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캬브레타(CARBURETOR)에 대하여

■ 왜 캬브레타가 중요성

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]		[CV타입]
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.

베르누이정리 베르누이(Bernoulli) 1700~1782. 스위스 수학자 속도가 증가하면, 압력이 감소하고 속도가 감소하면, 압력이 증가한다는 법칙으로 물이 가지고 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.

[플루우트의 작동]

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.

 

 

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. 열 형 냉 형 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=열까 (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) 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.

 

 

 

엔진형식에 따른 차이점

 

 

이륜차 엔진은 자동차의 그것보다 강력하다
이륜차의 엔진타입은 매우 다양하며 각각의 개성을 가지고 있지만 사륜차와는 달리 그 형식, 형상, 위치 등이 운전자의 승차자세나 주행감각에 큰 영향을 미친다는 점은 간과할 수 없는 것이다. 그 각각의 타입에 대한 특징에 대해서는 실례를 들어 설명하겠지만 이륜차 엔진에도 4기통, 6기통 등이 있다는 사실이 놀라운 것은 아니다. 무엇보다 놀라운 것은 이러한 이륜차의 엔진출력이 승용차 엔진과는 비교할 수 없을 정도의 고출력과 가속성능을 가진 메카니즘이란 것이다.예를 들어보면 현재 국내 승용차 1500cc DOHC 엔진의 경우 104PS/5,000rpm인데 비해 일본 혼다의 HORNET(호네트) 250cc DOHC 엔진은 40ps/13,000rpm이다. 이것을 이해하기 쉽게 동일배기량으로 환산하여 보면 이륜차는 1000cc당 160마력의 힘을 내는 반면, 승용차는 69마력에 불과한 것을 알 수 있다.

신기한 메커니즘의 세계

이러한 이륜차 엔진에 대해서 알면 알수록 신기하게 메카니즘의 세계로 빠져들게 된다. 2싸이클 엔진은 이륜차에만 사용되는 메카니즘!이륜차용 엔진에는 현재 가솔린기관만이 사용되고 있는데 4싸이클(4stroke라고도 함)과 2싸이클(2stroke) 엔진으로 나뉜다. 2싸이클 엔진은 이륜차만의 세계로 자동차에는 현재 채용하고 특수한(?) 분야이다. 그러나 최근 해외 유명 자동차 메이커에서는 간단한 구조 및 고출력 발생의 장점을 살린 2싸이클 엔진을 자동차에 새롭게 채용하려는 움직임이 일고 있다. 2싸이클이 이륜차의 세계에서 끝까지 살아남을 수 있었던 것은 말할것도 없이 경량, 컴팩트, 고토르크, 간단한 구조, 싸이렌 소리 같은 배기음 등으로 누가 뭐래도 경량 Class의 스포츠 바이크에는 없어서는 안될 엔진이기 때문이다. 그러나 이륜차 엔진에는 트럭이나 버스 등에 많이 채용되고 있는 디젤엔진은 전혀 찾아볼 수 없다. 그럼, 왜 이륜차에는 디젤엔진이 좋지 않는가? 초정밀의 분사기술을 필요로 하는 디젤엔진은 엔진자체가 매우 무겁고 커지게 마련인데 이는 보다 좋은 연비를 얻고자 하는 이륜차에는 불필요한 메카니즘이기 때문이다.이륜차 엔진형식에는 어떠한 것이 있는가?

엔진형식에는 크게 병렬, 직렬, V형, 수평대향형 등으로 나눌 수 있는데 직렬형은 실린더가 차체와 나란하게 위치하는 것으로 직립 4기통, 즉 스퀘어(square) 엔진밖에 없다. 2기통의 경우 실린더가 차체와 나란하게 배치되어 직렬이라고도 할 수 있지만 배치형태가 V자형을 이루고 있어 V형이라 부른다. 그리고 직립엔진이란 말을 사용하기도 하는데 이것은 실린더가 수직으로 서 있다는 뜻으로 병렬 및 직렬형이 여기에 속한다. 이와 대칭되는 것이 수평형엔진이다.


