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[뉴스난타]

차체(FRAME)에 대하여 |

프레임(차체)은 엔진을 비롯하여 승차장치, 화물적재장치 등을 구비하며 서스펜션을 이용하여 전후륜을 고정시켜 이륜차의 기본틀을 갖추게 하는 중요한 부분이다. 이것을 좀더 구체적으로 설명하면 프레임 전방에 설치된 “헤드파이프”에 프론트 쿠션이 연결되어 앞바퀴의 충격을 흡수하며, 중앙 뒷부분의 리어포크피봇에는 리어 쿠션이 연결되어 뒷바퀴의 충격을 흡수하는 구조로 되어있다. “헤드파이프”는 이륜차의 “캐스트각”을 결정하는 것으로 전륜의 쿠션 스트로크를 충분히 확보할 수 있는 위치에 배치되며 핸들의 회전이 원할하도록 장치되어 있다. 먼저 프레임의 각부분 명칭을 살펴보자

자체의 세부명칭 ■ 헤드파이프 : 프레임 최전방의 파이프로 여기에 프론트포크가 조립되어 이륜차의 방향전환을 결정하는 역할을 한다. 파이프의 양끝은 정밀가공되어 베어링이 삽입된다. ■ 다운튜브 : 헤드파이프 아래쪽에 위치하며 엔진의 앞부분을 지나가며 오일쿨러, 라지에이터 등이 장착될 뿐 아니라 엔진을 지지하는 중요한 역할을 한다. ■ 언더튜브 : 엔진의 아랫부분을 통과하는 파이프로 엔진을 지지하는 가장 큰 역할을 하는 부분이다. ■ 어퍼파이프 : 헤드파이프 후방으로 엔진 위에 배치되는 파이프로 연료탱크가 안착된다. ■ 메인튜브 : 엔진의 후방을 상하로 연결하는 파이프로 보통 리어포크 피봇볼트가 체결되는 중요한 부분이다

재질상 분류

1.	파이프 프레임
	주요부분의 재질이 강관으로 구성된 프레임을 말한다. 비교적 가는 파이프 인데도 불구하고 대형 이륜차의 프레임을 제작할 수가 있으며, 부품의 배치를 위한 공간 활용 등의 디자인 자유도가 높은 장점이 있다. 소재간의 결합방법으로는 최근 용접기술의 발달과 더불어 생산성이 더 한층 높아지고 있다.

2.	강판 프레임
	프레임의 주요부분을 두께 0.8-1.6t 의 강판을 프레스로 성형하여 좌우 부재를 만들어 저항용접 또는 스폿용접으로 결합한 것이다. 프레임의 중간부분을 활용하여 전기장치 등을 배치하는 등 활용도가 높으며 구조가 간단하여 대량생산에 적합하다. 주의할점은 얇은 철판으로 구성되어있기 때문에 응력이 집중된 다든가 엔진의 폭발음으로 공진음이 발생할 수 있다는 것이다.

3.	강관과 강판의 합성프레임
	파이프 프레임과 강판프레임의 각각의 장점을 살린 프레임이라 할 수 있다.

형태상 분류

1.	언더본 프레임(UNDER BONE FRM)
	본 (BONE)이란 것은 뼈를 말하는 것으로 엔진의 하부에 뼈와 같이 단단한 파이프를 배치하고 엔진상부에는 프레임이 없는 구조를 말한다. 이륜차 역사 초기에는 이러한 형태의 프레임이 많이 있었으나, 현재에는 스쿠터의 프레임으로 변형되었으며 일반이륜차에는 잘 채용하지 않는 형식이다.

2.	백 본 프레임(BACK BONE FRM)
	본 (BONE)이란 것은 뼈를 말하는 것으로 엔진의 하부에 뼈와 같이 단단한 파이프를 배치하고 엔진상부에는 프레임이 없는 구조를 말한다. 이륜차 역사 초기에는 이러한 형태의 프레임이 많이 있었으나, 현재에는 스쿠터의 프레임으로 변형되었으며 일반이륜차에는 잘 채용하지 않는 형식이다.

3.	다이야 몬드 프레임(DIAMOND FRM)
	엔진의 강도를 프레임의 일부로 활용한 것으로 엔진의 하부에 프레임의 메인파이프가 없는 것이 특징이다. 다이야 몬드 프레임은 엔진의 탈착작업이 용이할 뿐 아니라 엔진의 아름다움 자체를 그대로 보여 줄 수 있는 장점이 있다. 프레임의 골격형상이 다이야몬드의 컷트단면과 닮았다고하여 붙혀진 이름이다.

4.	크레들 프레임(CRADLE FRM)
	차체가 엔진을 감싸 안은 모습이 마치 요람과 같다고 하여 붙혀진 이름이다. 엔진 자체에는 차체에서 발생되는 각종 차중을 전혀 받지 않는 구조 이륜차프레임의 기본틀로 자리잡고 있다. 프레임의 기본재질은 파이프를 조합한 것이 대부분이나, 상부의 파이프 즉, 어퍼파이프는 프레스를 성형한 철판재를 사용하는 경우도 많다. 크레들 프레임의 종류로는 더블크레들(D0UBLE CRADLE), 세미 더블 크레들(SEM DOUBLE CRADLE), 싱글 크레들(SINGLE CRADLE) 프레임 등 3종류가 있다

5.	티-본 프레임(T-BONE FRM)
	백본 프레임의 일종으로 철판의 프레스가공을 적극적으로 이용한 프레임이다. 프레임 전체를 좌우대칭되게 프레스가공하여 프레임을 외부로 노출시켜 외관디자인으로 활용하는 방식이다.

6.	트러스트 파이프 프레임(TRUST PIPE FRM)
	파이프를 트러스트 구조로 조합한 것으로 차체가 필요한 강성, 강도등을 고려하여 삼각구조로 조합하여 기하학적인 파이프의 조합을 외곽 디자인으로도 활용할 수 있는 형식이다. 이태리의 듀카티의 고배기량 기종에서 자주 볼 수 있는 타입이다.

7.	스트레이트 빔 프레임(STRAIGHT BEAM FRM)
	메이커에 따라 다양한 이름들이 있지만 알루미늄 합금을 이용한 프레임으로 최근 가장 인기가 있는 프레임 형식이다. 헤드파이프에서 리어포크디봇볼트까지 스트레이트로 설계된 프레임으로 레이싱 차량에 주로 채용된다. 그리고 두터운 알루미늄 합금의 아름다움을 이륜차의 외관디자인으로 활용하고 있다.

서스펜션(SUSPENSION)에 대하여 |

서스펜션의 사전적의미는 “매달기” “공중에 떠있기” 등의 의미인데 기계적인 의미로 차체의 현가장치 또는 완충장치를 말한다. 즉, 차체를 공중에 떠 있게 하는 장치, 이륜차에서는 일명 “쇼바”라고 부르는 것이 서스펜션이다. “쇼바” 의 정확한 명칭을 “쇼크업소브(shock absorb)”인데 간략히 줄여쓰는 말이다.

서스펜션의 역할

서스펜션의 역할은 크게 2가지로 구분할 수 있는데 첫째는 노면으로 부터의 충격을 흡수,완화 하여 차체의 각부분에 충격이 전해지지 않도록 하여 안락한 승차감을 제공하는 “충격흡수기능”이며, 두번째는 이륜차의 바퀴가 요철부위를 지나갈때 바퀴의 불규칙적인 운동을 규제하여 타이어의 접지성을 높임으로써 구동력, 제동력등을 확실하게 노면에 전하는 “진동제어기능”이 그것이다.

진동제어기능을 지지위치 결정기능이라고 부르기도 한다.

서스펜션의 종류

이륜차 서스펜션의 종류는 기능적인 측면과 장착위치에 따른 측면으로 나누어 생각해 볼 수 있다.

먼저, 기능적인 측면에서 살펴보면 크게 “텔레스코픽형” “안티다이브형” “보텀링크형” 등이 있다.

최근 국내이륜차의 발전동향을 보면 알겠지만 현재 거의 모든 이륜차에는 “텔레스코픽형” 서스펜션이 채용되어 있다. 그것은 기능뿐만 아니라 외관디자인적인 측면에서도 많은 소비자들로 부터 호평을 받고 있기 때문이다.

다음으로 장착위치에 따른 구분으로서 앞바퀴에 장착되어 차체를 지지하는 서스펜션과 뒷바퀴에 장착되는 서스펜션으로 나뉜다. 앞에서 설명한 3가지 타입은 모두 프론트용 서스펜션이나 리어용 서스펜션에는 다음과 같은 것이 있다.

서스펜션의 기본적인 작동원리

서스펜션의 2가지 역할 즉, 완충작용과 제진작용이 있지만 많은 부분을 스프링이 담당하고 있다. 서스펜션에 충격이 전해지면 먼저 스프링이 1차적으로 충격을 흡수하고 2차적으로 댐퍼라는 곳에서 흡수한 충격을 약화시킨다. 이것을 감쇄력이라 한다.

이륜차가 천천히 주행할때에는 스프링만으로도 충분히 쾌적한 주행이 가능하지만 속력이 빨라지면 스프링 만으로는 주행이 곤란하게 된다.

그 이유는 스프링만으로는 고속에서 강한 진동이 발생되어 스프링의 고유진동과 외부 충격에 따른 진동으로 노면의 요철부위를 추종할 수 없게 되는 것이다. 댐퍼(DAMPER)는 일종의 저항같은 것으로 스프링의 진동을 재빨리 억제 시켜주는 역할을 한다.

스프링의 특성

스프링의 위에 무거운 물건을 올려 놓을때 그림의 저울과같이 스프링이 줄어들고 있는 동안에는 실제 무게를 느낄 수 없다. 이와 마찬가지로 이륜차의 서스펜션에서도 운전자의 무게가 가해져도 서스펜션이 작동하고 있는 동안에는 타이어에 그 무게가 다 작용하지는 않는 것이다.

댐퍼의 특성

댐퍼의 기본적인 작동원리는 어릴때 가지고 놀던 분무기식 물총과 유사하다.

그림의 작동 예와 같이 압축될때는 실린더 아래쪽에는 있는 보텀밸브를 통해 오일이 빠져나감으로 감쇄력이 발생하며 늘어날 때에느 오른쪽 그림과 같이 피스톤 밸브의 작은구멍으로 오일이 빠져나갈때 감쇄력이 생겨 스프링의 진동을 억제한다.

텔레스코픽형 쿠션의 종류

위 그림의 쿠션형식은 장착위치와는 관계없이 구조에 따라 3가지 타입으로 나뉘는데 단동형과 복동형의 길이를 더욱 길게 하여 프론트휠에 장착토록 한것이 텔레스코픽 쿠션이다. 유압식이라고 말하는 모든 쿠션에는 소량의 가스가 들어 있으나 가스분리형 쿠션은 별도의 보조탱크를 채용하여 가스를 채움으로서 충격흡수 효과의 극대화를 꾀하고 있다.

