스쿠터 구동 원리와 속도 튜닝

스쿠터 구동 원리와 속도 튜닝 요소들

 

▶ 연속 가변 변속기(continuously variable transmission, CVT)의 구동 원리를 이해하면 어느 부위를 어떻게 조절/조정해야 원하는 속도(출력과 토크)를 얻을 수 있을지 알게됩니다.

 

1. 우선 최대 출력과 최대 토크의 이해가 선행되어야 합니다.

   - 최대 출력은 최고 속도와 관련 있고 최대 토크는 최고 순발력/가속력을 나타냅니다. 즉 얼마만큼 빠른 순발력으로 최고 속도에 도달하느냐가 튜닝의 관건입니다.

 

예를 들어 저배기량(ex. PCX) 스쿠터가 순발력(최대토크)은 일반 차량에 비해 좋아서 신호 정지 후 출발 시 먼저 치고 나가지만 최대 출력이 딸려서 즉 최고 속력이 떨어져서 결국 직진 구간에서 얼마 안가서 일반 차량에 따라잡히게 되는 원리를 생각하시면 됩니다.

 

2. CVT 구동계 구동 원리

1) 엔진이 4행정(흡입-압축-폭발-배기)에 의해 발생한 에너지가 크랭크를 상하 운동시키고 크랭크샤프트를 통해 회전운동으로 바뀝니다. (자전거를 탄 사람의 상하 운동이 페달/크랭크를 통해서 회전운동이 되는 것과 유사. 이 경우 사람이 엔진. 페달은 크랭크(샤프트))

2) 그렇게 회전하는 크랭크샤프트에 연결된 두 개의 드라이브 페이스가 같이 돌면서 그 사이에 꽉 끼인 드라이브 벨트를 물고 돌면서 그 벨트에 연결된 뒷바퀴 리어 풀리를 돌리게 됩니다. (자전거 체인이 앞 기어와 뒷 기어에 연결된 것과 유사하지만 다른 점은 자전거는 기어와 뒷바퀴 회전축이 늘 연결되어있지만 CVT에서는 클러치와 아우터(클러치 벨)가 맞물리기 전까지는 뒷바퀴 회전축에 물리지 않고 계속 헛도는 상태임)

3) 엔진이 작동되어 드라이브 벨트는 계속 돌지만 클리치 슈와 클리치 벨(아우터)이 닿지를 안아서 뒷바퀴로는 아직 힘이 전달되지 않은 상태입니다.

  

*** 여기서부터 중요합니다.

 

4) 운전자가 스로틀을 열면 엔진 내부의 폭발이 빨라지고(rpm이 증가) 크랭크샤프트도 빨리 돌게 되면서 크랭크에 연결된 무브볼 집 안에 있는 웨이트롤러(무브볼)들이 원심력이 강해지면서 맞닿아있는 드라이브 페이스를 앞으로 밀어내게 됩니다.

5) 웨이트롤러의 원심력에 의해 밀려난 드라이브 페이스 한 면은 두 드라이브 페이스의 사이를 좁히게 되고 결국 이로 인해 그 사이에 있는 벨트가 위로 올라가게 됩니다. (자전거의 앞 기어가 1단-2단-3단으로 변하는 것과 같음)

6) 정해진 길이의 벨트가 드라이브 쪽 회전 원이 커지면 뒤쪽(드리븐)은 당겨지면서 뒤쪽 회전 원은 작아지게 됩니다. 이 때 회전 원이 줄어든 드라이브 벨트는 드리븐 풀리 페이스 사이를 벌어지게 하고 한 쪽 드리븐 페이스 하나(토크캠)에 연결된 스프링(콘트라 스피링)을 밀어내고 이 때 밀려난 페이스에 연결된 끝 부분이 클러치 슈이며 이 슈가 아우터(클러치 벨)와 만나면서 아우터에 연결된 뒷바퀴 축을 회전시키면서 뒷바퀴가 돌게 됩니다. (좀 더 상세하게는 높아진 rpm이 콘트라 스프링을 압착시키고 그 압착된 힘이 클러치 웨이트(클러치 슈)에 더 큰 회전력을 전달하고 이로 인해 슈 암들이 점점 더 벌어지려하고 이를 클러치 스프링들의 힘으로 잡아 당기면서 아우터와 꽉 맞물릴 수 있는 정도의 적절한 슈 암들의 텐션을 제공 함)

 

 

3. 정해진 상황에서 속도를 변화시키는 요소들

1) 에어 필터, 점화플러그, 풀배기시스템

- 4T(흡입-압축-폭발-배기) 중 흡입 능력은 에어 필터, 폭발 능력은 점화플러그, 배기 능력은 매니폴드-소음기와 관련이 있습니다.

2) 앞, 뒤 기어 비

- 속도는 자전거와 마찬가지로 앞기어와 뒷기어비를 어떻게 섞느냐에 따라 마력과 토크가 결정됩니다.

- CVT 스쿠터는 자전거의 앞기어 변속의 역할을 무브볼의 원심력으로 하게 됩니다.

- 자전거의 뒷기어 변속의 역할은 자전거와 달리 별도로 변속하는 것이 아니라 앞 기어와 반비례로 자동 변속되지만 변속 저항은 토크캠의 콘트라 스프링의 힘에 영향을 받습니다.

