보배드림

차량 관련 정보는 「디젤엔진과 휘발유엔진 특성으로 본 마력과 토크의 이해」 이후 6개월 만이네요.

http://www.bobaedream.co.kr/board/bulletin/view.php?code=battle&No=250625&rtn=%2Fboard%2Fbulletin%2Fmywriting.php%3Fcid%3DaHQ0M2V1bGI%3D

내용이 길고 지루하지만 기어비에 대한 이해를 넓히는데 도움이 되리라 믿습니다.

역시 이해를 돕기 위해 현실과는 조금 동떨어진 무리한 설정이 있더라도 이해하시길 바라며...

시작하겠습니다. ^^

비슷한 성능의 차량 그러니까 같은 마력, 무게를 갖는 차량도

메이커에 따라 가속력과 최고속이 다른 여러 이유가 있는데 그중 기어비에 대해 알아보겠습니다.

★기어비는 엔진회전수와 프로펠러샤프트 회전비로 보시면 됩니다.

ex) 3.214:1(엔진 회전수:프로펠러샤프트 회전수) → 차동기어 → 최종감속비 → 바퀴회전수

∴ 알피엠(한시간 동안 엔진회전수로 변환) ÷ (각단 기어비 × 최종감속비) 값에

타이어둘레를 곱하면 각 단 기어에서 알피엠 별 속도를 구할 수 있습니다.

이 공식을 기반으로 기어별 최고속도를 알아낼 수 있습니다.

많은 분들이 헷갈려하는 기어비 이해를 돕기 위해 가상의 기어비를 만들어 보겠습니다.

1단일 때 기어비 3:1, 2단일 때 기어비 2:1, 3단일 때 기어비 1:1,

4단일 때 기어비 0.5:1, 5단일 때 기어비 0.3:1 인 차량이 있습니다.

(여기서 종감속은 배제하겠습니다.)

1단일 때 엔진 3회전 시 기어에 물린 바퀴는 1회전이라 가정한 상황입니다.

3회전이라 하면 3이란 강력한 힘이 물려있는 상태입니다.

하지만 바퀴는 1회전만 하니 속도는 느리지만 강한 토크감이 느껴지겠죠.

차량이 출발할 때 또는 경사로를 오를 때를 생각하면 되겠습니다.

엔진 회전은 알피엠 상승을 의미하니 고알피엠에 연비는 당연 떨어지겠습니다.

변속과 함께 2단이 되고 다시 3단이 됩니다.

가상의 기어비를 보면 3단일 때 엔진 1회전 시 바퀴 1회전이 이루어집니다.

3단을 기점으로 4단 변속 후 엔진 0.5번 회전에 바퀴는 한 번 회전하죠.

기어 톱니에 의해 (그러니까 자전거나 지렛대 원리를 생각하면 되겠네요.)

적은 회전수에도 바퀴는 효율적으로 많이 회전합니다.

적은 회전 즉 저 알피엠이니 연비는 좋아지면서 속도는 오히려 증가합니다.

대신 가속력은 떨어지겠죠.

5단도 같은 맥락으로 이해하시면 됩니다.

정리하면 1~3단은 로우 기어드.

엔진회전수에 비해 바퀴 회전수가 적음.

알피엠을 많이 사용함으로 기어비가 짧아지고 연비가 떨어진다.

대신 가속력을 높여준다.

4단 이상 하이기어드.

엔진회전수에 비해 바퀴 회전수가 많아진다.

알피엠을 낮게 사용하고 기어비가 길어지며 연비가 향상된다.

대신 가속력은 떨어진다.

그런 이유로 대부분 차량들이 3단까지는 가속구간이며 4단 이후 정속주행의 특성을 갖게 됩니다.

3단까지는 알피엠이 레드존에 닿는 시간이 짧지만 4단 이후 알피엠이 레드존에 닿는 시간이 길어지는 이유를 이제 아실겁니다.

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★★3단까지는 알피엠이 레드존에 닿는 시간이 짧지만

4단 이후 알피엠이 레드존에 닿는 시간이 길어지는 이유!!!

아주 간단하지만 드래그와 롤링, 최고속과 관련해 아주 중요한 내용입니다.

이와 관련해서는 아래 마력과 함께 다시 이야기하겠습니다.

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참고로 기어비가 엔진회전 대비 바퀴 회전이라면

3천cc 스포츠카나 천cc 차량이나 동일 기어비라면 비슷하게 달려야 하는 것 아니냐?

라는 다소 황당한 질문이 있을 수 있습니다.

이는 다시 알피엠과 토크상승에 비례하는 마력이라는 개념을 도입해야 설명됩니다.

이해를 돕기 위해 단적인 예를 다시 들겠습니다. ^^

같은 기어비를 지닌 100마력 차량과 500마력 차량이 있습니다.

다섯 배에 달하는 마력 차이 .. 과연 어떤 현상이 일어날까요?

앞서 이야기했지만 마력이라는 결과물은 알피엠과 토크에 비례합니다.

같은 기어비라 해도 500마력 차량은 발끝만 갖다 대도 알피엠이 레드존에 도착해있습니다.

100마력, 500마력 차량 모두 1단에서 엔진 3회전에 바퀴 1회전이라는 비율은 같지만

★회전비만 같지 (알피엠이 올라가는)회전 속도는 상당한 차이가 있는 거죠. ^^

물론 이로 인한 500마력 차량의 문제도 있습니다.

