많은 사람들이 타이어에 일반 공기 대신에 질소(N2)를 충전하면 좋다는 이야기를 들어봤을 겁니다. 공짜로 해주는 곳도 있지만 대부분 유료로 질소를 충전해야 하더군요.
그런데 왜 질소를 충전하면 좋은지, 구체적으로 무엇이 좋은건지 확실히 말해주는 사람이 없어서 답답하기도 해서 짧은 지식이나마 여기에 정리를 해 보려고 합니다.
주행중에 타이어는 압축, 인장, 전단등의 응력이 발생합니다. 노면과 접지된 부분을 중심으로 해서 이런 응력이 반복되는데 이때 노면과 닿는 부분에서는 열이 발생하여 타이어 온도가 올라가게 됩니다. 온도가 올라가다가 일정 온도에 이르게 되는데 이를 포화온도라고 합니다. 주행풍에 의한 냉각과 응력에 의한 열 발생이 균형을 이루는 온도가 포화온도인 것입니다. 일반적으로 승용차는 15분 주행하면 포화온도에 이르고 대형차인 버스나 트럭은 50분 정도를 주행하면 포화온도가 된다고 합니다.(몇도인지는 저도 잘.. ㅠ)
그런데 질소는 온도에 의한 체적 변화가 다른 기체에 비해서 상대적으로 적기 때문에 타이어의 특성을 일정하게 유지시켜 준다고 합니다.
공기의 평균 분자량은 28.966 g/mol입니다. 질소의 원자량이 14.0067 g/mol인 점을 감안하면 질소분자는 원자가 두개이므로 분자량이 28가량 됩니다. 즉, 공기의 대부분은 질소로 채워져 있다는 것을 알 수 있습니다.
공기의 구성 원소는 다음 표와 같습니다.
성분 | 화학식 | 체적비 /% | 중량비 /% |
---|---|---|---|
질소 | N2 | 78.084 | 75.51 |
산소 | O2 | 20.946 | 23.01 |
아르곤 | Ar | 0.934 | 1.286 |
이산화탄소 | CO2 | 0.032* | 0.040* |
공기에서 질소가 대부분을 차지하긴 하지만 순수한 질소만 모아놨을 때와 여러 다른 기체와 섞인 상태의 공기는 그 물리적 특성이 다르게 나타나기 때문에 질소충전 타이어와 공기충전 타이어는 차이가 발생합니다.
그 몇가지 특징을 알아보겠습니다.
1. 질소가스의 유실이 적기 때문에 상대적으로 일정한 공기압을 유지하는 것이 가능합니다. 이것은 질소 다음으로 많은 비중을 차지하는 산소의 분압이 더 크고 원자 크기가 더 작습니다. 그리고 분자 구조도 산소는 정육면체 형태의 입방ㅈ정계를 이루고 질소분자는 6각기둥 모양의 육방정계를 이룹니다. 그래서 산소가 섞인 일반 공기는 산소를 포함한 다른 기체들이 유실되는 비율이 많은 반면에 질소만 채운 타이어는 유실되는 비율이 더 적습니다.
2. 연비가 향상됩니다. 일정한 공기압을 유지할 수 있기 때무에 연비가 잘 나오는 공기압에 세팅해서 주행하면 좋은 연비를 유지할 수 있습니다. 보통 공기는 그 속에 수증기를 가지고 있습니다. 더욱이 콤프레서를 통해서 타이어로 주입되는 공기는 다량의 수증기를 함유하고 있어서 기온에 따라서 응축되거나 다시 증발하기 때문에 공기압의 변화를 주게 됩니다. 이는 적정 공기압 세팅에 방해가 되는 요인입니다. 질소만 충전된 타이어는 이럴 걱정이 없습니다.
3. 안정성이 향상됩니다. 비활성기체인 질소가 충전되어 있기 때문에 타이어가 파손되어도 폭발의 위험이 없습니다. 또한 적정 공기압 유지는 타이어의 접지력을 최상으로 유지시키기 때문에 접지력 확보에 도움이 됩니다.
대략적으로 위와 같이 3가지 정도를 들 수 있겠습니다. 부수적으로 휠 내부의 산화를 막는다든지 하는 효과들도 있지만정말 부수적이라고 생각하기에 뺐습니다.
질소충전은 비행기의 타이어나 우주왕복선에 사용할 만큼 성능을 인정받고 있습니다. 하지만 국내 타이어회사는 질소충전에 대한 확실한 언급을 피하고 있는 실정입니다. 또한 이와 관련한 명확한 실험적인 데이터가 확립되어 있지 않기에 개략적인 설명밖에 할 수 없었음을 양해 바랍니다.
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