타이어관리상식

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이호근 교수의 타이어 교실

이호근 교수는 2002년 국내 최초로 대덕대학에 타이어공학과를 설립했으며, 현재 대덕대학 자동차학부에 재직중인 자동차, 타이어 및 배출가스 관련 환경 분야의 전문가 입니다. 너무도 중요하지만 많은 사람들이 그 심각성을 인식하지 못하는 타이어와 관련된 깊이 있고 다양한 정보를 '이호근 교수의 타이어 교실'을 통해 독자 여러분께 제공하고자 합니다.

 타이어의 주요기능과 관리요령

Tire Story
타이어(TIRE)는 영어로 “피곤하다”라는 뜻으로 ‘자동차에서 가장 피곤한 곳이다.’하여 붙여진 이름입니다. 우리는 흔히 주행하는 자동차를 보면 “자동차가 참 잘 달리는 구나!” 하고 느낄 때가 있습니다. 하지만 사실 자세히 보면, 달리는 것은 자동차가 아니라 타이어라는 사실을 쉽게 알 수 있습니다. 이렇듯 운전자의 요구에 따라 쉴 틈 없이 굴러가다 보니 피곤함이 쌓일 수밖에 없어, “TIRE(피곤하다.)”라는 이름이 붙여진 것이 어쩌면 지극히 당연한 일인지도 모르지요! 앞으로 타이어에 대해 많은 이야기를 하도록 하겠습니다.


타이어의 주요 기능
타이어는 아래 그림에서 보는 바와 같은 기능을 수행합니다. 우선, 가장 기본적인 기능으로 타이어는 자동차의 하중을 지지하고 있습니다. 그리고, 엔진의 구동력 및 브레이크 제동력을 노면에 전달하는 역할을 합니다. 또한, 노면으로 부터의 충격을 완화하며, 자동차의 진행방향을 유지하는 기능을 합니다.

타이어의 발달사
이러한 타이어가 최초부터 현재의 모습과 같지는 않았습니다. 많은 연구 개발이 뒷받침 되어 완벽한 성능의 타이어가 만들어진 것입니다. 타이어의 역사를 살펴보면 최초의 타이어 사용은 약 기원전 3,000년경으로 거슬러 올라갑니다. 당시 중동지방에서 인류가 최초로 둥근 형태의 바퀴를 사용했습니다. 그 후 1,000년이 흐른 이후 쇠테로 둘러싸인 림과 살 구조의 바퀴로 발전했습니다. 타이어 분야의 혁신적인 발전은 1845년 영국에서 공기주입식 타이어가 발명되면서 가속도가 붙어, 1947년 드디어 지금과 같은 형태의 튜브레스 타이어가 개발되었습니다. 이러한 역사적 사실을 연도별로 정리하면 아래와 같습니다.

☆ 약 BC 3000년경 중동지방에서 인류가 바퀴를 처음 사용
☆ 약 BC 2000년경 쇠테로 둘러싸인 림을 네 개의 살이 바치고 있는 형태의 타이어로 발전
☆ 약 BC 600년경 14개의 살이 있는 타이어 사용
☆ 1490년 콜럼버스가 고무를 발견
☆ 1839년 미국의 굿이어사가 고무에 대한 강성을 부여하기 위해 가류방법 발견
☆ 1845년 영국 스코틀랜드의 R.W. Thomson에 의해 최초의 공기주입식 타이어발명 특허 출원과 등록은 되었으나 실용화 단계에는 거리가 좀 먼 것으로 인식되었다.
☆ 1883년 영국의 던롭사에서 공기를 주입한 타이어를 최초로 고안하기에 이르렀다
☆ 1888년스코틀랜드의 수의사인 J.B. Dunlop에 의해 거의 실용화 단계 제작까지 성공
☆ 1897년 C.K 웰치에의해 비드(bead) 와이어(wire)타이어 발명
☆ 1891년 미쉐린 형제가 손힘 만으로도 탈착이 가능한 타이어 발명
☆ 1904년 파이어스톤과 굿이어가 스트레드 사이드와이어 비드 타이어 개발
☆ 1905년 비드부에 와이어를 사용함
☆ 1908년도에는 미국의 거의 모든 타이어 메이커가 위와같은 제조기법을 사용
☆ 1912년도에 고무입자들의 강성을 향상시키기위해 카본블랙이 쓰임 실용화 단계는 35년뒤 1948년에 가서야 미쉐린에 의해 이루어졌다.
☆ 1931년 미국의 듀퐁사에서 합성고무를 사용화 하는데 성공
☆ 1941년 타이어의 뼈대가 되는 카카스의 재질로써 레이온 코드를 이용하기에 이르렀다.
☆ 1947년 미국의 비에프구드리치사에서 튜브가 없는 튜브레스타이어 개발.
☆ 1956년 나이론 코드지를 카카스 재료로 활용함.
☆ 1962년에는 폴리에스터의 새로운 코드지가 선보이게 되었다.
☆ 1972년 듀퐁사에 의해 스틸보다 5배 강한물성을 가지면서 치수 안정성도 뛰어난 '케브라'라는 폴리아미드계 소재개발.(단가가 비싸기 때문에 일부 승용차만 사용)