* 다시 한 번 말하자면 자전거와 달리 CVT 스쿠터는 일정 rpm이 되어야 클리치슈와 클러치벨이 맞닿아서 클러치벨에 연결된 뒷바퀴 축이 돌면서 뒷바퀴가 돌고 차체를 이동시키게 됩니다.

4. 세부적인 개별 속도 변화 요소들

1) 흡배기 시스템 : 공기의 흡입과 배기를 순정에 비해 좀 더 원활하게 하면 4행정의 사이클이 좀 더 빨리 진행 될 수 있습니다.

2) 점화플러그 : 4T의 폭발 타이밍을 좀 더 당겨서 4행정 사이클을 좀 더 빨리 진행 시킬 수 있습니다.

3) 무브볼(웨이트롤러) : 롤러 무게가 가벼우면 원심력이 상대적으로 약하게 되어 드라이브 페이스를 밀어내는 힘이 약하게 되며 이는 드라이브 벨트를 밀어내는 힘이 약해서 변속이 천천히 진행됩니다. 이는 각 변속 단계마다 고 rpm을 만들어내어 연비는 떨어지지만 가속력은 좋아지게 됩니다. (수동 자동차 정지 후 출발 시 빨리 치고 나가고 싶으면 1단에서 최고 rpm까지 올려주고 2단 변속을 또 2단에서 3단도 최고 rpm에서 변속하게 되면 좀 더 큰 가속력을 얻을 수 있지만 당연히 차량에 무리도 가고 연비도 떨어지게 됩니다.) 또한 평지와 언덕에서의 변속도 달라야 하는데 언덕이 가파를수록 변속을 늦게 해야 합니다.)

- 결론적으로 무브볼 무게가 가벼우면 상대적으로 변속이 늦게 되어 빠른 가속력를 얻지만 차량에 가해지는 부담과 낮은 연비 또한 필연적으로 얻게 됩니다.

- 튜닝시 가장 적합한 무브볼 무게는 정해질 수가 없는 것이 운전자의 무게와 운전 성향에 따라서 선호하는 것이 다 다르기 때문입니다.

- 무브볼 무게에 따라 최고속은 변하지 않는 다는 것이 정설입니다.

4) 벨트의 폭 : 벨트의 폭이 많이 사용해서 닳아/얇아지면 안전의 문제와 더불어 클리치슈와 벨의 접촉을 위해 좀 더 높은 rpm이 요구되므로 전체적인 효율에 좋지 않은 영향을 끼칠 수 있습니다.

5) 토크캠의 콘트라 스프링 : 가벼운 무브볼에 토크캠의 콘트라 스프링을 좀 더 강한 것으로 사용하면 변속이 더욱 더디게 되는 효과를 볼 수 있습니다. 하지만 세상에 얻기만 하는 것은 없듯이 이로 인해 발생하는 부작용도 튜닝 시 잘 계산하여야 하겠습니다.

6) 클러치 슈와 클러치 벨(아우터) : 엔진에서 나온 힘을 최종적으로 뒷바퀴에 전달하는 것이 슈와 벨이므로 두 개의 맞물리는 마찰력이 클수록 힘 전달이 용이하지만 수명은 줄어들고 분진이 많이 생기게 됩니다. 등산화의 밑바닥이 부드러운 고무로 되면 바위 등에서 접지력은 최고지만 수명은 훨씬 줄어드는 것과 비슷하다 하겠습니다.

- 재질이 일정하다면 두 마찰 면이 헛돌지 않도록 주기적으로 적절히 까칠하게 해주는 것이 도움이 되겠습니다.

7) 각종 베어링 : 베어링의 윤활이 원할지 않으면 마찰력으로 인해 그만큼 속도 튜닝에 방해가 됩니다.

8) 엔진과 변속기의 금속 마찰 부위의 마찰과 저항을 최소화 시켜주는 등의 중요한 역할을 하는 엔진오일, 기어오일도 중요한 튜닝 대상입니다.

9) 권장 옥탄가의 연료 선택도 속도 튜닝에 중요한 요소입니다.

 

* 속도 튜닝에 관한 개인적인 결론 : 튜닝을 통해 얻고자 하는 것이 있으면 반드시 잃는 것도 있다는 것을 먼저 알아야겠습니다. 개인의 상황에 따라 튜닝 필요시 해당 되는 부품을 적절히 교체 및 조절해 주면 되겠습니다만 일반적인 사용자라면 순정 세팅이 가장 합리적이라고 생각합니다.

직빨 구간에 맞는 튜닝, 업힐에 어울리는 튜닝, 늘 텐덤 혹은 무거운 짐을 싫었을 때의 튜닝, 온 혹은 오프로드를 위한 튜닝 등이 다 다르기 때문에 하다보면 매번 튜닝을 반복하다가 결국은 순정 세팅으로 돌아오게 되지 않을까 생각해 봅니다.

 

* 진정한 튜닝(조율)은 제품 사용 중에 교환 주기가 돌아오기 전의 부품의 변화/변경을 튜닝을 통해 처음상태로 조정/조절 혹은 교환함으로서 늘 새 차와 같은 상태를 유지하는 것이 아닐까 생각해 봅니다. ^_^