이륜차의 엔진형식






엔진형식에 따른 차이점은 무엇인가?
4싸이클 직립단기통 엔진


이륜차 엔진중에서 가장 기본적이고 실용적인 엔진으로 국내 일부기종을 제외한 대부분의 기종에 채용되어 있는 타입이다. 동타입에서 세계적인 베스트셀러 모델로 가장 많은 소비자들로부터 사랑을 받는 기종은 혼다의 「Super Cub」(슈퍼커브)를 들 수 있는데 이는 대림자동차의 CT100과 같은 모델로 50~100cc의 소배기량 엔진으로 연비가 특히 좋아 경제성과 실용성이 뛰어난 제품이다. 그러나 드물게 「빅싱글(Big Single)」 이라고 불리는 고배기량 엔진도 있는데 이것은 「탓! 탓! 탓!」 하는 고배기량 단기통 특유의 중후한 음과 진동, 토르크 등의 독특한 맛이 있어 일부 라이더들로부터 사랑을 받고 있다.


메카니즘적인 특징은 SOHC 2밸브가 일반적이나 최근에는 국내에서도 4밸브가 많이 채용되고 있다. 냉각방식은 자연공냉 및 강제공냉이 주류를 이루고 있으며, 높은 연비로 경제적이기 때문에 최근 대부분 이륜차가 스포츠 지향적으로 바뀌고 있는데도 불구하고 아직까지 건재한 타입이다



2싸이클 직립단기통 엔진

소배기량 이륜차의 기본 타입의 하나로서 125cc 이하에는 압도적으로 많다. 2싸이클 엔진은 4륜차에는 거의 사용되지 않기 때문에 이륜차의 세계에서만 전성시대를 누린다. 중후하고 차분한 맛이 있는 4싸이클과는 달리 경량으로 부드러운 2싸이클은 여성적이라고 할 수 있을지도 모르겠다. 저회전시에는 푸득푸득하는 불안정한 기미도 있지만 회전이 상승하면 날카로운 싸이렌 소리같은 히스테릭한 고음을 낸다. 이것은 이 나름대로의 해방감을 주는 배기음이라 할 수 있다. 이것은 4싸이클에 비해 같은 회전수에서 폭발회수가 2배이기 때문이지만 그 덕분에 작지만 회전의 상승(급가속)도 빠르며, 강력한 토르크를 발생한다. 따라서 비포장도로를 질주하는 경쾌한 스포츠바이크에는 차체를 가볍게 다룰 수 있는 것도 즐거움으로 안성마춤의 엔진이다.

결함으로서는 4싸이클에 비해 연비가 좋지않다든가 차체와 엔진의 조합에 따라 미세한 진동이 발생하는 것을 들 수 있다. 냉각방식은 공냉이 주류이지만 수냉이나 강제공냉도 있다. 또 4싸이클과 같은 Big Single 등은 없는데 이는 2싸이클 독특한 소리방식에 의한 가스교환 방식에는 기능적으로 무리이기 때문에 소배기량을 중심으로 많이 이용되고 있다.

 

엔진형식에 따른 차이점은 무엇인가?

병렬 4기통 or 6 기통

4개의 실린더를 횡축으로 늘어놓아 당당함이 돋보여 보기만해도 믿음직한 엔진이다. 400~750cc클래스 이륜차에 주로 사용되는데 그 이상의 1000cc클래스가 되면 4기통이라 하더라도 수평대향 또는 스퀘어 타입이 사용된다. 실린더를 종축으로 놓지않는 이유는 공냉의 경우 냉각 곤란이라든가 엔진 공간배치에 무리가 있기 때문이다. 병렬 6기통은 정숙하고 매끈한 엔진으로는 더할 나위없지만, 이륜차의 폭이 매우 넓어진다. 특히, 공냉방식의 엔진은 실린더 헤드부분에 운전자의 무릎부분이 닿기 때문에 엔진 전체를 전방으로 많이 기울어지게 설계해야 된다.

