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플라이휠
플라이휠(flywheel)은 회전 속도를 고르게 하기 위해 장치된 바퀴이다.[1]
개요[편집]
플라이휠은 엔진에서 연료의 연소에 의해 만들어진 에너지가 크랭크 샤프트에 전달되어 회전 운동을 만드는데, 이때 내연기관의 구조적 특징으로 실린더 내에서는 일정한 에너지가 만들어지지 못하게 되면서 회전의 불규칙성이 나타나게 되며, 이러한 현상을 보완하기 위해 고안된 것이다.[2] 재질은 수동변속기를 장착한 차량의 경우에는 주철을 주로 사용하고 자동변속기를 장착한 차량에는 강철을 주로 사용한다. 최근에는 크리몰리 또는 알루미늄 합금으로도 제작되고 있다. 플라이휠을 제작하는 글로벌 브랜드로는 쿠스코(CUSCO), 오구라(OGURA), 트러스트(TRUST) 등이 있다.[3]
구조[편집]
크랭크축의 뒤쪽 플랜지에 장착되며, 주로 마찰계수가 큰 주철로 만들어진다. 엔진의 폭발 행정으로 얻은 힘이 크랭크축을 회전 운동으로 바꾸어 플라이휠이 회전하게 되는데, 이 회전력은 클러치 마찰로 자동차를 구동하게 되며, 압축 행정에서는 반대로 회전력을 떨어뜨리게 되어 있다. 그러므로 플라이휠은 무게가 가볍고 회전 관성이 커야 하는데, 관성은 엔진의 원활한 회전을 돕는다. 플라이휠은 엔진의 회전력을 바퀴의 회전력으로 전달하기 위하여 클러치판이 접촉하는 마찰 면이 있으며, 엔진 시동 시 엔진을 회전시키기 위한 링 기어가 장착되어 있고, 이 링 기어는 열 박음이 되어 플라이휠에 고정되어 있다.[4]
기능[편집]
세륜, 탄력 바퀴, 회전을 원활하게 하려면 축에 부착하는 무거운 바퀴라는 의미로써 엔진의 회전력은 크랭크축의 크랭크 각도에 따라 달라지는데 흡입, 압축, 폭발, 배기의 행정 중 폭발 행정에서 가장 큰 회전력이 크고 점점 감소하여 맥동이 발생하게 되는데 4행정 사이클 엔진에서는 720° 2행정 사이클에서는 360°의 주기로 변동을 반복하기 때문에 회전력의 차이로 인한 회전 속도의 변화가 발생한다. 만약 엔진의 실린더 수가 적었을 때 엔진에서는 주기의 변동 때문에 운전 불능이 될 가능성도 있다. 플라이휠은 이것을 막고 회전 속도를 고르게 하여 엔진의 작동을 원활하게 하려고 설치하는 것이며 크랭크축의 뒤끝에 볼트로 장착한다. 엔진의 공급된 연료가 폭발하여 발생한 동력을 얻어 나머지 행정에서 소모한다고 볼 수 있다. 즉 폭발 행정으로부터 전달된 회전력을 저장하여 두었다가 다른 행정시에 관성력을 전달시켜 원활하게 회전하도록 한다.[5]
- 엔진 시동에 도움 : 차에 타고 시동 키를 돌리면 벤 딕스라는 작은 기어가 플라이휠과 맞물려 회전한다. 이것은 차례로 엔진 시동에 필요한 압축 사이클을 시작하는 크랭크 샤프트를 회전시킨다. 내연기관이 시동이 되면 벤 딕스가 당겨 뽑히고 플라이휠이 부드럽게 회전한다.
- 엔진 속도를 정상화 : 엔진 시동 후 크랭크 샤프트는 피스톤의 상하 운동을 회전운동으로 변환한다. 플라이휠의 질량은 각 피스톤 움직임에 대해 일정한 크랭크축 속도를 유지하기 위해서 관성에 의해 사용된다.
- 엔진 진동 감소 : 피스톤이 크랭크 샤프트의 중심에서 오프셋이 되면 각 피스톤이 다른 각도로 움직이기 때문에 엔진이 많이 진동한다. 큰 플라이휠 질량은 이러한 움직임을 억제하고 엔진을 안정시키고 균형을 유지하며 차량 전체의 진동을 줄이는 데 도움이 된다.
