자전거를 구성하는 부품 중 라이더의 몸무게를 지탱하고 노면 충격을 가장 먼저 흡수하며, 안전에도 가장 큰 영향을 미치는 것이 바로 타이어다. 타이어는 자전거에서만 사용되는 것이 아니라 땅 위를 굴러다니는 바퀴달린 모든 장치에 사용된다. 또 타이어는 용도에 따라 종류와 특성도 달라진다. 이런 타이어가 제 구실을 할 수 있게 만드는 것은 공기압이다. 공기압이 적정해야 타이어는 제 기능을 발휘한다.

공기압 타이어의 개발 배경

세계 최초로 공기압 타이어를 개발한 사람은 영국의 수의사였던 존 보이드 던롭(John Boyd Dunlop)이다. 1888년 던롭이 공기압 타이어를 만든 것은 아들에 대한 사랑 때문이었다.

최초의 공기압 타이어를 개발한 던롭

최초의 공기압 자동차 타이어를 개발한 미쉐린

삼륜 자전거를 타던 던롭의 아들은 자전거만 타면 두통을 호소했다. 당시의 자전거 바퀴는 무쇠로 만들거나 나무에 철을 입힌 것으로, 작은 돌멩이만 닿아도 통통 튀었고 자전거는 심하게 흔들렸다. 던롭은 자전거가 더 안정적으로 달릴 수 있는 방법을 모색하다가 집에 있던 고무호스를 철 대신 바퀴 둘레에 붙여 보았다. 당시 자동차에는 통 고무를 사용한 바퀴가 사용되고 있었다. 하지만 그 방법도 신통치 않았다.

하루는 아들이 바람 빠진 공을 가져와 공기를 넣어달라고 했다. 그때 던롭은 생각했다. 고무바퀴에 공기를 넣으면 어떨까? 던롭은 그 길로 달려가 고무호스 위에 두껍고 질긴 고무를 입혀 공기압을 넣어 바퀴에 부착해보았다. 결과는 대성공이었다. 공기압을 넣은 고무는 지면의 충격을 효과적으로 흡수하면서 안정적인 주행을 할 수 있게 해주었다. 이렇게 최초의 공기압 타이어가 발명되었다. 공기압 타이어는 유럽을 중심으로 전세계로 퍼져나갔으며, 그 후 10년이 지난 1895년 프랑스 회사 미쉐린(Michelin)이 던롭 타이어를 응용한 자동차 타이어도 개발하게 된다.

자전거 바퀴는 질기고 단단한 타이어와 타이어 내부에서 공기압을 담아 안정되게 달릴 수 있게 해주는 튜브로 이뤄진다

고무는 질기고 늘어나는 성질이 있다. 순간적으로 다양한 형태로 바뀌었다가도 제 형태로 다시 돌아오는 성질도 있다. 고무와 공기압의 만남은 승차감 향상은 물론 노면 충격을 효과적으로 완화시켜주며, 다양한 요철도 안정적으로 통과할 수 있는 획기적인 방법이었다.

바람은 얼마나 넣어야 하나 - 공기압 체크

흔히들 ‘타이어에 바람이 빠져서’ 또는 ‘튜브에 바람이 빠져서’라는 표현을 한다. 공기를 넣는 펌프 주입구를 얼굴에 대고 펌프를 작동하면 바람이 생긴다. 또 타이어가 펑크 나면 ‘피익’하는 소리와 함께 바람이 빠져나가니 ‘바람’이 틀린 말은 아니다. 하지만 정확히 말하자면 바람이 아니고 공기압이 빠져나가는 것이다. 그러므로 ‘공기압이 빠졌다’라고 하는 것이 맞다. 그럼 공기압은 얼마나 넣어야 할까?

공기압을 체크하는 방법은 여러 가지가 있다. 육안으로 확인하거나 손으로 눌러보기도 하고, 공기압 측정도구를 이용하기도 한다. 육안과 손으로 확인하는 것은 매우 부정확한 방법이지만 직관적으로 문제를 파악하기는 나쁘지 않다. 정확한 공기압을 알 수 있는 측정기구를 사용하는 것이 바람직하다. 측정기구를 사용하기 전에 내 자전거에는 얼마나 공기압을 넣을 수 있는지부터 알아야 한다.