그러나 수평엔진의 경우 각 실린더의 간격을 크게 좁힐 수 있으므로 폭도 그만큼 좁아져 엔진전체를 직립으로 세워 차체에 채용할 수 있다.



V형 트윈엔진

V4엔진의 높은 출력을 얻기 위해서는 다기통으로 해야 하지만 엔진의 용적을 컴팩트하게 줄일 필요가 있을때는 V형식을 택하기도 한다. 더구나, OHC와 같이 머리가 유난히 큰 4사이클 엔진이라면 엔진 자체의 높이도 낮출 필요가 있다. 이때에는 V형 엔진이 매우 유용하다. 특히, 캬브레타, 에어크리너 등을 V형 사이의 공간에 배치할 수 있어 공간활용이 매우 효과적이다.


보다 좋은점은 V의 각도를 90도(소위 90도 V라 부름)로 설계하면 피스톤의 상하 왕복에 의한 1차진동을 서로의 기통이 흡수하기 때문에 1만 RPM이상에 이르는 고회전 엔진에 아주 적합한 타입이다. 그러나 냉각에 있어서 공랭의 경우에는 뒤쪽에 있는 실린더의 냉각효율이 떨어지기 때문에 수냉으로 하는 것이 유리하다. 또한 수냉으로 하면 차체의 크기도 슬림화 할 수 있는 장점이 있으나 중량이 무거워지는 단점이 있다.


수평대향 2기통

독일의 세계적인 명차 BMW가 채용하고 있는 방식이 「수평대향 2기통」. 피스톤과 샤프트에 걸리는 관성이 반대편 기통에서 상쇄되기 때문에 무엇보다 발란스(균형)를 잡기 좋은 형식의 하나이다.결점은 OHV방식이기 때문에 고 회전형 엔진이 불가능하다는 것과(OHC도 가능하기는 하지만 체인이 좌우로 필요하여 비효율적임) 회전시 뱅크각을 크게할 경우 실린더 헤드가 지면에 닿을 수 있는 위험이 있는 것이다.

또한 수평대향 방식은 앞이나 옆에서 보면 잘 알 수 없으나 위에서 보면 좌우의 기통이 앞뒤로 어긋나 있기 때문에 언뜻 보면 기이하게 느껴지며 실린더 아래에 있는 스텝바(STEP BAR)도 전후로 어긋나 있어 불편할 수 가 있다.

V형 3기통 엔진

앞에 2기통 뒤에 1기통의 진기한 실린더 배치로 「V3」 라고 부르기도 하며 2싸이클 기관이다.
앞의 2기통이 수평이며 뒤의 1기통이 직립으로 차체에 장착되기 때문에 보기에는 L형이지만 90도 V형이라 부른다(L형은 Italia의 명차 Ducati에서 지칭하는 말). 이 엔진은 혼다의 독자적인 아이디어 제품으로 이러한 실린더 레이아웃 (Layout)을 가능하게 한 것은 앞의 2기통과 뒤의 1기통의 관성중량을 콘로드(Con-Rod)의 특별한 형상으로 발란스를 잡음으로써 가능하다고 한다.

즉, 콘로드 상단에 피스톤이 조립되는 부분을 소단부 또는 스몰엔드(Small End)라고 부르는데 뒷 실린더의 소단부를 대단부(크랭크 샤프트가 조립되는 부분, Big End)와 같은 크기로 설계하여 중량을 확보함으로써 균형을 잡는 것이다. 그렇기 때문에 V4와 같이 이론상의 1차 진동이 제로가 되어 2 싸이클의 특유의 진동을 해소하며 「V3」라는 특이한 레이아웃이 가능하게 된 것이다.