이와 같이 재료, 제조기술의 진보에 따라 자동차의 성능향상과 함께 타이어의 역학적 성능이 주목 받게 되었고, 특히 승용차용 타이어는 차량 및 도로의 발달과 더불어 타이어의 고속성, 조종성, 안전성이 개선되어 왔으며, 새롭고 경제적이고 성능이 우수한 타이어가 개발되고 있습니다. 타이어는 자동차의 발전과 함께 편평비와 초고속 주행에서 가히 눈부신 성장을 거듭하였습니다.


타이어 구입 방법
일반인들은 대부분 타이어에 제조일자 표기가 있다는 사실을 모르는 경우가 많습니다. 타이어에 보면 DOT 넘버가 타이어 휠 바로 윗부분에 적혀 있는데, 읽는 방법은 4자리 숫자 중 뒤 2자리는 생산연도를 나타내고 앞 2자리는 제조 주를 나타냅니다. 즉, 타이어에 DOT 0203이라고 적혀있으면, 뒷자리03은 제조년도 2003 생산품을 나타냅니다. 02는 타이어가 두 번째(1월6일~12일 사이) 주에 만들어졌다는 뜻입니다.

그림과 같이 (DOT 0403)이라고 타이어 휠 바로 윗부분에 보이는데 읽는 방법은 0403중에 뒷자리03은 제조년도 표시로 2003을 뜻합니다. 04는 타이어가 4번째 주에 만들어 졌다는 뜻입니다. 그러니까 “2003년 4번째 주에 만들어졌다.” 라는 뜻입니다. (DOT 2797 는 97년 27번째 주에 만들어졌다는 뜻입니다.)

타이어는 속에 철심이 들어 있고, 여러 층의 고무로 구성되어 있습니다. 고무는 빛이나 열 혹은 기름에 약한 성질이 있습니다. 따라서, 타이어 구매 시 외부(특히 옥상 등)에 그냥 방치되어 햇빛에 노출된 것은 경화가 발생했을 가능성이 높습니다. 대기업에서는 타이어가 생산된 지 3년이 넘은 것은 회수해서 폐기처분 합니다. 고무가 갈라지거나 경화되어 위험성이 있다는 자체 판단에서 입니다. 문제는 수입 타이어에 있습니다. 우리나라는 미국과 마찬가지로 타이어 판매가 허가제가 아닌 신고제입니다. 수입 타이어 중에서도 외국산이 아닌 수출되었다가 다시 돌아오는 국산타이어가 있습니다. 이럴 경우 제조일자가 3년 이상 된 것을 회수해 다시 재수입한 것일 가능성이 높습니다. 결국 타이어의 제조일자를 알 수 있으면 이러한 여러 가지 문제점에서 자유로울 수 있습니다. 결국 타이어는 동일한 제조일자의 동일한 제품을 비교해서 저렴한 것을 구매하는 것이 요령입니다. 처음 들어보는 제품을 싸다고 구매하는 것은 문제가 발생할 여지가 있습니다.