- 부품 마모 감소 : 진동을 안정화하고 엔진 속도를 부드럽게 함으로써 플라이휠은 다른 중요한 드라이브 부품의 마모를 제한한다.[6]
종류[편집]
- 싱글 메스 플라이휠
싱글 메스 플라이휠은 클러치와 직접 닿아 있는 구조를 가진다. 일부 클러치는 엔진 진동 감소를 위한 스프링을 플라이휠과의 접촉면에 추가하는 경우가 있지만, 일반적으로 싱글 메스 플라이휠은 듀얼 메스 플라이휠에서 진동 감소 역할을 하는 스프링이 포함되지 않아 진동 감소 폭이 작은 편이다. 그러나 하나의 플라이휠로 이루어져 구조가 단순하며 간단한 표면 처리를 통해 재사용이 가능하여 가격이 저렴하다는 장점이 있다.
- 듀얼 메스 플라이휠
듀얼 메스 플라이휠은 두 개의 플라이휠을 분리하고, 중간에 댐퍼 역할을 하는 비틀림 진동 댐퍼 스프링으로 연결한 구조다. 플라이휠의 질량을 분리함으로써 회전하는 변속기 부품의 관성질량 모멘트는 증가하게 된다. 따라서 공명 영역은 엔진의 운전 영역이 아니라 공전 속도 이하의 영역에 위치하게 된다. 이와 같은 방법으로 엔진에서 발생한 회전 진동을 변속기로부터 격리하므로 엔진의 회전 진동에 의한 변속기의 진동 및 소음은 더는 발생하지 않게 된다.[2]
| 싱글 메스 플라이휠 | 듀얼 메스 플라이휠 | |
|---|---|---|
| 연비 | 보통 | 좋음 |
| 변속충격 | 보통 | 좋음 |
| 교체시기 | 반영구 | 짧음 |
| 수리비 | 낮음 | 높음 |
특징[편집]
- 변속기와 차체의 진동 또는 소음을 최소화한다.
- 진동을 흡수하므로 운전 성능 및 승차감이 향상된다.
- 동력의 부드러운 전달 및 진동의 흡수를 통해 연료소 비율을 감소시킨다.
- 클러치 디스크에 비틀림 댐퍼를 설치하지 않거나 작게 할 수 있다.
- 동력전달장치를 보호한다.
- 변속기 동기화 기구에 부하가 작게 걸리므로 마멸이 적고, 변속이 부드럽다.[7]
교체 시기[편집]
- 과열 : 마찰 표면의 균열 및 마모의 출현, 이중 질량 플라이휠 내부의 과열 또는 오일 누출 아크 스프링 파괴 등 플라이휠에 문제가 있다는 경고 증상이다.
- 스위칭 : 기어를 변경하려고 하지만 다음 기어가 이전 기어로 돌아갈 때 이는 플라이휠 마모 때문일 가능성이 크다. 이 경우 갈리거나 문지르는 등 큰 소음이 들린다.
- 타는 냄새 : 마모된 플라이휠의 주요 증상 중 하나는 차량 내부에서도 느낄 수 있는 타는 냄새다. 이 냄새는 클러치가 오작동하고 많은 열을 발생시킬 때 발생한다.
- 페달 진동 : 클러치 페달을 밟을 때 진동을 느끼기 시작하면 일반적으로 플라이휠 스프링 베어링이 마모된 것이다.
- 차가운 엔진을 시동할 때 럼블 : 쇽 스프링이 닳아서 차가운 엔진으로 시동하면 큰 소리가 난다. 이 덜거덕거리는 소리는 보통 차를 시작한 후 몇 분 동안 지속되고 그 후에 사라진다. 차를 시동할 때 아침에 더 자주 듣기 시작하면 플라이휠에 주의를 기울여야 한다는 분명한 신호다.[6]
활용[편집]
- 플라이휠 효과
플라이휠 효과는 플라이휠의 특성을 경영에 도입한 것으로, 가격을 낮추면 고객이 모이게 되고, 고객이 많아지면 물건을 팔려는 판매자가 많아지게 되며, 이로 인해 규모가 커지면 고정비용이 낮아져 비용이 절감되고, 효율성이 높아져 가격을 더 낮출 수 있는 선순환이 성립된다는 것이다. 아마존(Amazon)의 창업자이자 최고경영자인 제프 베이조스(Jeff Bezos)가 제시한 아마존의 성장 원리이자 사업 모델로 알려져 있다. 2000년 베이조스는 아마존 임원들 앞에서 냅킨에 이러한 순환 구도를 그림으로 그리면서 플라이휠 효과를 제시했다. 아마존은 이러한 플라이휠 효과를 적용하는 경영 전략을 도입했고, 막대한 인프라 투자를 통해 소비자를 끌어모으며 투자 13년 만에 흑자전환을 이뤄낸 바 있다. 한편, 플라이휠 효과가 성공적으로 이루어지기 위해서는 저비용 구조와 더 낮은 가격이 필수 조건이다. 이 중 저비용 구조를 유지하기 위해서는 단순한 유통 구조, 수익의 가격 재투자 등이 필요하다.[8]
- 스포츠카