직립 4기통 엔진(스퀘어4)

4기통을 직렬도 아니고 병렬도 아닌 정방형으로 배치한 형식으로 V4보다도 기통의 배치가 어긋남이 없는만큼 슬림화가 가능하다. 이 직립 4기통 엔진은 앞뒤에 병렬 2기통 엔진 2개가 서로 붙어 있다고 생각하면 이해하기 쉽다. 엔진의 작동은 대각선상에 있는 각 기통이 동시 폭발함으로써 2개의 크랭크 샤프트를 같은 방향으로 회전시켜 그 사이에 있는 1개의 파이롯트 샤프트(Pilot Shaft)의 드리븐 기어를 구동시킨다. 그렇기 때문에 1차 진동이 거의 발생하지 않기 때문에 별도의 발란스(Balance)를 잡기 위한 장치가 필요없다.



●V TWIN(트윈)의 매력

V TWIN 즉, V형 2기통의 V각도를 90도보다 작은 45~75도로 하면 어떠한 효과가 있을까? 이륜차는 단지 달리는 기계와는 다른 또다른 맛을 가지고 있기 때문에 운전자 중에는 열광적인 V 트윈 매니아가 생겨나고 있다. V각도를 70~75도로 하게 되면 90도로 할 경우와는 달리 폭발에 의한 진동을 느낄 수 있는데 엔진의 폭발음도 등간격이 아닌 불규칙한 음을 내게 된다. 즉 탓, 탓, 탓 하는 규칙적인 음이 아니라 탓, 탓-, 탓, 탓, 탓-, 탓과 같이 일종의 음악적인 진동으로 운전자의 신체에 전해지게 된다. 아메리칸 스타일의 대표적인 메이커인 하레이 데이비슨의 V 트윈은 42도로 특유한 배기 사운드를 연출하고 있다. 이 하레이데이비슨의 독특한 배기음이 특허로 등록되었다고 해서 세간의 화제가 된적이 있었다.

▲V형 75。 V트윈엔진 공냉방식인 협각 75도의 V 트윈 엔진은 냉각의 효율을 높이기 위해 앞뒤 실린더가 약 25mm정도 좌우로 어긋나 있다.

 

 