타이어 관리 요령 및 점검방법
타이어는 일반적으로 알려져 있는 바와 같이 일정 주기별로 로테이션을 합니다. 이 경우 패턴과 스팩이 동일한 타이어를 사용해야 합니다. 안전과 관련하여 가장 중요한 부분은 공기압입니다. 타이어 공기압은 일반적으로 타이어 측면에 나타나 있는 것이 아닙니다. 타이어 측면에 표기된 것은 최대압력이므로 이것을 기준으로 공기압을 체크하면 과압이 됩니다. 타이어 공기압은 운전자 매뉴얼 혹은 운전석 차량 문을 열었을 때 바디 프레임에 붙어 있습니다.(의무 사항임) 대부분의 차량은 30psi이고 이는 약 2.1kgf/cm^2 즉 2.1bar 정도가 적정공기압입니다. 공기압이 높을 경우 승차감이 떨어지고, 마모가 심해집니다. 또한 노면의 충격이 크게 전달되기 때문에, 쇼바 등 차량의 다른 부품들 수명이 저하됩니다. 공기압이 저압일 경우 스탠딩 웨이브의 발생 등으로 인한 펑크의 위험이 있습니다. 문제는 두가지 입니다. 공기압은 자연적으로 누수가 발생합니다. 요즘과 같은 환절기에 특히 공기압이 저하되는 경우가 많습니다. 대기온도가 10℃ 내려갈 경우 공기압이 5% 정도 저하됩니다. 또한 운행을 많이하면, 공기압이 한달에 최대 2psi까지 저하되므로 최소 한달에 한번 이상 정확한 체크가 요구됩니다. 공기압 체크 시 중요한 것은 30psi 정압은 타이어가 완전히 식었을 경우의 값입니다. 운행 후 타이어가 따뜻한 상태에서 30을 맞추는 것이 아닙니다. 차량의 정비 등이 모두 끝난 후에 타이어를 만져보아서 식은 후 30psi를 채우면 됩니다. 또한 타이어는 마모가 발생합니다. 타이어 옆에 보면 마모한계선이 있는데, 삼각형으로 표시되어 있습니다. 마모한계선 좌우에서 측정하여 1.6mm 미만이 남아있으며 교체해야 합니다. 또한 1.6mm 이상 남았어도 좌우 바퀴의 마모상태가 다른 경우 차량의 얼라인먼트에 이상이 발생한 것이므로 정비를 해야 합니다. 타이어 공기압의 좌우가 달라 언발란스가 발생할 경우에는 급제동시 밀림 현상이 발생하거나, 편마모의 원인이 되기도 합니다.


타이어 깊이(tread depth) 측정 방법
타이어를 보면 트레드 바로 앞쪽에 그림과 같이 세모 표시가 있는데, 그 곳을 기준으로 좌우가 측정하는 부위입니다. 같은 곳을 두 번 이상 측정 하지 말고, 타이어 측면 2부분을 더 측정 합니다.

타이어의 규격표시와 식별방법

타이어의 편평비
편평비란 타이어의 단면폭에 대한 타이어의 높이를 말하고 일반적으로 편평비가 낮은 타이어는 측면에서 보기에 두께가 얇아 보이고 편평비가 높은 타이어는 반대로 두께가 두꺼워 보인다.

타이어 제조일자 식별방법
1). DOT(Department of Transportation) 타이어에는 FMVSS(Federal Motor Vehicle Safety Standard) 규정에 따른 아래 DOT NO를 표시합니다.
2). DOT NO 표기 (예) DOT ** *** ** 3103
여기서 '31'은 31週, '03'은 => 2003년도 즉, 2003년도 31번 째 주에 생산된 제품임을 나타냅니다.

타이어의 규격표시

타이어의 분류
*PC(Passenger Car Tire) 승용차용 타이어
*TB(Truck & Bus Tire) 트럭,버스용 타이어
*AG(Agricultural Tire) 농경용 타이어
*MC(Motor Cycle Tire) 이륜자전거용 타이어
*LT( Light Truck Tire) 소형트럭용 타이어
*OTR(Off The Road Tire) 건설용 타이어
*ID(Industrial Tire) 산업용 타이어
*AC(Air Craft Tire) 항공기용 타이어


타이어공기압
1) 공기압이 높으면
*타이어의 중심부가 먼저 닳는다.
*타이어의 긴장상태에 있어 충격이 가해질 경우 튀거나 파괴될 수 있다.