쿠션과 이륜차특성
서스펜션은 도로 노면의 추종성을 만족시킬 뿐만 아니라 이륜차의 특성을 결정짓는 아주 중요한 것이다. 스로틀의 전개에 따라 리듬감을 타게 할것인가 아니면 풀브레이킹에도 견딜수 있도록 할것인가 하는 하중설정의 묘미를 살려 설계에 반영한다. 아메리칸 모델은 프론트는 롱 스트로크의 쿠션을 리어에는 쇼트스트로크의 쿠션을 채용하여 이와 반대로 레이서 레프리카 타입에는 역으로 설치하여 각 이륜차가 지닌 주행특성을 만끽하도록 한다.

브레이크에 대하여 |

많은 이륜차 운전자들이 이륜차의 최고속도, 출력등에는 관심이 많으면서도 정작 가장 중요한 브레이크에 대해서는 등한시하는 경향이 있다. 이륜차 엔진의 성능이 향상되면서 이륜차의 제동능력도 상대적으로 중요하게 부각되는 것은 말할나위가 없다.

이륜차 주행의 초보자는 얼마나 빨리 달릴것인가 에 관심이 있지만 이륜차 매니아는 어떻게 정지 할 것인가를 먼저 생각한다.(필자의주장)
이번호에서는 이륜차의 브레이크는 어떠한 것이 있으며, 그것의 작동원리, 제동의 역학에 대해 알아본다.

브레이크의 종류
	이륜차 브레이크는 크게 디스크형과 드럼형으로 나눌수 있는데 각각의 이륜차 용도 및 특성에 따라 채용되어 있다. 이것을 조작하는 방법에는 손으로 조작하는 레버형과 발로조작하는 페달형이 있으며. 이와는 별개로 주차브레이크가 있는 것도있다. 디스크 브레이크의 작동은 유압식과 기계식이 있는데 드럼형은 브레이크 케이블과 캠에 의해 작동되며, 디스크형은 유압에의해 작동된다. 자동차의 경우에는 드럼형도 유압에의해 작동되나 이륜차는 그러한 타입은 없다.

디스크브레이크와 드럼브레이크의 차이점은 무엇인가!
디스크라는것은 원반형의 판을 말하는 것으로 금속원반을 브레이크패드라고 부르는 마찰재를 이용하여 원반의 회전을 정지시키는 방식이다. 원반은 바퀴에 직접 연결되어 있어 함께 회전하기 때문에 결론적으로 바퀴의 회전이 멈춰지는 것이다. 드럼형은 글자그대로 드럼처럼 생긴 원통속에 브레이크 라이닝이란 마찰재를 벌려 마찰 시킴으로서 드럼을 정지시키는 방식인데 드럼에도 바퀴가 직접 연결되어 있다. 이러한 방식을 내부 확장형 드럼브레이크라 한다 .
	그럼 위의 2가지 브레이크의 성능은 어떤차이가 있는가에 대해 알아보면 먼저, 디스크브레이크의 최대특징은 디스크가 외부에 그대로 노출되어 있어 방열성이 매우 좋기 때문에 빈번한 브레이크의 작동에도 불구하고 마찰능력이 떨어지지 않아 제동력이 우수하다는 것을 들수있다. 반면, 노출된 디스크는 비가온다든지, 진흙탕 도로 주행시 또는 먼지가 많은 도로의 주행시는 불리한 단점이 있다.
드럼 브레이크는 디스크브레이크와는 반대로 브레이크 라이닝이 드럼내부에 있기 때문에 외부의 환경에는 영향을 비교적 덜 받으나, 방열효과가 떨어 지는 단점이 있다. 이상과 같은 특성상 포장도로 주행용 이륜차는 디스크 브레이크가 비포장도로 주행용으로 드럼형 브레이크가 많은것이 일반적이나 전륜은 디스크, 후륜은 드럼브레이크를 채용하는 것이 보통이다.이는 전후륜 바퀴의 제동력은 전륜이 훨씬 크기 때문이다.

디스크브레이크의 작동

디스크 브레이크가 기계식으로 작동되는 것도 있지만 대부분 유압식으로 작동된다.
브레이크 레바를 잡아 당기면 그 힘이 브레이크 호스를 통과하여 브레이크 캘리퍼의 피스톤을 밀어 브레이크 패드가 디스크 플레이트 와 마찰하도록 한다.

디스크 브레이크의 제동효과를 높이기 위하여 바퀴의 양쪽에 디스크를 설치하여 각각의 캘리퍼를 통해 작동케 한다든지 한개의 디스크 플레이트에 2개의 캘리퍼를 장착하기도한다. 전자를 더블디스크, 후자를 더블 피스톤 캘리퍼라한다.

디스크브레이크의 특성

디스크 브레이크의 성능을 높이기 위해서는 먼저 디스크의 외경을 크게 하는 것이 당연할 것이다. 외경이 크면 클수록 지렛대의 원리에 의해 캘리퍼나 패드의 제동능력이 같더라도 제동의 효과는 커지기 때문이다. 또한, 면적이 넓으면 방열효과도 그만큼 높아져 제동효과가 크게된다. 그대신 중량이 무거워 지기 때문에 휠계통의 회전 모멘트가 증가한다.

따라서 제동쪾 가속등에 나쁜 영향을 미치게된다. 그래서 1개의 디스크를 크게 하기 보다 앞에서 말한것 처럼 두개의 디스크 플레이트를 설치하여 더블 디스크를 장착하기도 한다.

디스크의 변형대책

아무리 방열성이 좋은 디스크 브레이크라 하더라도 무리한 제동으로 혹사를 시키면 디스크의 변형이 오기 쉽다.
따라서 이러한 변형을 막기위해 여러가지 아이디어가 동원되고 있는 데 대표적인 예를 들어본다.

드럼브레이크의 작동

드럼브레이크는 브레이크 레바에 연결된 케이블에 의해 캠이 브레이크 라이닝을 벌림으로서 드럼 내부와 마찰되어 제동되는 원리는 설명된바와 같다. 그 구조를 그림으로 통해 살펴보자.

디스크 브레이크와 드럼브레이크의 제동력차이
	그림에서 보는 바와같이 드럼브레이크는 제동초기에는 디스크브레이크와 마찬가지의 제동 효과를 나타내다가 급격히 떨어 지는 것을 알수있다. 반면 디스크브레이크는 처음부터 끝까지 균일된 제동효과를 나타내고 있다.
	이 그림은 디스크 브레이크와 드럼브레이크가 열팽창에 의해 제동의 효과가 떨어지는 것을 나타내는데 드럼 브레이크는 드럼이 외곽으로 벌어지므로 효과가 급격히 떨어지는 반면 디스크 브레이크는 변형이 되더라도 그림과 같이 위로 늘어남으로 제동력에는 변형이 없다.

디스크브레이크의 제동효과
디스크 브레이크는 “파스칼의 원리” 를 적용 한 것이다.파스칼의 원리란 밀폐된 용기속의 액체에 압력을 가하면 가해진 압력과 동등한 크기의 압력이 액체의 각부분에 전달된다는 것으로 브레이크 레바의 적은힘이 캘리퍼 피스톤 에서는 매우 큰힘이 작용되는 원리이다. 그림으로 설명하면 다음과 같다.
	① 레버를 10kg의 힘으로 쥐게 되면 마스타 실린더에는 60kg 의 힘이 가해진다.(12/2×10kg=60kg) ② 브레이크 호스로 통해 전해진 60kg의 힘은 캘리퍼 피스톤의 단면적이 마스타 실린더 단면적의 5배 라고 가정할때 300kg 의 힘이 가하는 것이 된다.(60kg×5=300kg)

주행중 제동방법

지금까지 브레이크의 종류 , 구조, 작동방법등에 대해 알아 보았다. 아무리 이러한 내용을 잘알고 있다 하더라도 실제 운전중에 브레이크의 올바른 사용방법을 지키지 않는다면 아무 소용이 없게된다.

도로주행시 많은 운전자들이 정지시에는 앞뒤 브레이크를 동시에 잡게되지만 정확하게 어느정도의 비율로 브레이킹을 해야 하는지에 대해서는 이견이 있다. 5:5로 잡아도 된다고 하는 사람이 있는 반면 보통때는 앞브레이크 만 잡아도 된다는 운전자가 있다.
여기에 반드시 그렇다고 할수는 없지만 가장 일반적인 운전자의 경우 아래그림과 같은 힘의 배분으로 제동하는 것이 좋을 것으로 생각한다.

 

휠(WHEEL)과 타이어(TIRE)에 대하여

휠이란?

요즈음 대부분 이륜차에 널리 장착되고 있는 ‘캐스팅휠(CASTING WHEEL)’이라는 일체 성형방식의 휠이 처음 개발된 것은 1970년대 초의 일이다.

그 이전까지는 ‘스포크 휠(SPOKE WHEEL)’이라고 하여 휠의 중심부인 허브(HUB)와 바깥부분이 림(RIM)의 사이를 피아노선 재질인 강재(즉, 이것을 스포크라 한다)로 연결한 것이 주로 이용 되었다.

그러나 스포크 휠은 조립시 휠 발란스를 잡기가 매우 어려워 숙련된 작업자가 아니면 생산량이 매우 저조하기 때문에 캐스팅 휠에 비해 점차 사용이 줄어들고 있는 추세이다.

휠의 종류
이륜차용 휠의 종류에는 스포크 휠, 캐스팅 휠, 콤스타 휠, 디스크 휠 등 크게 4가지로 구분 할 수 있다. 이중에서 디스크 휠은 철판을 프레스로 성형한 것으로 중량이 많이 나가기 때문에 경량화가 생명인 이륜차에는 적합치가 않아 최근 많이 사용되지 않는다.
	▲ 스포크 휠의 가장 큰 장점은 충격흡수가 용이 하다는 점이다. 그리고 무엇보다 가볍다는 장점이 가장 큰 메리트이다. 그래서 최근까지 오프로드용 및 트라이얼 등의 이륜차에는 반드시 스포크 휠이 채용되고 있는 것이다. 반대로 스포크 휠의 결점으로는 스포크 조임이 느슨해짐으로서 휠의 흔들림이 발생할 수 있다는 것이다. 이것을 해결하기 위하여 옛날부터 BMW에서는 스포크의 목부분이 굽어 있지 않고 똑바로 되어 있는 스포크를 사용하고 있다. 최근에는 대부분의 나라에서 모터크로스 등의 차량에는 스트레이트 스포크를 사용하고 있다.
	▲ 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금물의 일체 성형식 휠로서 일본에서 1978년 부터 장착이 인가된 제품이다.(자동차는 이보다 5년이 빠른 1973년 부터 채용되기 시작함) 높은 안전성과 우수한 진원도 및 고탄성을 갖춰 휠 발란스의 조정이 필요없으며 디자인도 우수하여 매우 큰 인기를 끌고 있으나 스포크 휠이나 콤스타 휠에 비해 무거운 단점이 있다.
	▲ 알루미늄 합금제의 림(RIM)에다 동일 재질의 합금제를 프레스로 성형한 스포크부분을 리벳으로 결합한 방식의 휠이다. 캐스팅 휠의 정밀도를 가지면서 스포크 휠의 충격흡수능력도 겸비한 것으로 캐스팅 휠에 비해 가벼우며 생산성도 매우 좋은 편이다. 콤스타 휠은 일본의 혼다에서 개발한 것으로 캐스팅 휠과 스포크 휠의 장점을 잘 활용한 제품이다.
	▲ 콤스타 휠과 캐스팅 휠의 중간적인 것으로 알루미늄 림에다 알루미늄 캐스팅 스포크를 특수용접한 것이다. 소형 스쿠터 등에 주로 채용이 되나 국산에는 채용된 기종이 없다.
	휠의 종류에 따른 장단점 및 특성을 알아 보았는데 휠은 엔진의 동력을 전달하는것 외에도 디자인적인 멋이 차지하는 부분도 매우 크기 때문에 기능은 물론이고 시각적인 멋을 고려한 제품들이 속속 개발되고 있다. 이러한 휠의 종류에 따라 주행성능, 승차감 등에도 많은 차이가 있으나 일반인들은 그다지 큰 차이를 느끼지 못한다. 따라서 보기 좋은 떡이 먹기도 좋다고 휠 또한 기능보다 디자인이 점차 중시되는 때인것 같다.

