞춰야  

흡입 밸브와 배기 밸브가 정확히 작동하는데요,

캠축의 타이밍까지 실제 엔진과 같은 방식으로 작동합니다.


비록 종이로 만든 개스킷이긴 하지만,

실린더 블럭과 실린더 해드 사이에 놓인 개스킷을 비롯해서

부품 하나하나까지 실제 자동차 엔진을 그대로 축소했는데요,

막상 작동하는 모습을 보니.... 서프라이즈!!!

캠축과 연결된 배전기에서 점화 시기를 조절하는 것 보면서

저절로 감탄사가 나오는데, 어찌 이런 교구를 만들 생각을 다 했는지....

경의를 표하고 싶을 정도입니다.







진의 오른쪽 끝을 보면 까만색의 동그란 손잡이가 보이죠? 

엔진 오일을 점검할 때 쓰는 딥스틱(dipstick)인데요,

자동차 보닛을 열어보면 엔진룸 옆에 붙어 있는 것이 보일 겁니다.

엔진룸 하부에 있는 까만색의 받침이 오일 팬(oil-pan)으로,

이곳에 엔진 오일이 담겨있지요. 

딥스틱에 뭍은 오일의 양과 색깔로 엔진 오일의 교환시기를 확인하는데요,

딥스틱까지 앙증맞게 재현했으니 귀엽기까지 하네요.






뜩 "4 사이클 행정"을 배우던 중학교 기술시간이 생각나던데요,  

기계의 움직임을 말이나 글로 배우면 머릿속에 이미지가 그려지지 않지요. 

자동차 엔진의 작동 원리를 가장 쉽게 배울 수 있는 방법은 직접 보는 것입니다.


모름지기 기계처럼 움직이는 것들은(작동하는 것들은)

글이나 설명을 듣는 것보다 한 번 보는 게 백배 더 낫고,

한 번 조작해 보는 것이 열 번을 보는 것보다 더 낫지요.

직접 조립하고 분해까지 해 본다면 금상첨화입니다.

여러 부품이 모여 하나의 동작으로 움직이는 과정을 한 번에 파악할 수 있지요.

작동이 안 될 경우에도 어디에 문제가 있는지 추리할 수 있습니다.

엔진이 작동하는 전체 메카니즘을 이해할 수 있기 때문입니다.


이런 작동 메카니즘을 경험해 본 아이들은 기계에 대한 두려움은커녕

어떻게 작동하는지에 대한 호기심이 발동하게 되지요.

아이들의 내적 동기를 자극시키는 계기가 되기도 합니다.

이번 여름 방학기간에도 비슷한 경험을 하게 되었는데요,

불과 한 달 전, 중학생 아들에게 내가 쓰던 컴퓨터를 주면서,

"고장내도 괜찮으니 마음껏 뜯어보거라" 했더니 

분해했다 다시 조립해 보고, 부품을 바꿔보고, 이것저것 조합을 해보더니,

이제는 부품을 직접 구입해서 컴퓨터 한 대를 조립하는 실력이 되었습니다.


비록 아들에게 속아서 최신형 그래픽 카드로 바꿔준 이후

주구장창 오락하는 모습만 지켜봐야 하지만,

컴퓨터에 이상이 생기면 상의할 수 있는 놈이 옆에 있으니 편하긴 합니다.

(코딩을 접해주려 했던 것이 엉뚱한 방향으로 갔습니다. ㅠㅠ)


학교마다 이런 교구 정도는 구비해 두었으면 하는 마음이지만,

(분해 했다가 다시 조립이 가능합니다...)

그리 되려면 세금을 더 많이 내야겠지요. ㅠㅠ

초등 이상의, 기계나 자동차에 관심있는 아이들에게 좋은 교구지만,

아빠들이 더 좋아할지도 모른다는 생각이 듭니다.

저의 경우도 애초부터 나를 위해 구입한 것이었지요.

분노조절 장애가 있는 아빠들에게는 추천하지 않습니다. ^^





조립하는 시간을 줄여주는 팁!!


조립은 그닥 어렵지 않아요.

저는 대략 3시간 정도 걸렸습니다.

우연인지 의도된 것인지 모르겠지만, 틀리게 조립할 경우

나사 구멍이 맞지 않기 때문에 실수할 염려도 거의 없습니다.

조립을 하면서도 "참 배려 깊은 사람이 기획했구만" 하는 생각을 했는데요,

딱 한군데 실수하기 좋은 곳이 있는데, 저도 그곳에서 실수를 했습니다.

(나사 풀고 다시 조립하면 되니 문제는 없지만...)





실린더 바디와 실린더 해드를 연결할 때

해드의 방향이 바뀌면 팬 벨트를 연결할 때가서 실수를 알게 됩니다.

잘못 조립했음에도 나사 구멍이 맞아서 틀린줄 몰랐습니다. ^^


이 사진이 잘못된 경우입니다.

길게 나온 크랭크 축(아래쪽 화살표)이 왼쪽에 있을 때,

실린더 해드의 숫자(위쪽 화살표)가 보이면 안 됩니다.

(이 숫자는 점화 플러그를 꽂는 자리입니다)

그 외에는 큰 어려움이 없지만,

몇 가지를 미리 알아두면 조립하는 시간이 줄어들겁니다.



#



 

4 쌍의 흡기 밸브와 4쌍의 배기 밸브가 있는데요,

다행이도 실린더 해드 안쪽을 보면 구멍의 크기가 다릅니다.