플라이휠은 엔진에서 출력을 원활하게 전달하기 위한 장치로 플라이휠이 클수록 관성이 커 엔진 회전을 고르게 하는 데 유리하다. 하지만 높은 반응 속도를 필요로 하는 스포츠카의 경우에는 관성이 크면 즉각적인 반응에 원활하게 대응하지 못하기 때문에 상대적으로 작고 가벼운 경량 플라이휠이 장착된다. 또한 지나치게 플라이휠의 관성 질량을 높일 때에는 자동차의 가속 감속이 어려워지며 연비가 나빠지는 원인이 되기도 한다. 이로 인해 차량의 운행 조건에 맞는 적절한 플라이휠의 디자인이 필요하다.[2]
- 플라이휠 배터리
2014년, 특허 등록한 잉여 전력을 이용한 플라이휠 저장장치는 기후 에너지를 이용한 전력 발생으로 기존의 에너지 저장 방법의 한계를 벗어난 반영구적으로 에너지를 발생하고 저장하는 플라이휠 방법으로 ㈜씨피이셀 관계 연구소가 있는 독일에서 설계를 통해 데모 제품을 제작 중이다. 특허 등록된 ESS(Energy Storage 에너지를 사용하는 스타트 구동을 통해 전기생산 모터로 생산하고 저장하는 기존 에너지 저장 방법의 한계를 극복하기 위한 것으로 잉여 전력을 곧바로 회전하는 플라이휠을 이용해 에너지 저장 및 전력을 재생산하는 시스템이다. 기후 에너지 및 청정에너지를 이용한 1차 전력으로 영구 희토 자석을 이용한 관성 법칙의 물리 회전을 통해 마찰이 거의 없는 베어링을 회전축의 76,000 이상 속도를 조력과 수력 발전용 터빈의 메카 와트급(1,000kW) 이상의 발전용 터빈 요구하는 분당 회전 수 속도에 맞게 기어박스와 이를 제어하는 플라이휠의 회전력으로 전환하여 발전용 터빈이 구동하는 방식으로 전기를 생산하는 것인데, 이 기술을 이용하면 단시간에 메가와트(1,000kW)급의 전기를 생산할 수 있을 뿐 아니라 스타트 구동-기어박스-플라이휠-발전용 터빈-전력 송출-잉여전력 저장-스타트구동 순으로 구동을 하면 반영구적 전력 에너지 저장 및 전력 생산이 가능하다.[9]
각주[편집]
- ↑ 〈플라이휠〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 2.0 2.1 2.2 휠라이프, 〈플라이휠의 기능과 특징〉, 《네이버 포스트》, 2017-06-01
- ↑ 〈플라이휠 교체하기〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈플라이휠〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 청풍명월, 〈플라이 휠의 구조와 기능에 대해 설명하시오〉, 《다음 블로그》, 2010-07-26
- ↑ 6.0 6.1 Alexander Falchenko, 〈플라이휠은 어떻게 작동합니까?〉, 《아브토타키》, 2020-05-31
- ↑ 사실요것만고치면돼요, 〈듀얼 매스 플라이 휠 - DMF, Dual Mass Flywheel〉, 《네이버 블로그》, 2013-02-27
- ↑ 〈플라이휠 효과〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈ESS(Energy Storage System) 특허등록, 플라이휠 이용 반영구적 에너지 발생·저장〉, 《나우뉴스》, 2014-11-13
참고자료[편집]
- 〈플라이휠 효과〉, 《네이버 지식백과》
- 〈플라이휠 교체하기〉, 《네이버 지식백과》
- 〈플라이휠〉, 《네이버 지식백과》
- 〈플라이휠〉, 《네이버 지식백과》
- 휠라이프, 〈플라이휠의 기능과 특징〉, 《네이버 포스트》, 2017-06-01
- 청풍명월, 〈플라이 휠의 구조와 기능에 대해 설명하시오〉, 《다음 블로그》, 2010-07-26
- 사실요것만고치면돼요, 〈듀얼 매스 플라이 휠 - DMF, Dual Mass Flywheel〉, 《네이버 블로그》, 2013-02-27
- 〈ESS(Energy Storage System) 특허등록, 플라이휠 이용 반영구적 에너지 발생·저장〉, 《나우뉴스》, 2014-11-13
- Alexander Falchenko, 〈플라이휠은 어떻게 작동합니까?〉, 《아브토타키》, 2020-05-31
같이 보기[편집]