타이어의 역할
이륜차에 있어 가장 중요한 것이 무엇일까? 우문일 수 있으나 필자는 ‘역시 가장 중요한 것은 타이어’라고 생각한다. 그러면서도 운전자들이 가장 소홀히 하기 쉬운 부분이 또한 타이어이다. 타이어의 역할을 그림으로 살펴보면 [그림자료]와 같다.

타이어의 구조
타이어의 구조를 외부와 내부로 나누어 설명하면 외부에는 지면과 맞닿는 트레이드와 사이드월로 나뉘며, 내부에는 타이어의 골격을 유지하는 카카스와 비드로 나눌 수 있다.
	카카스는 헝겊보자기와 같은 형상으로 레욘(목면)과 같은 라일론 등으로 형성되어 있는데 카카스의 방향에 따라 ‘바이어스 타이어’ 또는 ‘레이디얼 타이어’로 나뉜다. 타이어 표면의 트레이드는 재질이나 형상에 따라 수많은 종류가 있어 이륜차의 용도에 따라 골라 사용하여야 한다. 메이커에서 이륜차를 개발할 때에는 그 차량에 가장 적합한 타이어의 패턴(트레이드 무늬)를 디자인하여 수많은 테스트를 거친 후 적용하기 때문에 사용자 임의대로 타이어를 교체하는 행위 등은 안전에 영향을 줄 수 있어 지양하여야 한다.

타이어 표시기호 읽는 법
	국내 이륜차의 타이어 측면을 보면 2,25~17 4PR(아피아) 100/90-10 56J(델피노)등과 같은 숫자가 적혀 있다. 표시형식은 다르지만 둘다 타이어의 규격을 나타내는 숫자로 아피아의 2.25는 타이어의 폭이 2.25인치 임을 나타낸다. 즉, 57.2mm가 된다. 뒷쪽의 17은 휠의 크기를 나타내는데 타이어가 아닌 림의 지름이 17인치라는 것이다. 델피노의 경우에는 100이 타이어의 폭을 나타낸다. 이때 단위는 인치가 아니고 mm이다. 그리고 90은 편평비라고 하여 타이어의 높이가 타이어 폭의 90%에 해당된다는 것을 뜻한다. 10은 림의 지름, 56J는 하중과 속도를 나타내는 기호이다.
이것을 표로 살펴 보면

튜브레스 타이어는 ‘펑크’가 잘 나지 않는다?

튜뷰레스 타이어 내부에는 튜브가 들어 있는 대신 내면에 ‘인너라이너’라는 얇은 고무층이 붙어 있다.
이것은 기밀성이 좋은 특수 배합 고무로 되어 있어 못과 같은 것이 상처를 입어도 상처부위가 커지지 않고 오히려 수축되어 공기의 기밀을 계속 유지하게 한다.

또한 타이어와 림과의 밀착을 좋게 하기 위하여 비드부를 특수하게 제작하였으나 공기주입구를 림에 직접 장착하는 구조로 되어 있다.

뒷바퀴(RR.WHEEL)의 동력전달 방식 |

엔진의 회전력이 뒷바퀴까지 전달되기까지는 몇개의 기어와 스프라켓 그리고 체인 등을 통하게 되는데 이것은 엔진의 회전을 약 1/10정도로 감속시키기 위한 조치이다.
그 감속의 방법에는 다음의 3단계가 일반적이다.

첫째, 엔진에서 밋션까지를 기어비를 이용하여 약 1/3정도 감속한다.-1차 감속
그 다음에는 밋션내부의 메인샤프트기어와 카운터샤프트기어에 의해 감속되며,
세번째로 밋션의 출구 즉, 카운트 샤프트(드라이브 스프라켓)에서 뒷바퀴(드리븐 파이널 스프라켓)로 이루어지는 감속이다. - 2차 감속

1차감속은 엔진내부에서 이루어지기 때문에 엔진을 분해하지 않으면 볼 수도 없을 뿐더러 감속비의 변경은 전문가 또는 제조메이커가 아니면 불가능하다.
그러나 2차 감속은 외부에서 이루어지므로 보이기도 할 뿐더러 스프라켓 잇수의 변경을 통하여 감속비를 쉽게 변경할 수도 있다.

그럼 지금부터 2차 감속을 위한 동력전달 방식에 대해 알아보자.

① 체인 드라이브 방식 : 체인과 스프라켓에 의한 동력전달
② 샤프트 드라이브 방식 : 샤프트와 기어에 의한 동력전달
③ 벨트 드라이브 방식 : 벨트와 풀리에 의한 동력전달

이상은 현재 이륜차에서 일반적으로 사용되는 동력전달 방식이다.

체인 드라이브 방식 자전거 시절부터 친밀하게 봐 온 것으로 현재 이륜차의 최종 동력전달 방식으로 가장 폭넓게 사용되는 방식이다. 엔진과 뒷바퀴간의 거리조정이 자유로우며, 동력전달이 확실한 장점이 있다. 또한 스프라켓 잇수의 변경으로 감속비를 손쉽게 변경할 수 가 있으며 무엇보다 원가부담이 적다는 것이 큰 메리트이다. 그리고 체인링크와 링크사이의 틈에 의해 엔진브레이크로 인한 충격이 흡수되어 승차감이 우수한 것도 뺄 수 없는 장점이다. 그러나 샤프트 드라이브 방식에 비해 단점은 체인링크 각 부분의 마모로 인한 늘어남과 서스펜션의 쿠션에 의한 늘어짐으로 소음이 크다는 것이다. 그래서 대형이륜차의 경우에는 체인텐셔너를 장착하여 체인이 늘어져 소음이 나는 것을 대비케하고 있다.

샤프트 드라이브 방식 엔진의 동력을 뒷바퀴에 전달하기 위한 샤프트는 긴 강철봉의 끝단에 베벨기어를 설치하여 동력의 회전방향을 90。로 변화시키며, 서스펜션의 쿠션에 대응하기 위하여 샤프트에 스플라인 가공을 하여 전·후로 이동(슬라이딩)이 가능하도록 되어 있다. 그리고 엔진축에서 뒷바퀴 축까지는 일직선이 아니므로 샤프트 중앙부에는 유니버셜 조인트를 설치하여 동력전달이 원활하도록 설계되어 있다. 장점으로는 체인과 같은 늘어짐이 없어 유격을 조정할 필요가 없으며, 오일 등으로 인한 오염이 없으며, 구동 효율이 매우 높다는 것을 들 수 있다. 단점으로는 체인과 같은 충격흡수 효과가 없어 엔진브레이크시 또는 속도의 가감속에 따른 충격이 운전자에게 바로 전달되어 승차감이 좋지 않다는 것과 토르크가 큰 대형이륜차의 경우 악셀을 순간적으로 당길 때 이륜차의 뒷부분이 토르크 리액션(Torque Reaction)현상이 생기는 것을 들 수 있다. 토르크 리액션이란 토르크의 반작용이란 뜻으로 급가속시 또는 급감속시에 드라이브 샤프트의 회전과 반대방향으로 차체가 전도되는 현상을 말한다.

	벨트 드라이브 방식 체인 대신에 벨트 드라이브 이륜차가 등장했을 때 많은 사람들이 놀랐을 것이다. 50cc 스쿠터도 아니고 대형 이륜차에 벨트 구동방식이라니... 그러나 모든 기상조건, 도로조건등에서 장기간 테스트한 결과 어떠한 체인보다도 신장율이 적었으며, 내구성이 뛰어나고, 인장강도도 2배이상 높다는 것에 놀라지 않을 수 없었다. 무엇보다 큰 장점은 소음이 없어 조용하다는 것이다.
	오일에 의한 오염이 없으며, 녹도 슬지 않으며, 체인에 비해 무게도 1/4밖에 나가지 않는 것이다. 벨트라면 고무라고 생각하는 소비자는 언뜻 이해가 가지 않을 것이다. 그러나 벨트의 내부에는 철심 케이블이 들어 있는 특수 섬유와 표면에는 나이론 섬유로 구성되어 어떠한 체인 못지 않는 강성과 내구성을 내는 것이다. 결점으로는 벨트의 폭이 너무 넓어진다는 것과 그에 따라 먼지 등이 쉽게 끼어들어 오프로드 기종에는 채용하기가 어려우며, 가격이 2배 정도로 비싼 것을 들 수 있다.

<'드라이브 체인’의 체크포인트>

위에서 이륜차의 뒷바퀴를 구동시키는 것은 체인, 샤프트, 벨트등 3가지 방식이 있다고 설명하였다. 그 중에서도 ‘체인’은 구조가 간단하고 가벼우며, 구동력의 손실이 적기 때문에 가장 많이 사용되고 있다고 했다. 무엇보다 스프라켓의 잇수 변경으로 감속비를 변화시킬 수 있기 때문에 레이스 등의 차량에서도 거의 대부분 체인이 사용된다.
그러나 체인은 샤프트나 벨트와는 달리 일상점검을 통한 유지, 보수를 하지 않으면 최악의 경우 체인이 끊어지는 위험성을 내포하고 있다. 따라서, 체인은 운전자의 지속적인 메인텐넌스(일상점검 및 유지, 보수)가 필요하다.

체인은 소모품이다.

이륜차를 운전하는 소비자 중에는 체인의 중요성을 인식하지 못하거나 체인을 영구히 사용하는 것으로 오해를 하는 사람이 많다. 그러나 체인은 분명히 소모품으로 일정기간 사용한 후 과도한 마모나 늘어짐이 있을 때는 신품으로 교환하여야 한다.
최근에는 체인의 수명이 한결 길어진 O링 체인(O-RING CHAIN)이 개발되어 이러한 불편을 덜 수 있게 되었다.
O-RING체인은 탄력성이 있는 특수 O-RING을 플레이트사이에 끼운것으로 장시간의 윤활작용을 유지할 수가 있어 내구성이 크게 향상된 체인이다. 현재 국내에 발매된 제품 중에는 대림의 데이스타에 채용되어 있다.

O-RING체인은 세척에 주의해야 한다.

O-RING체인을 세척할 때에는 체인전용 세정제를 사용하여야 한다. 휘발유, 등유 등으로 세척을 하게 되며 O-RING에 나쁜영향을 미쳐 수명을 단축시킨다. 체인전용 세정제가 없을 때 엔진오일 등을 듬뿍 묻힌 후 닦아내도록 한다.