다양한 밸브의 세계

자전거 타이어는 현재 3종류의 공기 주입 밸브를 사용하고 있다. 던롭, 슈래더, 프레스타가 그것이다.

1. 던롭 밸브(Dunlop Valve)

던롭 밸브는 공기압 타이어를 최초로 만든 던롭이 개발한 밸브다. 그래서 영국식 밸브라고도 한다. 또 다른 이름으로는 우즈(Woods) 밸브라고도 한다. 이 방식은 현재 생활자전거 튜브에 주로 사용된다. 밸브 캡 안에 달린 작은 고무튜브(속칭 ‘무시고무’)를 통해 공기를 주입하고 또 빠져나가는 것을 막는 방식이다. 하지만 고압을 넣기가 힘들고 펌프 연결구에서 공기압 누설이 많은 것이 단점이다. 폭이 얇은 타이어와 림에도 장착하기 어렵다.

2. 슈래더 밸브(Schrader Valve)

슈래더 밸브는 미국인 어거스트 슈래더(August Schrader)가 만든 방식으로 미국식 밸브라고도 한다. 내부에 가는 핀 형태의 밸브 코어를 달아 공기를 넣고 빼기가 쉽고 간단하게 만든 방식이다. 오늘날 자동차 밸브로 사용되는 규격이기도 하다. 라이딩 도중 공기압이 없을 경우 가까운 자동차 정비소에서도 공기를 보충할 수 있어 편리하다. 또 외부로 노출된 부품이 없어 내구성도 좋다. 단 튜브와 밸브의 연결부가 단단하지 못해 간혹 파손되는 경우가 있으며 밸브 외경(8㎜)이 커서 얇은 림과 타이어에는 사용할 수 없다. 이 때문에 BMX와 MTB에 주로 사용되고 로드바이크에는 쓰이지 않는다.

어거스트 슈래더는 독일 출신의 미국인으로 구명용품과 같이 공기를 사용하는 고무제품을 생산하는 공장을 운영하고 있었다. 자연스럽게 밸브에 관심이 많았던 그는 1890년 던롭 방식의 밸브에 힘들게 공기를 주입하는 한 영국인을 보고 타이어 밸브의 개선에 대한 필요성을 느껴 1891년 슈래더 밸브를 개발하게 된다. 이 방식은 현재까지 자동차와 오토바이, 자전거 튜브 밸브로 사용되고 있다.

3. 프레스타 밸브(Presta Valve)

로드바이크와 고급형 자전거에 주로 사용되는 방식의 밸브다. 프랑스식 밸브(French Valve) 또는 스크래버랜드(Sclaverand) 밸브라고도 한다. 밸브의 외경(6㎜)이 얇고 길이가 길어서 폭이 얇거나 넓은 프로파일을 가진 림에 사용한다. 밸브를 돌려 작동하는 스프링 코어를 달아 공기 주입과 배출이 쉽다. 하지만 밸브 캡을 달지 않으면 밸브 코어가 외부에 노출되어 파손될 수 있어 주의해야한다. 프레스타 밸브는 다양한 자전거 용품을 만드는 프랑스의 제팔사에서 근무하던 에티엔느 스크래버랜드(Etienne Sclaverand)가 개발했다. 프레스타란 이름은 프레스토(Presto, 빠른)에서 유래했는데, 빠르게 공기를 주입할 수 있는 밸브란 의미다.

PSI와 BAR

자전거 타이어는 자동차 타이어와 달리 타이어 내부에 튜브를 이용해 공기압을 담아둔다(튜브가 없는 튜브리스 타이어나 튜뷸러 타이어도 있다). 타이어에는 수용할 수 있는 공기압 허용치가 있다. 이 허용치는 타이어 측면(사이드 월)에 적혀 있는데, 수치와 함께 PSI나 BAR라는 단위로 표기된다. 그 숫자가 바로 허용되는 공기압 수치다.