2) 공기압이 낮으면
*타이어의 양쪽 가장자리가 먼저 닳는다.
*타이어에 많은 열이 발생되므로 노화현상이 빨라진다.


3) 공기압의 체크는
*최소 한달에 한번 이상 체크해야 하며 장거리 주행시에는 사전에 체크해야 한다.
*타이어가 차가운 상태에서 체크해야 한다.(이른 아침이 이상적이다.)


타이어마모
1)타이어 측면(Sidewall)에 6군데 마모한계 표시(▲)가 있다. (마모한계표시:높이 1.6mm) 마모한계는 자동차의 제동거리와 밀접한 관계가 있으며 생명과도 직결되는 표시이다.

2)마모한계를 초과하게 되면
* 급제동시 타이어가 미끄러져 제동거리가 길어진다.’
* 비가 올 때 물이 잘 빠지지 않아 수막현상이 생긴다.
* 작은 충격에도 손상을 입어 사고 발생의 원인이 된다.

타이어 수막현상의 ABC

장마가 시작되었습니다. 여름철 빗길 운전은 매우 위험합니다. 그중에서도 수막현상이 발생하면 차량의 제어가 불가능하기 때문에 상태라 대형 사고로 이어지는 경우가 많습니다. 오늘은 수막현상의 발생 원리와 원인, 위험성 그리고, 수막현상 발생 시 대처 요령에 대해 알아보겠습니다. 수막현상 발생의 가장 큰 원인은 심하게 마모된 타이어의 사용입니다. 마모도 조사 결과 우리나라 자동차의 약 45% 정도가 수막현상에 노출되어 있습니다.

수막현상은 자동차가 물이 고인 노면을 고속 주행 시 그루브 사이에 있는 물을 배수하는 기능이 감소되어, 타이어 접지면의 앞쪽에서 물이 침범하고 그 압력에 의해 타이어가 노면으로부터 떠올라 물위를 미끄러지는 현상을 말합니다. 결국 수상 스키를 타는 것과 같은 현상을 발생시킵니다. 물의 침범 압력은 자동차 속도의 두 배에 비례합니다. 수막현상이 발생되면 자동차는 관성력만으로 질주하며, 마찰력은 물론 모든 타이어의 기능이 사라져, 핸들링이 불가능하게 됩니다. 결국 수막현상 발생 시 가장 효과적인 대처법은 감속입니다. 다만, 타이어가 수막현상 발생으로 제 기능을 발휘하지 못하고 있으므로, 급제동은 더욱 큰 위험을 발생시킬 수 있습니다. 타이어가 마모되면 타이어의 그루브 깊이가 낮아지고 타이어의 배수능력은 저하되므로, 타이어 점검을 수시로 해준다.

또 하나 수막현상을 가중시키는 원인으로 타이어 공기압이 있습니다. 공기압이 부족한 타이어로 주행 시 지면과 타이어 사이의 압력이 낮아져, 물의 침범이 용이하게 되므로 수막현상이 더욱 잘 발생하게 됩니다.

우선 접지형상에 대해 알아보겠습니다. 타이어와 노면사이의 접지 형상은 타이어의 마모성능, 내구성능 등과 밀접한 상관성을 갖고 있습니다.

접지압력 분포에서 압력값이 크게 나타나는 부분은 마모진행이 빠른 부분으로 판단할 수 있습니다. 공기압이 변함에 따라 접지장과 실접지 면적이 민감하게 작용함을 확인할 수 있습니다. 이러한 면적의 변화와 접지율의 변화에 따라 접지압력에 변화가 발생하고, 수막현상 발생 임계 속도와 밀접한 관계가 있습니다.

다음은 공기압 수준별 제동 성능에 대해 알아보겠습니다. 이 실험은 타이어 마모가 별로 발생하지 않은 새 타이어를 갖고, 공기압이 변화에 따른 마른 노면과 빗길의 제동거리를 비교한 것입니다.