체인은 언제 교환해야 하나?
1) 링크가 고착을 일으켜 체인이 파행으로 잘 움직이지 않을때
2) 핀을 중심으로 플레이트의 균열이 생기거나 플레이트의 이상마모현상이 있을때
3) 리어포크의 체인소성 눈금이 끝까지 늘어났을때
4) 체인소성,윤할,세척등을 했는데도 이상한 소리가 날때
5) 고정되어 있는 핀이 움직일때
6) O-RING체인의 경우 O-RING이 끊어졌을때

■ 잡학상식 ■

5,934km .... ‘데이스타가 1만km 주행할때 엔진속의 피스톤이 움직인 운동거리’

예를들어 데이스타의 내경×행정=56.5×49.5이므로 엔진이 1회전할때 피스톤이 움직인 거리는 49.5mm×2=99mm가 된다. 따라서 엔진회전수가 1.000rpm이라면 1분에 99m가 움직인 것이 된다. 데이스타의 상용 엔진회전수를 6.000rpm으로 본다면 99×6×60분=35.640m=35.6km가 된다.

즉, 1시간에 35.6km를 움직이는 것이다. 그렇다면 데이스타를 타고 1만 km를 주행한다고 가정하면 평균시속 60km/h로 주행할때 10.000km÷60=166.7시간이 걸린다. 이때 피스톤이 움직인 거리는 166.7×35.6km=5.935km가 된다. 이는 지구둘레가 4만km이므로 지구를 0.15바퀴 도는 거리이다

그런데 여기서 간과해서는 안될 것이 알루미늄 합금으로 된 피스톤과 피스톤링, 그리고 주철재질 실린더의 내구성 문제이다. 별 생각없이 보면 당연시 여겨지는 것도 찬찬히 속을 들여다보면 감탄을 금할 수 없는 것이 수없이 많다.

머플러(MUFFLER)에 대하여 |

머플러의 가장 큰 역할은 엔진의 폭발음(배기음)을 적게 하는 것이 주목적으로 우리말로 소음기(消音器)라 한다. 그러나 머플러는 단지 소리를 적게하는 역할외에도 엔진의 성능을 결정하는 중요한 역할을 담당하고 있다.

도로를 주행하는 이륜차에 머플러가 없다면 소음(騷音)으로 몸살을 앓을 뿐 아니라 유해가스에 의한 피해도 상상하기 어렵다.
2싸이클과 4싸이클 엔진은 그 구조 만큼이나 머플러의 구조나 역할도 다소 상이한데 모든 머플러의 실체를 벗겨보자.

■ 머플러의 형상

통상 머플러라고 부르는 것의 정확한 명칭을 살펴보면 엔진의 실린더 또는 실린더헤드에 연결되는 배기관을 익죠스트 파이프(Exhaust Pipe)라 하고 뒷부분의 굵은쪽을 머플러라고 하는데 머플러는 그 형상에 따라 메가폰 타입, 캔타입등으로 불린다.

그러나 이것은 4싸이클 엔진의 경우이고 2싸이클의 경우에는 익죠스트 파이프에 익스펜션 챔버(Expansion Chamber)가 연결되어 그 모양부터 다른 것을 알 수 있다.


■ 머플러의 구조

위의 그림에서 머플러는 엔진의 종류에 따라 외형이 다르다는 것을 살펴보았는데 머플러의 속은 엔진에서 발생하는 폭발음을 제어하기 위하여 복잡한 구조로 되어 있다. 그림과 같이 머플러 속을 여러개의 칸으로 분리하여 배출되는 배기가스가 이리저리 복잡한 미로를 빠져나오면서 소음이 흡수되는 구조로 설계되어 있다.

또한 속에는 글라스 울(Glass wool)이라는 유리섬유가 들어가 소음흡수의 효과를 높이는 역할을 한다.지금까지 설명한 머플러 내부구조는 4싸이클용으로 내부는 다소 복잡하지만 외형은 단순한 형상으로 대부분 니켈·크롬도금을 하여 이륜차 외관디자인에 결정적인 영향을 미친다.


■ 2싸이클 머플러에 대한 고찰

[2싸이클용]

4싸이클용과는 달리 2싸이클용 머플러의 형상은 다소 기묘한 형상을 하고 있다. 이것은 2싸이클 엔진의 출력을 높히기 위해 기술자들이 얼마나 고심했는가를 엿볼 수 있는 부분이다.
2싸이클 엔진이 발명된것은 매우 오래전의 일이지만 4싸이클 엔진과 마찬가지로 엔진의 출력을 높이기 위한 노력을 계속하여 왔다.

4싸이클 엔진은 머플러를 통해 배기가스가 얼마나 잘 빠져나가는가 하는 배기효율이 엔진출력에 비례하지만, 2싸이클 엔진은 배기가스를 어떻게 하면 실린더 내부로 도로 밀어 넣을 수 있는가 하는 것이 엔진출력과 연비에 비례한다. 따라서 두 기관은 근본적인 개념부터 다르다고 할 수 있다.

그러나 2싸이클용 머플러도 50년대후반까지는 4싸이클용 머플러와 마찬가지로 캔현상 또는 메가폰형상을 하고 있었다.
엔진의 작동에서 이미 설명한 바 있듯이 2싸이클의 배기행정은 혼합기가 소기포트를 통해 연소실 내부로 들어 오면서 배기가스를 밀어내는 구조이다. 이때 혼합기의 일부는 배기가스와 함께 배기포트를 통해 빠져나가 버리는 현상이 발생한다.

따라서 출력이 저하될 뿐 아니라 연비가 나빠지는 원인이 된다. 이러한 단점을 해소한 것이 익스펜션 챔브(팽창실)이다. 배기포트를 빠져나온 배기가스는 팽창실에 모이게 되는데 팽창실의 출구가 매우 작게 뚫어져 있어 일시에 빠져 나가지 못하고 배기가스는 일시정지함과 동시에 반대쪽으로 역류하여 배기포트에서 빠져나온 미연소 혼합가스를 실린더 내부로 도로 밀어넣게 된다.
이것은 공기의 파동을 이용한 아이디어이다. 이것은 일본의 실제 레이스에서 그 효과가 증명된 것으로 현재 이 원리는 모든 2싸이클용 머플러에 적용되고 있다.

	(폭발.배기행정) 피스톤이 하사점으로 내려가면서 배기가스가 일시에 배기포트를 빠져나온다.
	(흡입행정) 피스톤이 하사점까지 다다르면 크랭크실에 있던 혼합기가 실린더로 들어가며 배기가스를 밀어낸다. 이때 미연소가스도 배기가스와 함께 배기포트를 통해 빠져나간다.
	피스톤이 상사점을 향해 올라갈때 머플러 끝까지 간 배기가스가 역류하여 실린더쪽으로 되돌아오면서 미연소가스를 도로 실린더로 밀어넣는다.

■ 4싸이클 머플러에 대한 고찰

국내에 발매된 제품들은 대부분 단기통이지만 고배기량 수입이륜차의 경우 2기통, 4기통과 같이 다기통엔진이 많이 있다. 이러한 다기통엔진의 머플러를 각각 하나씩 설치하지 않고 하나의 통합된 형태로 만든 것을 ‘집합 머플러’라고 한다.

최근에는 이러한 형태의 머플러가 강세를 보이고 있다. 예전에는 4기통이면 4개의 머플러가 나란히 장착되어 있는 이륜차가 많았으나 최근에는 4개의 실린더에서 나온 익죠스트 파이프가 하나로 통합되어 캔타입의 머플러로 장착되는 것이 보편화 되어 있다. 이러한 집합 머플러가 개발된데는 두가지 이유가 있다.

[4-2-1 타입의 집합 머플러]

첫째는 중량과 원과절감, 그리고 디자인적으로 머플러 장착공간의 문제로 인한 것이다.
[4-2-1 타입의 집합 머플러]
4개의 실린더에서 나오는 배기가스와 소음은 한개의 머플러에서 소화가 가능한데 4개내지 2개의 머플러 장착은 낭비일 뿐 아니라 스페이스 문제가 대두된 것이다.

자동차의 경우 오래전부터 4기통이든, 6기통이든 머플러는 한개로 통합되어 있었다. 또 하나의 이유는 역시 레이스에서 발생된것으로 ‘F1 레이스’에서 집합 머플러가 출력향상에 효과가 있다는 것이 증명되었기 때문이다. 그럼 어떻게 집합 머플러의 출력이 높아질 수 있는가?


■ 집합 머플러의 출력향상

4싸이클 엔진의 출력향상을 위해서는 배기효율을 높이는 것이 가장 유효한 수단이란 것은 앞에서도 설명한 바 있다. 즉, 배기가스를 가능한한 많이 그리고 빨리 연소실에서 배출시키는 것이 출력향상에 도움이 되는 것이다. 따라서 어떻게하면 배기가스를 연소실에서 빨리 밖으로 배출시키느냐 하는 것이 4싸이클용 머플러의 튜닝 포인트인 것이다.

먼저, 이렇게 생각해보라.
출퇴근시 만원인 지하철에서 누군가 무식하게 밀치고 내리려고 열린문으로 돌진할 때 옆에서 내리려고 서 있던 나도 덩달아 빨리 빠져나오게 되는 현상을 경험한 일이 있는지 모르겠다.

조금 차원이 다른 얘기일 수도 있으나 집합 머플러의 내부에서도 위와 같은 일이 계속 벌어지고 있는 것이다. 익죠스트 파이프와 연결된 집합 머플러 부분의 배기가스는 그 옆에 있는 배기관의 배기가스를 함께 끌고 밖으로 나오게 된다. 이것이 집합 머플러의 배기효율을 높이는 메카니즘이다.

바꿔말하면 배기관에서 배출된 배기가스의 운동에너지를 이용하여 다른 배기관의 배기가스를 끌어내는 것이다. 그러나 이러한 집합 머플러가 쉽게 개발된 것은 아니다.

각각의 배기관의 길이, 촌법, 집합부분의 볼륨, 머플러의 형성 등이 종합적으로 정확하게 합치가 될 때 출력향상의 효과를 볼 수 있는 것이다. 수많은 시행착오와 테스트를 걸쳐 하나의 부품이 탄생되는 것이다.

스파크 플러그(SPARK PLUG)에 대하여

스파크 플러그는 일상적으로 플러그라고 부르는데 엔진의 연소실 내부의 압축된 혼합기를 폭발시키기 위해 고전압으로 불꽃을 튀겨주는 부품이란 것은 이륜차의 초보자도 다 알고 있는 내용이다.
그럼 구체적으로 스파크 플러그는 어떤 구조로 어떤 작용을 하며 어떠한 특성이 있는지에 대해 알아보자.

■ 플러그의 구조

스파크 플러그의 기본구조는 아래 그림과 같이 니켈합금제의 중심전극과 세라믹제(도기)의 절연체와 접지전극이 용접된 하우징(몸체)으로 구성되어 있다.

보기에는 단순해 보일지 모르나 플러그는 1만볼트 이상의 고전압과 2천도 이상의 고온, 50기압 이상의 고압을 연속적으로 견뎌내지 않으면 안되는 기계적, 열적인 강도가 필요하다.