사진을 보면 밸브를 막아주는 동그란 리벳의 크기도 다르지요?

구멍이 큰 곳에는(흡기 밸브) 큰 밸브 마개(리벳)를 끼고,

구멍이 작은 곳에는 작은 밸브 마개(리벳)를 끼면 됩니다.

아래쪽 사진은 완성된 모습.



#


부품 중에는 젖가락같은 두 개의 샤프트(회전축)가 있는데요,

긴 것이 로커암(arms), 짧은 것이 캠축입니다. 



로커암을 낄 때는 팔(arms)이 긴 쪽과 팔(arms)이 짧은 쪽을

교대로 지그재그 방향으로 기우면 됩니다.



캠축에 캠을 낄 때는 빨간 화살표 부위를 보세요.

A, B, C, D, E, F, G, H 라는 글자가 있구요, A부터 순서대로 끼면 됩니다.



#


이건 크랭크 축에 끼우는 기어인데요,

사진을  X 같이 찍어서 잘 보이지 않지만 안쪽에 작은 홈이 있습니다. 

크랭크 축의 돌출된 부분과 이 홈 맞으면 들어갑니다.



기어는 실린더 끝까지 멀어넣어야 하는데요,

약간의 힘이 필요합니다. 

(왜 안들어가지?? 했더니 힘을 안 줘서..... ㅠㅠ )

 



#




"포지셔닝 지그(positioning jig)"라는 부품인데요, 없어도 됩니다.

없어도 되는 부품이 왜 들어갔을까  추측해 보니 ....

모형에서는 "포지셔닝 지그" 없이도 밸트를 걸 수 있지만,

실제 자동차 엔진의 팬 밸트를 걸려면 이 부품이 필요하기에,

리얼리티를 살리자는 의미에서 넣었을 것이라 추정하고 있습니다.

이 부품의 역할은 크랭크 축과 캠 축을 고정시키는 용도입니다.




없어도 팬 밸트가 쉽게 걸리지만, 전개도를 따라 하다보니

6초 가량의 시간이 더 걸렸습니다. ^^




#


밸트 텐셔닝 풀리(belt tensioning pulley)로

팬 밸트를 팽팽하게 만드는 역할을 합니다.

이 사진은 왜 찍었는지 모르겠지만...

포토샵으로 빨간색 화살표까지 넣는 정성이 들어갔기에 그냥 올렸습니다.




#

 

타이밍 밸트 커버, 쉽게 말해서 엔진 뚜껑...

굴뚝같이 생긴 놈이 팬 밸트를 거는 곳과 반대쪽으로 향하게 조립합니다.

전개도(조립도)의 엔진 그림이 앞 뒤 방향이 자주 바뀌어서 헷갈리거든요. 




#



팬 풀리(위쪽 화살표)와 크랭크축 풀리(아래쪽 화살표)를 연결할 때는

"와셔"(나사 머리에 끼는 엽전 모양의 동그란 쇠)를 넣고 나사를 조여야 합니다.  


전개도에도 나와 있기에 설명이 필요없지만,

회전하는 부분을 나사로 조일 때는 나사가 풀리는 것을 막기 위해 

"와셔"를 끼워야 한다는 것을 보여주기 위해서 첨부한 사진입니다.




#

이 교구의 아쉬운 점도 있습니다. 

엔진이 돌아갈 때 흡기 밸브와 배기 밸브가 작동하지 않는 경우도 있습니다.  

로커 암 커버를 열고 밸브의 작용을 보여주는데는 문제가 없지만,

실제 작동을 할 때는 자주 어긋나네요.

엔진이 움직이는 동안 로커 암 커버를 열고 로커암과

밸브가 닿도록 조정을 해주면 밸브까지 완벽하게 작동을 합니다.

(수정을 요구하는게 아니라 그냥 아쉬운 점)


#

그리고 전개도(조립도)의 그림...

조립하는 과정에서 엔진의 반대편 모습도 보여줘야 하기에

어쩔 수 없지만, 엔진 그림의 방향이 자주 바뀌다보니 

어느 방향으로 조립하는게 맞는 지 종종 헷갈립니다.

이 경우 그림의 앞뒤 표시만 해줘도 쉽게 조립할 수 있지요.

약간만 신경쓰면 분노조절 장애가 있는 분도 고객이 됩니다.


그리고 엔진 내부를 볼 수 있도록 아크릴로 만든 모형이나 

종류가 많은 부품, 품질과 성능, 모터와 배전기 등을 보건데

결코 가격이 비싼 것이 아닙니다. (오히려 싼 편에 속하죠.)  

각 부품들도 용도에 따라 색깔을 달리 제작했는데요,

부품수가 많은 만큼 전개도를 칼라로 인쇄를 했다면,

색깔만보고도 부품을 쉽게 찾을 수 있습니다.

한때 인쇄와 제작을 담당했던 사람이라 이런 것만 눈에 들어오지만,

이정도만 개선해도 분노조절 장애가 있는 분에게도 자신있게 추천할 수 있습니다.

ㅎㅎㅎㅎ



기술이 발달하며 팬 벨트가 없어진다 해도, 

엔진의 구조 일부가 바뀐다 해도, 엔진의 기본 작동 원리는 바뀌지 않지요.

자동차 엔진을 조립하는 교구를 본 적이 없었고,

이런 것을 교구로 만든 발상 자체만으로도 신선하기에 저는 별 다섯개 줍니다. 

★★★★★






  스미소니언 과학교실 - 자동차 엔진 만들기, Motor-Works





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