예를 들어 MTB 타이어에 30~60PSI라고 되어있다면 최소공기압은 30, 최대 공기압은 60PSI까지라는 이야기다. 로드 타이어에 100~150PSI라고 되어 있다면 마찬가지로 최소는 100이고 최대 150PSI까지 공기압을 넣을 수 있다는 의미다. 여기서 PSI는 ‘Pound per Square Inch’의 약자로 ‘프사이’ 라고 읽는다. 미국에서 사용하는 압력 단위로 1PSI는 1평방 인치에 1파운드의 힘이 작용하는 압력을 나타낸다.

또 다른 단위인 BAR(바)는 우리가 사용하는 미터법 기압단위로 1911년 노르웨이의 비예르크네스에 의해 도입된 압력 단위다. 1BAR는 해면에서 100m 정도 높이의 압력으로 1기압이라고도 한다. 1BAR는 15PSI다. 앞서 말한 30~60PSI를 BAR로 변환하면 2.04~4.08BAR 정도다. 최근 출시되는 타이어는 PSI와 BAR가 모두 표기 되어 있으므로 자신에게 편리한 단위를 사용하면 된다. 여기서는 PSI를 기준으로 삼는다.

MTB와 로드의 공기압이 다른 이유

MTB 타이어와 로드 타이어의 공기압은 확연히 다르다. 타이어마다 차이가 있겠지만 MTB는 최대치가 60~80PSI 정도이고, 로드는 120~200PSI에 이른다. 그 이유는 MTB 타이어는 비포장도로와 다양한 노면의 장애물을 통과해야 하기 때문이다. 타이어가 1차적으로 노면충격을 흡수해줘야 하기 때문에 낮은 공기압으로 말랑말랑한 상태를 유지한다. 또 라이더가 안정적으로 주행과 조향을 할 수 있도록 최대한의 접지력와 마찰력을 만들어 내야 한다. 그래서 MTB 타이어는 폭이 넓고 두껍다.

접지력이 중요한 산악자전거는 타이어 폭이 넓은 만큼 많은 양의 공기가 들어간다. 하지만 충경흡수 능력을 위해 공기 양에 비해 낮은 압력을 유지한다

반면 로드 타이어는 폭이 매우 좁고 타이어도 얇다. 외관으로 보면 MTB 타이어가 로드의 두 배 이상의 공기가 들어갈 것 같다. 물론 공기의 양은 MTB가 더 많이 들어갈지 모르지만 타이어와 튜브가 머금는 공기의 압력이 다르다. 로드바이크는 100PSI 이상의 고압을 사용한다. 그 이유는 튜브 속 압력을 높여 최대한 팽팽한 상태로 노면의 구름저항을 줄여야 고속질주에 유리하기 때문이다.

평균적으로 100PSI 이상의 공기압이 들어간다. 팽팽한 타이어 상태로 구름저항을 줄여 보다 빨리 달리기 위해 얇지만 고압을 견딜 수 있는 타이어를 사용한다

그러면 타이어 사이드 월에 표기되어 있는 최대치 이상으로 공기압을 넣으면 어떨까? 최대치 공기압은 타이어를 생산할 때 안전규정에 따른 한계치다. 그 이상의 공기압을 넣으면 타이어에 무리를 주며 타이어를 지탱하는 림(Rim)의 파손으로도 이어질 수 있다. 최근 카본 림이 인기가 많은데 한계치로 공기압을 넣을 경우 파손되는 경우가 간혹 있다.

공기압에 따른 타이어 변화

사람이 운전하는 탈것 중 사람의 몸무게가 이동수단보다 무거운 것은 자전거 밖에 없다. 그래서 라이더와 공기압의 상관관계는 매우 크다

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공기압이 적으면 접지면적이 늘어나며 노면 충격을 잘 흡수한다. 하지만 너무 낮은 공기압은 큰 충격에 약해 림이 튜브를 찢는 현상을 유발하기도 하며 타이어 마모도 빨라진다. 반면 공기압이 높으면 구름저항이 낮아 고속주행에 유리하며 펑크 가능성도 낮아진다. 반면 코너링 시 타이어 접지력이 떨어지고 고압의 공기압으로 인해 노면충격을 흡수하지 못하고 라이더에게 그대로 전해져 승차감이 나빠진다. 그래서 적정 공기압이 필요하다.