출발하자마자 레드존에 닿는 알피엠 때문에

바로 (숨도 못 쉬고)2단 변속, 변속되자마자 바로 3단 변속, 다시 4단 변속 ..

뭐 변속하다보면 시간 다 가죠. ㅎ

아니 실제 상황에서는 변속은 커녕 1단에서 휠스핀 작렬하며 타이어 태우고 땅만 파겠죠.^^

그래서 고마력대 차량은 저단에서도 기어비를 길게 뺍니다.

일명 슈퍼카들.

1단에서 100Km/h 이상도 가능한 이유가 여기에 있습니다.

윗글을 이해하셨다면 이번에는 동일 마력에 다른 기어비를 보겠습니다.

같은 모델의 동일 마력 차량인데 기어비가 다른 경우입니다.

이해를 돕기 위해 1단과 2단, 3단까지만 있는 차량으로 하겠습니다.

A차량은

1단일 때 기어비 3:1

2단일 때 기어비 2.5:1

3단일 때 기어비 1.5:1입니다.

B차량은

1단일 때 기어비 3:1

2단일 때 기어비 2:1

3단일 때 기어비 1:1입니다.

두 차량은 1단 기어비가 같지만 2단부터 기어비가 다릅니다.

A차량이 B차량보다 기어비가 짧습니다.

A차량은 B차량에 비해 2단, 3단에서 고 알피엠, 연비저하가 예상되네요.

대신 가속력은 향상되겠죠.

동일인이 같은 방식 최고 알피엠에서 변속한다는 가정 하에

A차량과 B차량 동시 스타트.

동시에 2단 변속합니다.

2단 변속 후 여기에서 두 차량 거리가 서서히 발생하게 됩니다.

엔진 2회전에 바퀴 1회전인 그러니까

짧은 기어비로 인해 알피엠을 많이 쓰는 A차량이 살짝 앞서기 시작하죠.

*중간 영역에서 동일 알피엠을 유지하면 다른 결과가 나올 수 있습니다.

무조건 풀악셀을 가정한 상황입니다.

그러나 2단 후반 3단으로 넘어가면 A차량은 잠시 후 최고속을 기록하고

더 이상 속도 증가가 이루어지지 않습니다.

마지막 기어비가 1.5:1인 관계로 3단 레드존에서 항속을 유지하게 됩니다.

반대로 B차량은 2단 후반 레드존에 가까워지면서 서서히 앞서기 시작하죠.

이번에는 같은 내용에 수치를 기입해 속도를 계산해 보겠습니다.

알피엠 6천 변속, 종감속 3, 타이어 둘레를 1.5m로 가정합니다.

6,000rpm×60(시간으로 변환) / 1단 기어비 3 × 종감속 3 = 4,000

여기에 타이어 둘레 1.5M를 곱하면 60,000m/h

A, B 두 차량 모두 1단 레드존에서 시속 60,000m 즉 60Km를 기록합니다.

2단

A 차량은 (6천×60) / (2단 기어비2.5×종감속3)=48,000

48,000 × 타이어 둘레1.5M = 72Km/h

B차량은 (6천 × 60) / (2단 기어비 2 × 종감속3)=60,000

60,000 × 타이어 둘레 1.5M= 90Km/h

같은 방식으로 3단에서

A 차량은 120Km/h, B 차량은 180Km/h 의 최고속도를 기록하게 됩니다.

*속도를 보면 A차량은 2단에서 레드존 72Km를 기록하고 3단 변속하네요.

B차량은 2단에서 레드존 90Km를 찍고 3단 변속합니다.

수치상으로는 A차량이 조금 앞서다 3단 변속 시점 대략 80~90Km/h 정도에서 순위가 바뀌는 걸로 예상됩니다.

★비슷한 배기량과 마력일 때

기어비가 짧으면 고알피엠에 빨리 도달할 수 있어 가속에 유리하다.

기어비가 길면 중속 이후 고속에 유리하다.

참고로 윗글에도 있듯이 대배기량 고마력 차량일 경우

저단에서도 기어비를 길게 빼 고속을 만들어 낼 수 있다는 점은 예외로 합니다.

★배기량이 큰 차량일수록 마력이 높아 각단 기어비가 긴 편이다.

작은 배기량 차량들은 기어비를 짧게 해 가속력을 향상시키는데

이는 마력이 낮아 회전속도를 빠르게 만드는데 한계가 있기 때문이다.

★휘발유 차량은 대체로 디젤 차량에 비해 기어비가 긴 편이다.

디젤 차량은 알피엠 활용도가 낮은 대신 각단 기어비를 짧게 해 가속력 증가를 꾀한다.

알피엠이 낮은 대신 토크가 높아 짧은 기어비와 함께 엔진 활용이 효율적이다.

★★★결국 기어비는 차량이 낼 수 있는 총 마력으로

차량이 만들어낼 수 있는 속도를 적당히 분배한 것이라 볼 수 있다.

★★★알피엠과 마력의 상관관계가 전체 기어비 결정에 큰 영향을 주며

여기에 차량 특성과 연비를 고려한 메이커 별 최종 기어비가 만들어진다고 볼 수 있다.

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잘못된 내용이 있을 수 있으니 말씀해 주시면 수정하도록 하겠습니다.

기어비에 대한 이해를 살짝 높이는 글로 이해해 주시면 감사하겠습니다. ^^;

(사진은 블로그 펌)