*** 브레이크에 대하여*** 많은 이륜차 운전자들이 이륜차의 CC.최고속도, 출력등에는 관심이 많으면서도 정작 가장 중요한 브레이크에 대해서는 등하시하는 경향이 있습니다. 이륜차 엔진의 성능이 향상되면서 이륜차의 제동능력도 상대적으로 중요하게 부각되는 것은 말할나위가 없습니다. 이륜차 주행의  초보자는 얼마나 빨리 달릴것인가 에 관심이 있지만 이륜차 매니아는 어떻게 정지 할 것인가를 먼저 생각 합니다. 이륜차의 브레이크는 어떠한 것이 있으며, 그것의 작동원리, 제동의 역학에 대해 알아 보기로 합시다. ■ 브레이크의 종류    이륜차 브레이크는 크게 디스크형과 드럼형으로 나눌수 있는데 각각의 이륜차 용도 및 특성에 따라 채용되어 있습니다. 이것을 조작하는 방법에는 손으로 조작하는 레버형과 발로조작하는 페달형이 있으며. 이와는 별개로 주차브레이크가 있는 모델도 있습니다. 디스크 브레이크의 작동은 유압식과 기계식이 있는데 드럼형은 브레이크 케이블과 캠에 의해 작동되며, 디스크형은 유압에의해 작동 됩니다. 자동차의 경우에는 드럼형도 유압에의해 작동되나 이륜차는 그러한 타입은 없습니다. ■ 디스크브레이크와 드럼브레이크의 차이점은 무엇인가! 디스크란것은 원반형의 판을 말하는 것으로 금속원반을 브레이크 패드라고 부르는 마찰재를 이용하여 원반의 회전을 정지시키는 방식 입니다. 원반은 바퀴에 직접 연결되어 있어 함께 회전하기 때문에 결론적으로 바퀴의 회전이 멈춰지는 것 입니다. 드럼형은 글자그대로 드럼처럼 생긴 원통속에 브레이크 라이닝이란 마찰재를 벌려 마찰 시킴으로서 드럼을 정지시키는 방식인데 드럼에도 바퀴가 직접 연결되어 있습니다.     이러한 방식을  내부 확장형 드럼브레이크라 합니다 . 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 들 수 있습니다. 반면, 노출된 디스크는 비가온다든지, 진흙탕 도로 주행시 또는 먼지가 많은 도로의 주행시는 불리한 단점도 있습니다. 드럼 브레이크는 디스크브레이크와는 반대로 브레이크 라이닝이 드럼내부에 있기 때문에 외부의 환경에는 영향을 비교적 덜 받으나, 방열효과가 떨어 지는 단점이 있습니다. 이상과 같은 특성상 포장도로 주행용 이륜차는 디스크 브레이크가 비포장도로 주행용으로 드럼형 브레이크가 많은것이 일반적이나 전륜은 디스크, 후륜은 드럼브레이크를 채용하는 것이 보통 입니다.이는 전후륜 바퀴의 제동력은 전륜이 훨씬 크기 때문 입니다. ■ 디스크브레이크의 작동 디스크 브레이크가 기계식으로 작동되는 것도 있지만 대부분 유압식으로 작동 됩니다. 브레이크 레바를 잡아 당기면 그힘이 브레이크 호스를 통과하여 브레이크 캘리퍼의 피스톤을 밀어 브레이크 패드가 디스크 플레이트 와 마찰하도록  합니다. 디스크 브레이크의 제동효과를 높이기 위하여 바퀴의 양쪽에 디스크를 설치 하여 각각의 캘리퍼를 통해 작동케 한다든지 한개의 디스크 플레이트에 2개의 캘리퍼를 장착하기도 합니다. 전자를 더블디스크, 후자를 더블 피스톤 캘리퍼라 합니다. ■ 디스크브레이크의 특성 디스크 브레이크의 성능을 높이기 위해서는 먼저 디스크의 외경을 크게 하는 것이 당연 할 것 입니다. 외경이 크면 클수록 지렛대의 원리에 의해 캘리퍼나 패드의 제동능력이 같더라도 제동의 효과는 커지기 때문이죠. 또한, 면적이 넓으면 방열효과도 그만큼 높아져 제동효과가 크게 됩니다. 그대신 중량이 무거워 지기 때문에 휠계통의 회전 모멘트가 증가 합니다. 따라서 스타트 가속등에 나쁜 영향을 미치게된다. 그래서 1개의 디스크를 크게 하기 보다 앞에서 말한것 처럼 두개의 디스크 플레이트 를 설치하여 더블 디스크를 장착하기도 합니다. ■ 디스크의 변형대책 아무리 방열성이 좋은 디스크 브레이크라 하더라도 무리한 제동으로 혹사를 시키면 디스크의 변형이 오기 쉽습니다. 따라서 이러한 변형을 막기위해 여러가지 아이디어가 동원되고 있는 데 대표적인 예를 들어 봅니다.   ■ 드럼브레이크의 작동 드럼브레이크는 브레이크 레바에 연결된 케이블에 의해 캠이 브레이크 라이닝을 벌림으로서 드럼 내부와 마찰되어 제동되는  원리는 설명된바와 같습니다. 그 구조를 그림으로 통해 살펴 보기로 합시다.   ■ 디스크 브레이크와 드럼브레이크의 제동력차이 그림에서 보는 바와같이 드럼브레이크는 제동초기에는 디스크브레이크와 마찬가지의 제동 효과를 나타내다가 급격히 떨어 지는 것을 알 수 있지요. 반면 디스크브레이크는 처음부터 끝까지 균일된 제동효과를 나타내고 있습니다.    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 없습니다.