또한 쇼트(끊어짐)를 방지하기 위하여 절연체를 적당히 보온하여야 하며 카본을 적당히 태워 없애는 ‘자기청정성’을 유지해야 하고, 표면착화를 일으키지 않도록 적당한 방열성을 지녀야 한다.
그리고 중심전극과 접지전극의 간격은 일반적으로 0.6~0.9mm를 유지하여야 한다.

이러한 점들을 생각해 본다면 플러그가 얼마나 대단한 것인가를 미루어 짐작할 수 있을 것이다. 그런데도 불구하고 이륜차가 잘 굴러갈때에는 스파크 플러그에 무관심하기 마련이다.
플러그도 중요정비점검의 품목으로 평소에는 이륜차 시동 또는 주행에 문제가 없다고 하더라도 분해하여 접지전극의 간격이라든가 카본누적의 상태 등을 확인할 필요가 있다.

■ 열가란 무엇인가

엔진은 자기가 받은 열을 방출하는 한편, 전술한것과 같이 자기청정작용을 위하여 일정한 온도를 유지해야 한다. 그러나 엔진의 특성이나 운전조건 등에 따라 그 온도를 일률적으로 규정할 수가 없기 때문에 각 엔진에는 그에 맞는 스파크 플러그를 사용하여야 한다.

이와같이 플러그의 열방출 정도를 수치로 나타낸 것이 ‘열가’이다. 플러그에서 숫자가 작을수록 열가가 작은 것으로 열방출의 능력이 작은 것을 나타내며 이를 ‘열형’이라 부른다. 반대로 숫자가 클수록 열방출의 능력이 높아서 고압축비, 고속엔진에 사용되며 이를 ‘냉형’이라 한다.

[ 열형 ]	[ 냉형 ]
저출력 엔진용으로 '저열용'이라고도 한다. 저출력 엔진에서는 플러그의 온도가 너무 낮아지기 쉽기 때문에(엔진의 냉각장치로 인해 열을 빼앗기므로) 자기청정작용이 낮아 점화부에 카본이 부착되기 쉽다. 그렇기떄문에 절연체의 끝부분을 가늘고 길게하여 가스공간을 넓게함으로서 열의 방출을 지연시켜 자기청정작용이 가능한 열을 유지하게 한다	고열용으로서 고출력 엔진용이다. 열가가 높을수록 방열성이 좋은 타입으로 냉형이라 부른다. 냉형이라고 하니까 열가가 낮은 것으로 착각하는 사람도 있는 듯하나 그런것이 아나라 냉각이 쉽게 되는 타입이라 생각하면 된다. 그리고 열행과 냉형의 중간적인 성질을 가진 것을 중열형이라고도 하는데 통상 사용하지 않는다.

■ 플러그의 타입

스파크 플러그의 타입에는 표준형을 비롯해 U행, P행 사방전극형, 2극 사방전극형 등 여러가지가 있는데 이륜차에는 대부분 표준형을 사용하며 그종류의 표시는 플러그에 기호로 표기되어 있다. 스파크 플러그의 기호에 담겨있는 의미를 살펴보면 다음과 같다.

즉, 그림에서와 같이 BPR6ES라고 표기되어 있다면 B=나사의 지름, P=P형 플러그(자기돌출형), R=저항 플러그, 6=열가 (숫자가 작을수록 열형, 클수록 냉형), E=나사의 길이, S=중심전극이 중앙에 있음을 뜻한다. 이것을 표로 살펴보면 아래와 같다.

B	P	R	6	E	S
A=18mm B=14mm C=10mm D=12mm	P형 플러그	저항플러그	4 열형 5  ↑ 6  ↓ 7 냉형	E=19mm H=12.7mm A=12mm B=9.5mm	S=중앙위치 A=특수사양

■ 점화코일 (이그니션 코일)

[점화코일구조]	스파크 플러그가 엔진의 실린더 헤드에 조립이 되면 플러그 캡이 달린 점화코일(이그니션 코일)이 연결된다. 점화코일은 플러그에 불꽃을 튀길 수 있는 높은 전압의 전류를 발생시킬 수 있도록 하는 승압변압기이다. 그 구조를 보면 그림과 같이 규소강판을 절연한 후 1차코일을 200~300회 감고 그 위에 2차코일을 15,000회 정도 감아 절연한 다음 밀봉한 것이다.
점화코일을 통해 스파크 플러그에 불꽃을 튀기는 시기를 정해주는 것이 CDI유니트이다. CDI는 Capacitive Discharge Ignition의 약어로 용량방출점화장치라고 풀이 할 수 있다. 상세한 작동에 대해서는 차후 설명하기로 하고 각각의 위치를 그림으로 살펴보면 다음과 같다.

캬브레타(CARBURETOR)에 대하여 |

■ 왜 캬브레타가 중요한가?

캬브레타는 엔진의 성능을 발휘하는데 가장 중요한 부품이다. 아무리 우수한 엔진이라 하더라도 캬브레타가 부적절하면 제성능을 발휘 할 수 없다.

물론 시판되는 양산 이륜차들은 공장에서 개발시 가장 적절한 캬브레타로 세팅이 되어 있기 때문에 문제가 없다. 자기가 보유하고 있는 이륜차의 엔진은 무슨 타입인가와 함께 캬브레타는 무슨타입이며 어떠한 기능을 어떻게 하는지에 대해 알아두는 것도 바람직하다 하겠다.

캬브레타는 연료를 엔진에 주입하는 것이 주 임무지만 분해를 해보면 마치 작은 엔진과 같이 많은 부품들로 구성되어 있어 놀랄 지경이다. 캬브레타는 엔진이 1000rpm미만에서 10,000rpm이상까지의 회전 영역에 적절한 연료(혼합기)를 공급해야 하며 또한 영하 수십도의 혹한과 40℃에 이르는 혹서까지의 기온차를 견뎌내야 하는 것이다.

■ 캬브레타란?

[캬브레타 개념도]

캬브레타는 우리말로 ‘기화기’라고도 한다.
기화기라고 하면 언뜻 연료를 기화시키는 장치로 생각하기 쉬우나 엔진의 흡기통로에 위치하여 휘발유를 안개와 같은 상태로 분무하여 공기와 함께 혼합하여 실린더로 들여 보내는 장치이다.
따라서 ‘혼합기’라고 하는 것이 옳은 표현일지도 모르겠다. 그럼 실린더로 연료를 보내는데 왜 안개와 같이 분무하여(이것을 무화상태라 한다)보내야 할까? 그것은 나무와 대패밥이 타는 것을 비교해 보면 쉽게 이해가 된다.

나무에 불이 붙어 다 타기까지는 시간이 많이 걸리지만 얇은 대패밥은 순식간에 타고 만다.
무화상태인 휘발유가 연소에 유리한 것은 이와 같은 원리이다.
엔진은 휘발유를 연소하여 출력을 내는 만큼 큰 출력을 내려면 보다 빠른 연소가 요구되기 때문이다.


■ 캬브레타의 종류

이륜차용 캬브레타에는 크게 나누어 VM타입과 CV타입의 두가지가 있는데 가장 큰 차이점은 스로틀밸브를 작동시키는 방법이다.

가장 널리 사용되는 VM타입은 핸들 우측에 있는 악셀그립에 연결된 케이블(와이어)이 스로틀 피스톤 자체를 상하로 움직이게 하는 방식이며, CV타입을 악셀그립에 연결된 케이블을 이용하는 것은 동일하나 실린더측에 별도로 설치되어 있는 원판형의 스로틀밸브(나비의 날개같다고 하여 버터플라이라 함)를 개폐함으로서 피스톤 밸브 하부의 기압변동으로 피스톤 밸브가 자동적으로 움직이게 한 방식이다.

[ VM 타입]	[ CV 타입]
스로틀밸브가 악셀케이블과 직접 연결되어 있어 스로틀밸브 자체가 상하로 움직이며 연료공급의 양을 조절한다.	스로틀밸브가 여닫힘에 따라 피스톤밸브가 내부의 부압에 의해 자동적으로 상하로 움직이며 연료를 공급한다.

여기서 VM은 버티칼 미쿠니(Vertical Mikuni)의 약칭이며, CV는 콘스탄트 바큠(Constant Vacuum)의 약칭으로 진공캬브레타를 말한다.

■ 벤츄리관

캬브레타의 몸통 가운데에는 스로틀 피스톤이 들어 있어 그 부분은 단면적이 좁아져 있다.
공기의 통로에 왜 일부러 장애물을 설치하여 단면적을 좁게 만들었을까?
이는 공기가 이 부분을 통과하면서 기압이 낮아져 플루우트 실에 있는 휘발유를 빨아 들이게 하기 위함이다.

이 원리는 과학시간에 배운 ‘베르누이 정리’에 의거, 그림과 같이 일정량의 유체가 흐르는 관의 한 부분을 좁게 만들면 그 부분에서 유체의 속도가 빨라지면서 유체의 압력은 낮아지는 법칙을 이용하고 있다.

베르누이 정리
베르누이(Bernoulli) 1700~1782. 스위스 수학자   속도가 증가하면, 압력이 감소하고 속도가 감소하면, 압력이 증가한다는 법칙으로 물이 가   지고 있는 에너지 보존의 법칙을 관속의 흐르는 물에 적용한 것으로 관의 굵기에 따른 속도와   압력의 상관관계를 나타낸 것이다.

■ 플루우트(Float)

플루우트는 플루우트 실(Float Chamber)내의 휘발유량을 일정하게 유지하게 하는 역할을 담당한다.

가정의 화장실에 있는 변기를 생각하면 이해하기 쉽다.
변기에 물을 내리고 나면 수돗물이 나와 일정량이 되면 ‘뜨개’의 작용에 의하여 수돗물이 잠기게 되는 것과 같은 원리이다.

이때 뜨개의 조절이 잘못되면 물이 흘러 넘쳐 낭비되게 되는데 이러한 현상을 캬브레타에서는 ‘오버플로우(Over flow)’라 한다. 플루우트의 재질은 방청 및 내유성을 가진 경질고무가 많이 사용된다.

■ CV캬브레타의 기본작동

VM캬브레타는 악셀케이블을 당기면 스로틀밸브(CV캬브레타의 피스톤밸브에 해당)가 직접 여닫히므로 캬브레타의 작동을 이해하기 쉽다.
그러나 CV캬브레타는 피스톤밸브는 손도 대지 않는데 나비모양의 스로틀밸브를 열었다 닫았다 하는데 자동적으로 오르내리며 연료공급량을 조절한다.
어떻게 그럴 수 있을까? 간단한 그림과 함께 설명한다.


[ 아이들링. 저속시]
스로틀밸브의 열림이 적으므로 공기의 유속이 늦어 벤츄리부분의 부압이 적으며, 이곳과 연결된 색션챔버의 부암도 적어 피스톤밸브를 밀어 올릴 대기압과 차이가 별로 발생하지 않는다. 따라서 피스톤밸브를 내려 누르는 힘이 더 강해 피스톤밸브는 더 열리지 않는다.

[고속시]
스로틀밸브가 완전히 열려 밴츄리 부분을 통과하는 공기의 유속이 빨라지면 부압도 매우 크게된다. 그러면 색션챔버 내부의 부암도 크게 되어 피스톤밸브가 빨려 올라가게 되며 내부의 스프링힘과 조절이 되어 적당한 위치에 멈추게 된다.

