시동을 걸 때나 끌 때 차체 진동이 심해지는 이유는?
경유 승용차가 국내에서 판매되기 시작하면서 "진동이 적다"라는 것도 차량의 홍보 수단이 되고 있습니다. 기존의 경유 차량이 가지고 있었던 상품성 측면의 단점이 바로 진동과 소음이 가솔린 차량에 비해서 크다라는 점이었기 때문입니다. 옛날에 비해 현재의 경유 차량 제작 기술이 비약적으로 발전하여 웬만해서는 가솔린차량과 경유차량의 진동, 소음 정도를 비교하기 힘든 경우가 많아졌습니다. 물론, 경유차량을 꽤 오랜 기간동안 사용하면 가솔린차량과의 차이가 더 커질 수도 있습니다만, 소음과 진동 정도가 많이 좋아진 것은 사실입니다.
그런데, 경유차량에 비하여 진동이 더 적다는 정상적인 상태의 가솔린차량에서도 특별히 진동수준이 커지는 순간이 있습니다. 여기에서 정상적인 상태라고 하는 것은 엔진이나 엔진을 차체에 고정하는 엔진마운트(Engine mount)에 고장이 없는 경우를 말합니다. 가솔린차량에서도 진동이 특별히 커지는 순간은 바로 시동을 걸 때와 시동을 끌 때입니다. 간혹 운전자의 실수나 고장으로 엔진의 시동을 꺼뜨릴 때에 유난히 진동이 크게 느껴지기도 할 것입니다. 이렇게 진동이 커지는 것은 바로 "공진" 때문입니다.
공진을 인터넷에서 찾아보면,
"소리가 발생하는 이유는 물체가 진동하기 때문이다. 물체마다 서로 다른 소리를 낼 수 있는 것은 물체의 진동이 크기, 모양, 재질에 따라 다르기 때문이다. 각 물체마다 갖고 있는 진동을 고유 진동수라고 한다. 물체에 가하는 진동이 그 물체의 고유진동수와 일치하면 물체 진동의 진폭이 증폭되는 현상을 공진이라고 한다." 라고 기술되어 잇습니다. 바로 이 물리적인 현상이 시동을 걸 때나 시동을 끌 때 차체의 진동을 크게 하는 것입니다.
차체 진동의 원천(Source)는 대개 엔진의 진동, 도로 표면에서의 진동, 바람 등을 들 수 있습니다. 이 중에서 시동을 걸 때나 시동을 끌 때는 차량이 정차해 있으므로 엔진 진동이 차체진동의 원천이 됩니다. 즉, 엔진의 회전수 변동이 차체 진동을 유발한다는 것입니다. 보통의 경우에는 이렇게 엔진으로부터 차체로 전달되는 진동을 흡수하기 위해 장착된 엔진마운트에서 대부분의 진동을 흡수하게 되지만, 엔진의 진동이 차체의 고유진동수와 일치하는 영역에서는 위에서 말한 공진 때문에 엔진마운트에서도 완벽하게 흡수할 수 없습니다.
일반적으로 차체의 고유진동수는 엔진회전수로 200~300RPM 정도되는 것으로 알려져 있습니다. 주행 중에는 이런 낮은 RPM영역에서 엔진이 가동되는 경우는 없기 때문에 공진이 일어나지 않지만, 시동을 걸 때나 시동을 끌 때는 공진이 일어날 수 있는 회전수 영역을 반드시 지나게 되므로 공진을 피할 수 없습니다. 그런 이유로 시동을 걸 때나 시동을 끌 때 차체 진동이 가장 심해지는 것입니다.
마찬가지 이유로, 도로 표면에서의 진동이 차체의 고유진동수와 일치하게 되면 차체 진동이 커질 수 있습니다. 예를 들어, 오른쪽 그림과 같이 미끄럼 방지를 목적으로 도로 표면을 서로 다른 성질의 도로포장을 일정 간격을 두고 반복적으로 배치한 도로에서 주행을 하다보면 , 특정의 차량속도에서 차체 진동이 심해지는 것을 경험할 수 있을 것입니다. 서로 다른 도로 포장이 차량에 진동을 야기하는데, 포장의 배치 간격과 차량속도에 따라 진동의 주파수가 달라져서 공진을 일으킬 수도 있고, 공진과 무관할 수도 있게 됩니다. 즉, 동일한 도로를 지나면서도 차량마다 특정 속도에서 공진을 경험할 수 있습니다. 공진이 일어나면, 차체의 진동이 매우 심해져서, 이런 큰 진동을 계속해서 반복하면 피로현상에 의해 차체의 수명이 단축될 수 있습니다.