■ 디스크브레이크의 제동효과 디스크 브레이크는 “파스칼의 원리” 를 적용 한 것 입니다.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 원리 입니다. 그림으로 설명하면 다음과 같습니다. ① 레버를 10kg의 힘으로 쥐게 되면 마스타 실린더에는 60kg 의 힘이 가해 집니다.(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 됩니다.(60kg×5=300kg) ■ 주행중 제동방법 지금까지 브레이크의 종류 , 구조, 작동방법등에 대해 알아 보았습니다. 아무리 이러한 내용을 잘알고 있다 하더라도 실제 운전중에 브레이크의 올바른 사용방법을 지키지 않는다면 아무 소용이 없게 됨을 알아 두세요. 도로주행시 많은 운전자들이 정지시에는 앞뒤 브레이크를 동시에 잡게되지만 정확하게 어느정도의 비율로 브레이킹을 해야 하는지에 대해서는 이견이 있습니다. 5:5로 잡아도 된다고 하는 사람이 있는 반면 보통때는 앞브레이크 만 잡아도 된다는 운전자가 있습니다. 여기에 반드시 그렇다고 할수는 없지만 가장 일반적인 운전자의 경우 아래그림과 같은 힘의 배분으로 제동하는 것이 좋을  것으로 생각 합니다.

 

 

차체(FRAME)에대하여

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) 백 본(BACK BONE)은 등뼈란 뜻으로 인간의  등뼈처럼 엔진의 위쪽에 파이프가 위치하며 엔진의 앞쪽에는 프레임이 없는 형식을 말한다. 다운튜브가 없는 이러한 백본프레임은 60년대 유행하였으나, 현재는 혼다의 슈퍼커브 등 일부기종에만 채용되고 있다. 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) 백 본 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.

 

 

휠(WHEEL)과 타이어(TIRE)에 대하여

 

   ■ 휠이란?

요즈음 대부분 이륜차에 널리 장착되고 있는 ‘캐스팅휠(CASTING WHEEL)’이라는 일체 성형방식의 휠이 처음 개발 된것은 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.

마그네슘 합금제는 다소 가벼우나 고가이며, 산화가 되기 쉬운 단점이 있어 그다지 실용화되지는 않고 있다. 일반적으로 캐스팅 휠이라 함은 일루미늄 캐스팅 휠을 말한다.

▲ 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.

 

 

 

 

뒷바퀴휠 & 뒷브레이크 유격 조절하는 것(?) 공구통입니다 계기판이라기보다 상태표시등이라고 해야하나? 클러치 유격조절 시트 떼어낼 때 푸는 볼트(시트왼쪽) 핸들을 고정해주는 차대부분 뒷쇼바(우) 방향지시등(뒤,우) 스타트모터 캬브레터 키박스 경음기(크락숀) 앞브레이크 휠 & 켈리퍼 왼쪽 스탭 & 기어 페달 대기어 & 체인 테일등 계기판 오른쪽 핸들 & 마스터실린더 기름탱크 등받이(사진이 흐리게 나왔네요)

 

헤드라이트 킥스타트 페달 텐덤스탭(우) 스탭(좌) 마그마 부품은 아니고 옵션입니다 ^^;; 공구통 키박스 공구통 키박스를 열면 나오는 공구통 오른쪽 중간카울 (아래사진몇장은 카울을 떼어내면 나오는것) 밧데리 스타트릴레이 예비퓨즈 보관함 왼쪽중간카울 에어필터 앞 & 뒤바퀴 압력에 대한 정보가 써있는곳 엔진 왼쪽(이안에 클러치디스크가 있습니다) 연료 콕크 연료 콕크 DAELIM 로고 앞쇼바 헤드라이트 유격조절하는 볼트 클러치디스크 유격조절(핸들쪽) 클러치디스크 유격조절(엔진쪽) 브레이크 페달 앞 휀다 핸들잠금장치

 

 

출처 : 마그마 125 클럽

글쓴이 : Panic[시훈] 원글보기

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