이때 니들제트도 함께 따라 올라가게 되므로 연료의 공급량이 많아져 엔진은 왕성한 폭발력을 갖게 된다.

밸브시스템(VALVE SYSTEM)에 대하(Ⅱ)

밸브타이밍을 중심으로 설명하고자 한다.

■ 밸브타이밍(Valve Timming)

4사이클 엔진은 엔진이 2회전 즉, 크랭크샤프트가 2회전할 때마다 1회의 폭발이 일어난다. 따라서 흡배기 밸브도 1회전씩 밖에 열리지 않는다는 것은 엔진의 작동부분에서 설명한 내용이다. 그렇기 위해서는 크랭크샤프트에 연결된 스프로켓의 직경(잇수)이 캠샤프트 스프로켓 직경(잇수)의 1/2이 되어야 한다.
왜 그런지에 대해서 좌측의 그림을 보면서 생각해보자.

좌측 그림은 DOHC엔진의 밸브타이밍을 쉽게 설명하기위한 그림이다.
그림의 즴는 크랭크샤프트에 연결되어 있는 스프라켓이며 즵는 캠샤프트에 연결되있는 스프라켓이다.
즵가 2개인것은 DOHC엔진으로 2개의 캠샤프트가 흡기밸브와 배기밸브를 각각 작동시키기 때문이다.

ⓒ는 크랭크샤프트의 회전력을 캠샤프트로 전달하는 장치인데 일반적으로 체인이 많이 사용되나 벨트가 사용되는 경우도 있다. 체인은 정확한 밸브타이밍을 맞추는데 유리하지만 소음이 심한 단점이 있으며, 벨트는 반대로 늘어진다든가 미끌림에 의해 밸브타이밍이 부정확할 수 있으나 고속에서도 캠체인 소음이 나지 않는 유리한 점이 있다.

[ 작 동 설 명 ]

①	피스톤이 상사점에 있으며, 흡기·배기밸브가 완전히 닫혀 있다.
②	크랭크샤프트가 시계방향으로 1/4바퀴 회전하면 피스톤이 1/2 만큼 내려오며 흡기밸브가열린다. 이때 흡기구에서는 혼합기가 실린더 속으로 빨려들어가기 시작한다.
③	피스톤이 하사점에 이르면 흡기밸브가 닫히고 흡입행정이 종료된다. 크랭크샤프트는 1/2회전한 상태이다.
④	계속해서 크랭크샤프트가 회전하면 피스톤은 서서히 상승하며 압축행정이 시작된다. 이때에도 흡기 및 배기 밸브 모두 닫힌 상태가 된다.
⑤	크랭크샤프트가 1회전하여 피스톤이 상사점에 이르면 압축행정이 끝나고 이어서 폭발이 일어난다. 이때의 캠샤프트는 1/2바퀴 회전한 상태이다.(정확히 말하면 폭발은 압축행정에서 피스톤이 상사점에 도달하기 5°정도 전에 이루어진다)
⑥	폭발에 의한 힘에의해 피스톤은 세차게 아래로 밀려나게 되는데 이때의 힘이 이륜차를 구동시키는 원동력이 되는 것이다.
⑦	피스톤이 계속 하강하여 하사점에 이르면 폭발행정이 종료된다.
⑧	피스톤은 다시 상승하면서 실린더 내부의 배기가스를 밖으로 밀어내게 되는데 이것이 배기행정이다. 이때에는 캠샤프트에 의해 배기밸브가 열린다.
⑨	그리고 크랭크샤프트가 2회전을 마치고 피스톤이 상사점에 이르면 모든 행정이 완료되고 다시 처음 상태가 된다.

이로서 4싸이클엔진의 1싸이클이 완료되는데 작동설명에서 보았듯이 크랭크샤프트가 2회전 할 동안 캠샤프트는 각각 1회전하여 흡기와 배기밸브를 한번씩 여닫은 역할을 하는 것이다.

■ 캠의 형상에 따라 성능이 달라진다?
DOHC에서는 캠샤프트가 직접 흡·배기벨브를 작동시키며 SOHC는 로커암이라는 매개체를 이용하여, 그리고 OHV 엔진은 푸쉬로드를 통해 흡·배기 밸브를 작동시킨다고 성명했다.
그럼 캠샤프트의 캠형상은 엔진의 성능에 어떠한 영향이 있을까?

[저속형]	[표준형]	[고속형]
캠의 경사각(캠프로파일)이 급격하여 밸브의 여닫힘이 매우 빨라 흡입 및 배기효율이 높지않아 저회전성 엔진에 채용하는 타입	가장 일반적인 타입으로 로드스포츠용 차량에 대부분 채용됨	캠프로파일이 완만하여 밸브의 개폐시간이 길다. 따라서 흡입 및 배기효율이 매우 뛰어나 레이스등 고속주행용 차량에 채용되는 타입.

■ 흡기밸브와 배기밸브는 다르다.

엔진의 출력향상이나 특성과 밸브수의 관계는 엔진개발자의 영원한 테마라 할 수 있다.
밸브수는 1기통당 흡기와 배기밸브의 수를 말하는 것으로 레이스용 엔진에는 과거 최고 8밸브까지 있었으나 밸브수는 아무리 적어도 2개는 필요하다. 밸브를 연소실측에서 보면 단순한 원형으로 보이지만 가능한한 많은 혼합기를 빨아들이고 순간적으로 많은 배기가스를 배출할 수 있는 구조로 되어 있다.

흡기·배기 밸브를 자세히 살펴보면 흡기측의 밸브가 다소 큰 것을 알 수 있다. 이것은 흡기측 밸브를 크게 하므로서 보다 많은 혼합기를 빨아들이기 위한 것이다. 피스톤이 하강하면서 발생하게 되는 흡입력에 의해 빨려오는 혼합기는 마치 심호흡을 할때 들어마셔지는 공기와 같다고 할 수 있다. 이때, 입을 작게 벌린다면 충분한 공기를 흡입할 수 없는 경우와 마찬가지이다.

그러면 배기밸브는 어째서 작아도 괜찮을까? 이것은 폭발에 의해 배기가스가 고압상태로 뿜어져 나오기 때문에 배기밸브는 다소 작아도 관계가 없는 것이다. 즉, 재채기를 할 경우와 비교해보면 폐에서 고압의 숨이 일순간 뿜어나오는 것과 마찬가지로 배기가스는 고속으로 배기밸브를 빠져나오기 때문이다. 통상적으로 흡기밸브는 배기밸브에 비해 10%정도 외경이 크며, 면적으로서는 약 20~40%정도 차이가 있다.

■ 회전수 응답형 밸브 엔진이란 무엇인가?

엔진의 회전수에 따라 흡·배기의 작동 밸브수를 변화시키는 엔진으로 즉, 4밸브중 저속으로 주행시에는 흡기밸브 1개, 배기밸브 1개만이 작동하며 일정한 속도 이상이 되면 흡배기 각각 2개의 밸브 모두 작동하는 시스템이다.

이 시스템은 REV(Revolution Modulated Valve Control)라고 부르며, HONDA의 CBR400F 모델에 장착되어 있다.

저속주행시 4개의 밸브중 흡-배기밸브가 각 1개씩만 작동하여 연료의 낭비를 줄임

고속주행시 일정속도이상이 되면 작동을 멈추고 있던 흡-배기밸브가 작동을 시작하여 출력증대에 기여함

밸브시스템(VALVE SYSTEM)에 대하여

밸브시스템은 4사이클 엔진의 최대의 특징으로 그 기본적인 메카니즘은 실로 100년 이상의 역사를 가진 결정적인 것이라 할 수 있다.
따라서 이 시스템은 연소실의 형상과 함께 엔진의 성능을 가장 크게 좌우하는 결정적인 메카니즘인 것이다. 이번호부터 다음호에 걸쳐 밸브 메카니즘에 대해 알아보겠다.

■ 밸브시스템의 기본적인 작동

[연소실과 밸브기구의 단면도]

밸브의 형상은 「버섯」모양인데 일반적으로 스프링의 힘에 의해 흡기구와 배기구를 막고 있다가 엔진의 작동에 따라(크랭크샤프트에 연결된 캠샤프트의 움직임에 따라) 밸브가 여닫히면서 흡·배기가스의 교환이 이루어진다.

흡·배기 밸브가 닫히는 것은 「스프링의 힘」이라고 했는데 그러면 밸브를 여는 것은 무엇일까?

밸브는 아무때나 작동하는 것이 아니고 흡기밸브는 피스톤이 내려가면서 실린더 내부로 혼합기를 빨아들이고자 할 때 열려야 하며, 피스톤이 올라가면서 혼합기를 압축할 때는 닫혀야 한다.

배기밸브도 마찬가지로 피스톤의 올라가면서 압축할 때는 닫혀야 하지만 폭발 후 다시 상승할 때는 배기가스를 배출하기 위해 배기밸브를 열어주어야 한다. 이러한 일련의 작동을 「밸브타이밍」이라고 하는데 이것을 가능케 하는 것이 바로 「캠샤프트」이다.

캠샤프트는 크랭크샤프트의 작동에 따라(즉, 피스톤의 움직임에 따라) 체인 또는 밸트로 연결되어 회전하면서 밸브를 여닫게 된다. 단, 엔진의 작동중 밸브가 열리는 시기는 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4행정 중에서 흡입과 배기의 2행정 뿐이므로 캠샤프트는 크랭크샤프트가 1회전할 때 1/2회전만 해야한다(상세설명은 별도).

■ 밸브의 구성부품


밸브가 실린더 헤드에 고정되어 작동하기 위해서는 다음과 같은 부품들이 필요하다.

밸브는 연소실쪽에서 실린더 헤드로 삽입한 후 스프링과 스템씰 등을 조립한 후 리테이너와 코터로 고정한다.

여기에서 「밸브스템실」이란 것은 일종의 「오일씰」로서 밸브의 작동부위에 오일을 공급하며 또한 헤드의 오일이 연소실로 들어가지 못하게 막는 작용을 한다. 이 스템실이 손상되면 머플러에서 흰연기가 많이 나오게 된다.


■ 밸브시스템의 형식

밸브시스템의 형식은 밸브의 위치와 캠샤프트의 위치 그리고 갯수에 따라 분류되는데 이륜차의 밸브형식은 OHC가 주류이나 드물게 OHV도 있다.

OHC란 Over Head Camshaft(오버 헤드 캠샤프트)의 약자로 말그대로 캠샤프트가 실린더 헤드 위에 있다는 뜻이다. OHC의 종류에는 DOHC와 SOHC로 나뉘는데 D는 Double(더블), S는 Single(싱글)의 약칭으로 캠샤프트가 1개인지 2개인지를 말한다. 따라서 DOHC는 캠샤프트 2개가, SOHC는 캠샤프트 1개가 실린더 헤드 위쪽에 배치되어 있는 타입이다. 통상적으로 OHC라고 하는 것은 SOHC를 말하는 것이다. 그럼 OHV는 무엇인가?