○ 세부시험조건
— 시험차량 : NEW EF SONATA
— 승차인원 : 1명
— 시험속도 : 100km/h
— 제동방식 : ABS
— 제 동 력 : FULL
— 노면조건 : DRY/WET

공기압이 감소함에 따라 제동거리가 증가하여 제동성능이 떨어지고 노면 조건별로는 건조한 노면과 비교하여 젖은 노면에서 상대적으로 영향이 크게 나타나는 것으로 확인되었습니다. 공기압이 감소하면 타이어와 노면 사이의 접지면적이 넓어지고 단위 접지 면적당 작용하는 하중값이 감소하여, 접지면적이 넓이지는 경향성은 제동성능을 향상시키는 효과를 발생시키지만 단위 접지 면적당 작용하는 하중값의 감소는 반대의 효과를 발생시킵니다. 건조한 노면에서는 접지면적의 증가와 단위 접지 면적당 작용하는 하중값의 감소가 서로 상쇄하기 때문에 공기압 수준별 제동성능이 큰 차이를 보이고 있지 않고 있으나, 젖은 노면에서는 타이어와 노면 사이의 일종의 접착력이 감소하기 때문에 접지 면적당 작용하는 하중값의 감소가 상대적으로 큰 영향력을 발휘하게 되기 때문에 공기압 수준별 제동성능에서 큰 차이를 보이고 있습니다.

그러나, 이러한 정도의 차이는 수막현상 발생에 비하면 크지 않습니다. 수막현상이 발생하면, 보통 제동거리는 2배 이상 증가하고, 그 보다 위험한 것은 앞서 설명한 바와 같이 핸들링이 불가능하고, 커브길에서는 차량을 제어할 수 없게 됩니다.

타이어의 마모한계선은 1.6mm로 지정되어 있습니다. 이러한 규제 때문에 일반인들은 마모한계선 이상의 홈이 남아 있을 경우, 차량이 빗길에서 어느정도 안전하다고 판단할 수 있습니다. 그러나, 마모 한계선 이상으로 홈의 깊이가 남은 타이어도 빗길 물의 깊이가 홈의 남은 깊이보다 깊을 경우 수막현상이 발생합니다. 수막현상이 발생하면 핸들이 돌아가려고 하는 반대 방향으로 저항하며 핸들을 꼭 잡고, 안정적으로 주행해야 합니다. 이때 주의할 사항은 돌아가려는 힘에 저항만 해야지, 반대 방향으로 핸들을 돌리면 차량이 360° 회전하며, 조정 불능상태가 되어 매우 위험합니다. 예방을 위해서는 타이어 공기압을 평소보다 5~10% 정도 높여 주행하는 것이 타이어의 접지 압력을 높일 수 있어, 유리합니다. 그러나, 한가지 주의할 사항은 여러 타이어 관련 사이트에서, “타이어 공기압을 높이면, 수막현상 예방에 도움이 된다.”고, 설명하는 부분입니다. 공기압이 높을 경우, 수막현상 예방에 도움이 되는 것은 사실이나, 지나치게 높을 경우 타이어의 다른 성능에 변화를 주어 바람직하지 않습니다. 가장 합리적인 것은 새 타이어의 경우, 늘 적정 공기압(일반적인 중형 승용차 혹은 SUV 기준 30psi)을 유지하는 것이 안전합니다. 물론, 타이어가 완전히 식은 상태에서 주입할 경우입니다. 적정공기압은 앞서 설명한 바와 같이, 차량 메뉴얼 혹은 운전석 문을 열면 바디 프레임에 스티커 형태로 붙어 있는 것을 참고하여 주입하는 것이 중요합니다.

다시 한번 수막현상 예방에 대해 정리해 보도록 하겠습니다. 타이어 공기압을 적절히 유지합니다. 마모가 진행된 타이어는 즉시 교체하도록 하고, 특히 마모가 심하지 않더라도 좌우 타이어의 마모 정도가 다를 경우, 제동력 차이에 의해 차량이 좌우로 쏠릴 수 있어 즉시 함께 교체해야 합니다. 또한, 교체 후 편마모의 원인을 분석하고, 휠 바란스 및 휠얼라이먼트 등의 정비를 받아야 합니다. 타이어 접지면의 배수효과가 좋은 리브형의 트레드 모양을 선택하면 좀 더 유리합니다. 일단 수막현상이 발생하면, 핸들을 꼭 잡고 속도를 낮추어서 타이어와 노면과의 회전 마찰력을 회복시키도록 하는 것이 중요합니다.