돌아가는 분위기로 봐서 밸브가 실린더 헤드 위쪽에 설치되어 있다는 얘기인가? 맞다. Over Head Valve(오버 헤드 밸브)의 약칭이다. OHV는 DOHV, SOHV 따위의 말을 사용하지 않는다. 그렇다면 캠샤프트는 어디에 있을까?

캠샤프트는 실린더의 측면에 설치되어 있으며, 밸브는 푸쉬로드라고 하는 막대를 통해 작동하게 된다. OHC, OHV로 발전하기 전에는 SV라는 시스템이 주로 사용되었는데 구조는 간단하지만 연소실이 평탄한 모양으로 연소효율이 매우 낮았다. SV는 Side Valve(사이드 밸브)의 약칭.

■ OHC는 무엇이 좋은가?
캠샤프트가 실린더 헤드(정확하게는 연소실) 위쪽에 있다는 것은 도대체 어떤 잇점이 있을까?
그것은 먼저 OHV에 있는 푸쉬로드(Push road)가 없다는 점, 그리고 캠샤프트가 직접 로커암(Rocker Arm)을 작동시킨다는 것을 들 수 있다.

이 2가지 점으로 인해 고속회전시 밸브타이밍의 어긋남이 없이 정확한 밸브작동으로 보다 높은 출력을 낼 수 있는 것이다.

그러나 캠샤프트가 실린더 헤드 위에 위치하고 있기 때문에 크랭크샤프트와의 거리가 멀어 체인이나 벨트로 이용하여 밸브타이밍을 조절한다. 체인은 엔진이 고회전시 진동 또는 소음 등이 발생할 소지가 많기 때문에 중간부분에 캠체인 텐셔너(Tensioner)를 설치하여 체인의 늘어남이라든가 진동, 소음 등을 예방한다.

■ 밸브수는 몇개가 좋은가?

밸브는 2개, 3개, 4개 등 여러개를 설치할 수 있으나 몇개를 설치하는 것이 가장 좋을까? 또 어떤 필연성에 따라 밸브숫자를 결정해야 하는 것일까?

밸브의 역할이 혼합가스의 교환인만큼 엔진이 고속화되면 될수록 가스의 유속은 빨라지므로 밸브의 경(徑)은 보다 큰것이 요구된다.

그러나 배기량에 따라 연소실 단면적의 한계가 있으므로 무한정 밸브경을 크게할 수 없다. 따라서 주어진 단면적에서 가장 혼합기의 흡입량을 많게 하기 위해 여러가지 아이디어가 나오게 된다.

흡입효율을 높이기 위해 최근 5밸브시스템까지 개발되었다. 그리고 혼다에서는 타원형 피스톤을 사용하여 보다 많은 밸브를 설치한 제품도 있음.

엔진 구성부품의 이해(Ⅱ) |

■ 크랭크 샤프트&콘로드 - 직선운동을 회전운동으로 바꾸는 기구
	콘로드(Con-Rod)는 커넥팅로드(Connecting Rod)의 약칭으로 말그대로 피스톤과 크랭크샤프트(Crank shaft)를 연결해주는 기구이다. 피스톤에 연결되는 쪽을 소단부(Small End), 크랭크샤프트에 연결되는 쪽을 대단부(Big End)라고 부르는데 다기통의 경우 크랭크샤프트가 복잡한 관계로 대단부는 분할하여 볼트로 결합하는 구조로 되어 있다. 단기통의 경우 대부분 일체형으로 되어 있으며 크랭크샤프트를 분리하여 크랭크핀으로 압입한다. 크랭크샤프트를 살펴보면 단기통·다기통에 관계없이 샤프트원주의 한쪽부분이 무겁게 되어 있는 것을 볼 수 있다.

크랭크샤프트는 회전할 때는 콘로드가 조합되어 있는 부분이 크랭크핀이라든가 베어링 등에 의해 중량이 많이 나가기 때문에 원심력에 의한 진동이 발생하게 된다.
이러한 진동을 방지하기 위하여 크랭크핀의 반대쪽에 중량물을 부착하여 발란스(균형)를 유지하기 위한 것으로 「발란스 웨이트」라고 부른다.


■ 플라이 휠이란?

크랭크샤프트의 회전력은 폭발행정때에 가장 크며 그외 행정의 경우에는 엔진의 관성력에 의해 회전하게 되는데 「플라이 휠」은 폭발행정때의 회전력을 흡수하여 크랭크샤프트의 회전력이 감소할 때 관성에너지를 발휘함으로서 엔진이 원활한 회전상태를 유지할 수 있도록 도와주는 역할을 한다.

그리고 플라이 휠은 엔진의 작동에 꼭 필요한 전기를 발생시키는 장치를 겸하고 있는데 A.C.G의 로터가 이 역할을 담당하고 있는 것이다.

■ 발란스 샤프트(Balance Shaft) - 엔진의 진동을 잠재우는 역할

엔진의 진동원인은 피스톤과 콘로드가 왕복할 때 발생하는 관성력으로 200cc단기통 엔진의 경우, 피스톤이 상사점에 도달할때 관성력은 6,000rpm일때 약400kg정도 되며 10,000rpm을 넘게 되면 약1톤의 관성력을 받게된다.


▲ 지진에도 상하진동과 좌우진동이 있듯이 엔진에도 동일한 현상이 나타난다.

이는 엔진자체내의 지진에 비유될 정도로 강력한 것으로 이것을 경감시키기위해 크랭크샤프트에 「발란스웨이트」를 설치하여 그 원심력으로 피스톤과 콘로드의 관성력을 상쇄시킨다.


그러나 이것은 피스톤과 콘로드의 상하 진동에 대한 대응책으로 발란스웨이트에 의해 횡방향 즉, 좌우로의 진동이 새롭게 발생하게된다.

따라서 이러한 횡방향의 진동을 포함하여 엔진의 관성력을 제거하기 위하여 「발란스 샤프트」를 설치한다. 현재 국내에 발매되고 있는 기종에는 설치되어 있지 않지만 과거 「펀치(PUNCH, 기종명 DH100)」라고 하는 당사 제품에 설치된 바가 있다.

구동방법에는 기어방식과 체인방식이 주로 사용되며, 그 작동원리는 다음과 같다.

① 상사점으로 향하는 피스톤 자체의 관성력(100%)은 하사점으로 향하는 크랭크샤프트의 발란스웨이트에 의해 상쇄되어 50%가 남게 된다. 나머지 50%는 하사점으로 향하는 발란 스샤프트의 관성력에 의해 없어 전체적으로 발란스가 맞게 된다.

② 이 경우 피스톤 상하방향의 관성력은 제로가 되지만, 크랭크샤프트·발란스웨이트의 관성력
50%가 수평방향으로 움직이게 된다. 따라서 발란스샤프트의 관성력 50%에 의해 발란스를 잡아주게 된다.

③ 하사점으로 향하는 피스톤 자체의 관성력(100%)은 크랭크샤프트 발란스웨이트에 의해50%가 상쇄되고 나머지 50%는 상사점에서와 마찬가지로 발란스샤프트에 의해 없어지게 된다.

④ 이 경우는 ②와 마찬기지로 크랭크샤프트 발란스웨이트의 관성력은 발란스샤프트에 의해 없어지게 되며 피스톤 자체의 관성력은 이 위치에서는 제로가 된다.

엔진 구성부품의 이해 |

「엔진」이라고 하면 가장 먼저 「실린더와 피스톤」을 떠올리는 사람이 많으리라 생각한다. 그만큼 중요한 부품이기 때문이기도 할 것이다.

그러면, 지금부터는 엔진의 구성부품들의 역할과 특징에 대해서 알아본다.
기본적으로 「4사이클 엔진」을 중심으로 설명하기로 한다.

■ 실린더블록(Cylineder)
	실린더는 엔진의 본체 그자체이나 일반적으로 피스톤이 작동되는 부분인 「실린더 블록」과 연소실이랑 밸브기구 등이 있는 「실린더헤드」로 나뉜다. 그 사이에는 내열성이 강한 가스켓을 넣고 볼트로 체결한다. 실린더블록과 헤드는 일반적으로 알루미늄 합금으로 되어 있는데 피스톤의 작동부분에는 「슬리이브」라고 하는 주철 재질의 라이너가 삽입되어 있다.

■ 연소실
	연소실은 엔진의 머리부분으로 연료와 공기(엄밀히 말해서는 공기중에 포함된 산소)의 혼합가스를 압축하여 순식간에 연소시킴으로서 발생하는 팽창가스의 압력이 피스톤을 밀어내며 이륜차를 앞으로 나아가게 하는 원동력을 발생시키는 곳이다. 그러나 연소실은 단지 「연소」만 시키는 곳이 아니라 고출력, 고효율은 물론 안전을 고려한 조건들을 만족시켜야 하는데 이러한 요소들이 결국 엔진의 성능을 결정짓는 중요한 변수가 된다.
반구형(半球型) 가장 일반적인 타입으로 스파크 플러그의 위치가 연소실 정점에 있어 폭발시혼합기의 연소속도가 고르기 때문에 녹킹현상(이상연소)이 잘 일어나지 않으며, 실내가 매끄러운 형상으로 되어있기 때문에 카본 등이 잘 붙지 않는 잇점이 있다. 다만 반구형이라고 하더라도 실제로는 매우 얕은 반구형으로 흡기와 배기밸브의 각을 매우 좁게 설계할 수 밖에 없다. 다구형(多球型) 반구형을 복잡하게 한 것으로 흡배기밸브의 크기와 위치가 어긋나 있기 때문에 2개의 구형이 형성되어 있는 타입이다. 밸브의 위치가 어긋나 있는 이유는 밸브의 직경을 크게 하여 흡·배기효율을 좋게 함으로서 엔진의 회전수를 올리기 위함이다. 따라서 구형의 전체가 다소 찌그러져 보이나, 이는 연소실의 용적을 적게하여 압축비를 올린다든가 혼합기의 와류(渦流)를 일으켜 연소효율을 올리는 등의 잇점도 있다. 그러나 그만큼 복잡한 설계와 정밀한 공작을 필요로 하는 타입이다. 팬더루프형 지붕이란 뜻으로 연소실의 용적을 최대한 적게하여 고압축과 와류발생을 유도하여 엔진의 고성능화를 목적으로 채용하는 타입이다. 또한 피스톤 상부에 밸브가 접촉되지 않도록 홈을 설치한다든가 피스톤상부에 돌기를 설계하여 연소실 용적을 더욱더 적게 한 것도 있다. ■ 피스톤(Piston) 연소실내에서 폭발한 팽창가스는 맹렬한 기세로 피스톤을 때리게 된다. 이것은 1초에 백회이상이 될 정도의 펀치인 동시에 수백도에 이르는 고열로서 피스톤은 이들과 싸우면서 충실히 콘로드(CON-ROD)를 밀어내려 크랭크 샤프트를 회전시켜 이륜차를 달리게 한다. 그러나 이의 대가로 받는 것은 극히 적은량의 오일에 불과하다. 실제로 피스톤은 대단한 물건임에 틀림이 없다. 머리부분에 2개내지 3개의 띠(피스톤링)를 묶고 실린더 내부의 폭발압력과 싸우고 있는 것이다. 피스톤의 재질은 대부분 알루미늄 합금으로 되어 있는데 알루미늄은 철에 비해 1/3정도 가볍지만 열전도율은 철의 3배에 이르기 때문에 고속으로 왕복운동하면서 열을 외부로 방출시키는데 적합한 재료이다. 그러나 반대로 열팽창율 또한 철의 2배에 이르기 때문에 피스톤링의 홈을 이용하여 팽창분을 흡수하거나 팽창계수가 낮은 재질을 사용하여야 한다. ■ 피스톤링(Piston ring) 피스톤링(piston ring)은 피스톤의 상부에 둘러져 있는 금속제 링을 말하는데 피스톤과 함께 왕복운동을 한다. [피스톤링의 압축작용] 4사이클엔진은 3개의 링이 2사이클엔진의 경우 2개의 링이 조합되어 있다. 위의 2개를 「압축링」이라 부르며 맨아래 1개를 「오일링」이라 부르는데 2사이클엔진의 피스톤 링에는 오일링이 없다. 압축링은 실린더 내부의 혼합기와 폭발가스 및 배기가스를 누설되지 않게 밀봉하는 역할을 하며, 오일링은 실린더 벽면에 남아있는 윤활오일을 긁어내리는 역할을 한다. 피스톤링은 링의 자체 탄성으로 실린더 벽면에 밀착되어 있지만 피스톤과는 약간의 틈이 있다. 이것은 피스톤이 열팽창에 의해 늘어날 경우를 대비한 것이다. 압축링이 2개인 이유는 각각의 링의 틈새로 압축가스가 새는 것을 상호보완하기 위해서이다. 오일링은 실린더 벽면에 급유되어 압축링의 마찰을 방지하기 위한 윤활유가 연소실 내부로 들어가지 못하게하는 역할을 한다. 그렇기 때문에 압축링과는 그 형상 및 기능이 다르다. 그러나 압축링이나 오일링이나 공이 피스톤의 열을 실린더 벽면으로 전달시켜 엔진의 냉각을 도모하는 역할은 동일하다.

엔진의 작동 |

■ 4사이클 엔진의 작용



흡입행정
흡기밸브가 열리고 그곳으로 가솔린과 공기의 혼합기가 피스톤의 하강 부압(실린더 내부가 대기압보다 낮게되는 현상. 이때는 거의 진공에 가깝게 된다)에 의해 실린더 내부로 빨려든다.

압축행정
하강을 끝낸 피스톤은 크랭크샤프트의 작용으로 상승을 하게되며 실린더로 들어온 혼합가스를 8~10분의 1로 압축한다. 이때에는 흡기밸브 및 배기밸브는 닫힌 상태이다.

폭발행정
피스톤이 상사점에 달할 즈음, 스파크플러그에 전기가 흘러 불꽃을 튀김으로서 혼합가스가 폭발(엄밀히 말하면 급격한 연소)한다. 이때의 팽창압력이 피스톤을 밀어내리게 된다.

배기행정
폭발에 의해 하강한 피스톤이 다시 상승하게 되는데 이때에는 배기밸브가 열려 연소가스를 실린더 밖으로 밀어내게 된다.
이렇게 하여 4사이클의 모든 행정이 종료되고 그 후 다시 흡입행정부터 같은 작동을 반복한다.

■ 2사이클 엔진의 작용

흡입·압축 행정
4사이클은 피스톤 하강시 흡입행정이지만 2사이클에서는 피스톤의 상승이 흡입행정으로 혼합가스는 실린더로 바로 들어가지 않고 크랭크케이스 내부(크랭크실)에 먼저 흡입된다. 이때 먼저 크랭크실에 들어와 있던 「선배혼합가스」가 실린더의 벽면에 설치된 「소기홀」을 통해 연소실로 들어가 압축되게 된다. 또 4사이클과 같은 흡기밸브가 없는 대신에 「리드밸브」라고 하는 것이 있어 크랭크실로 흡입된 혼합기의 역류를 막아준다.



폭발·배기행정

이상과 같이 피스톤의 하부에서는 흡입행정이 상부에서는 압축행정으로 2행정이 동시에 끝나며 연소실 내에서 압축된 혼합기는 스파크플러그의 착화로 폭발하게 되며 그 힘은 마찬가지로 피스톤을 밀어내린다.

그리고 피스톤의 하강운동이 끝날즈음, 그때까지 피스톤에 의해 숨겨져 있던 실린더 하부의 배기구가 나타나면서 그곳으로 배기가스가 빠져나가게 된다. 피스톤이 좀 더 아래로 내려가게 되면 소기구가 나타나며 이곳으로 피스톤의 하강운동으로 압축된 크랭크실의 혼합기가 소기구로 다시 들어오면서 배기가스를 밀어낸다.


■ 4사이클과 2사이클 엔진의 차이점

현재 이륜차용 엔진에는 4사이클과 2사이클의 두종류가 주류를 이루고 있으며 로타리엔진이라든가 디젤엔진 등은 사용되지 않는다. 4사이클 엔진은 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4행정이 하나의 작동사이클을 완료하기 때문에 정확하게는 「4스트로크 1사이클 엔진」이라고 불러야 하지만 약칭하여 「4사이클」 또는 「4스트로크」엔진이라고 부르고 있다.

또한 폭발이라고 하는 것은 가솔린이 순간적으로 연소하는 것으로 엄밀히 말하자면 폭발은 아니다. 다만 연소라고 하면 너무 부드러운 감이 있어 폭발이라고 부른다. 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4행정이 이루어지는 동안 피스톤은 2회 상하 왕복운동하며, 크랭크샤프트를 2회전하지만 흡기 및 배기밸브는 1회씩만 개폐되어 폭발은 1회만 일어난다.

2사이클 엔진도 4사이클과 마찬가지로 정확하게도 「2스트로크 1사이클 엔진」이지만 부르기 쉽게 「2사이클」로 지칭하는 것이 일반적이다. 2사이클은 4사이클과 달리 버섯모양의 흡배기밸브가 없는 대신 실린더의 벽면에 배기구와 소기구가 뚫어져 있다. (일반적으로 배기구는 하나 있지만 소기구는 여러개가 있다)

따라서 피스톤이 실린더를 상하로 왕복함으로서 소기구와 배기구가 개폐되게 된다. 작동적인 특징은 크랭크샤프트가 1회전할 때마다 1회의 폭발이 일어나 1사이클을 종료하므로 4사이클과 같은 회전수에서도 2배의 폭발이 일어난다. 그렇다고 해서 2배의 출력이 생기는 것은 아니다. 크랭크케이스 내부는 4사이클과 달리 흡기실로 사용되어야 하므로 엔진오일이 들어오지 않는 구조이다.

■ 보어와 스트로크의 관계

실린더(Cycinder)의 직경을 보어(Bore)라고 부르며 피스톤의 작동행정을 스트로크(Storke)라고 부른다. 이것의 체적이 엔진의 배기량 cc이다.

피스톤의 작동행정은 아래의 그림과 같이 피스톤의 상사점에서 하사점까지의 이동거리를 말하며, 상사점, 하사점이라고 하는 것은 피스톤의 움직임이 각각 「0」이 되는 점을 말한다.

이것은 단기통의 경우이므로 2기통, 4기통 또는 6기통이라면 각 기통수를 곱하면 총 배기량을 알 수 있다.

그러나 피스톤의 작동용적은 혼합기의 흡입 및 배출의 양과 동일하므로 연소실 용적의 크기와는 상관이 없다. 보어보다 스트로크가 길면 롱스트로크 엔진(Long Storke)으로 중저속에서 온 힘을 발휘하는 끈기있는 엔진이 되며, 보어보다 스트로크가 짧은 숏스트로크 엔진(Short Stroke)은 고회전 고출력 엔진에 적당하다. 롱스트로크와 숏스트로크 엔진의 중간적인 특징을 가진 보어와 스트로크가 같은 엔진을 스퀘어 스트로크(Square Stroke)라고 한다.

[빨간DJ[원문식]]

캬~ 정말 좋은 자료들만 득실득실....

[뉴스난타]

도움이 되시길 바랍니다.^^

[뉴스난타]

천만다행 입니다.ㅎㅎ

[슬로우]

너무 많이 배웠네요. 좋은정보에 감사드립니다.

[뉴스난타]

좋은거 있으면 또 퍼올께요.

[실버포크]

햐...시간 날때 꼼꼼히 읽어 볼 참이에요...감사~~

[뉴스난타]

저도 아직 이해가 잘 안되는 부분이 있어서리..꼼꼼히 봐야 될것 같아요.

[라이노]

이것을 모두 이해하시면 도사급? ㅎㅎㅎ. 걍 타시기만 하지 말고 공부좀 합시다. 수고 하셨읍니다..

[뉴스난타]

라이노님 한테 직접 설명 한번 듣는게 훨~ 나을텐데...

[미라쥬250 ㅎㅎ]

하.. 넘 길어서.. 중간 중간 나눠서 읽어야 겠네요. 좋은 정보 감사합니다.

[송아지(경기남부)]

정말 좋은 정보이네요.. 언제 다 읽어보나? 감사합니다.

[유능제강]

드문드문 읽었는데 많이 도움이 되었습니다 감사해요^^

[모든지]

으 스크랩점 허용해주세욤 그래야 천천히 읽지요

[코론]

정말로 유용한 자료입니다. 감사합니다. 이 자료를 토대로 공부 많이 할 예정입니다.

[고독(김병석)]

제가 자동차과라 그런지 머리에 쏙쏙 드러오네요 ^^ ㅎ

[푸징이]

시간을 따로 내서 꼼꼼히 읽어 봐야 겠네요 간단히 넘어갈 부분이 아닌듯 싶어요 좋은 정보 고맙습니다

[봉봉(배민우)]

우왕~ 좋은 정보 감사합니다...^^

[달리자]

이것만 다알면 오토바이 하대 뜯겠네요 ㅎㅎ 감사요

[miyachi]

스크랩 허용 해주시면 고맙겠습니다....

[물에비친달]

감사합니다~.....^^:;

[거리의 좀비]

이거만 봐도 어느정도 이상유무는 파악할수 있겠네요.^

[진돌이]

바이크이해를 위해 요긴했습니다. 감솨!

[김창식]

전체적인 흐름을 알수있어 좋았읍니다. 소화를 잘시켜야할텐데... ㄳㄳ

[양정훈]

고등학교 때 이후 다시 돌아온 공업수업의 기분.. 그런데도 여전히 잘 모르겠다는.. TT

[나미사(부산)]

퍼갑니다...감솨 ㅎㅎ

[코리아범(경기광명)]

좋은 정보 감사합니다.

[킬리만자로[대구]]

잔봤승다
2,4행정 이제 이해가 되네요
good!

[천하무적관운장(서울 성북)]

와~ 정말 유용한 정보 감사합니다.^^공부해야겠어요

[midas]

감사합니다. 틈틈히 공부하면 재미있을것같습니다.^^

[와인과칵테일]

우와 다 읽었는데도 잘 모르겠어요 ㅜㅜ 더 공부해야 할듯. 암튼 감사감사

[DS5BWS]

유용한 정보 군요

[소풍(서울송파)]

감사합니다 하나하나 알아감이 조으네요

[리드미컬[경북/안동]]

다 읽었습니다. 많은 도움이 되었네요.... 감사~