로드바이크의 최대공기압과 최저공기압을 넣은 상태 비교. 확실하게 지면과 닿는 면적이 다르다

높은 공기압 - 공기압이 높으면 지면과 닿는 면적이 줄어들어 고속주행에 좋다. 다만 접지력이 떨어져 코너링에 불리하고 승차감이 나빠진다

낮은 공기압 - 공기압이 낮으면 접지력이 향상되어 라이딩이 안정적이다. 하지만 구름저항이 커져 자전거가 잘 나가지 않고, 펑크에 취약하며 타이어 마모도 빠르다

사실 적정 공기압이라고 해서 정해진 수치가 있는 것은 아니다. 각자의 몸무게와 자전거 무게에 따라 달라지며 라이딩 스타일, 라이딩 환경, 계절에 따라서도 약간씩 변한다. 하지만 변하지 않는 것이 하나 있는데, 바로 공기압 배분이다. 자전거를 탄 사람의 무게중심은 중앙보다 약간 뒤쪽에 위치한다. 또 라이딩을 시작하면 그 중심은 뒤쪽으로 더 많이 배분된다. 펑크가 뒷바퀴에서 주로 일어나는 이유도 그 때문이다. 따라서 공기압은 앞과 뒤를 약간씩 다르게 배분하는 것이 맞다. 앞 120PSI, 뒤 130PSI 하는 식으로 말이다.

적정 공기압, 여름은 적정보다 낮추고, 겨울은 더 높인다

체중과 주행 환경에 따라 적정 공기압은 달라진다. 그래서 타이어 전문가들은 타이어 적정 공기압을 라이더와 자전거 무게로 인해 타이어가 주저앉는 높이(Drop)를 기준으로 잡기도 한다. 일반적인 도로를 기준으로 타이어 사이드 윌 폭의 15%가 주저 않는 것이 주행성능이나 승차감에 가장 최적상태라는 것. 그러나 노면이 젖어 미끄러울 때는 10% 정도 공기압을 낮춰 접지력을 높이는 것이 좋다.

지면과 닿는 부분이 타이어 사이드 윌 폭의 15% 정도 주저앉을 때가 적정 공기압이라고 한다. 같은 사이즈의 타이어라도 타이어 폭과 몸무게, 환경에 따라 접촉면이 달라진다

공기압은 제동력에도 영향을 미친다. 공기압이 낮으면 지면과의 밀착력이 높아져 제동력이 향상된다. 반면 공기압이 높으면 접지력과 밀착성이 낮아져 제동력도 떨어진다.

타이어 공기압은 온도의 영향도 받는다. 기온이 10도 변화함에 따라 튜브 내부의 공기압은 3.4%의 변화가 일어난다. 예를 들어 영상 10도에 공기압 60PSI 넣었다면 20도에는 62PSI, 30도에는 64PSI, 40도에는 66.1PSI로 공기압이 바뀐다. 반대로 기온이 낮아지면 3.4%씩 공기압이 감소된다. 또 주행으로 인해 발생하는 열의 영향도 받는다. 특히 한여름 아스팔트의 지열은 60~70도를 넘는데 이 때문에 타이어의 공기압은 더 팽창하게 된다. 그러므로 한여름에는 적정 공기압보다 약간 낮게 세팅하고, 반대로 겨울은 조금 더 넣는 것이 좋다.

한편 적정 공기압을 계산해주는 스마트폰 어플도 있다. 타이어 회사 비토리아(Vittoria)에서 만든 iTire Pressure 어플이다. 로드바이크와 MTB 타이어 공기압을 모두 체크할 수 있고 사용자의 몸무게와 자전거 무게, 타이어 사이즈와 폭을 대입하면 적정 공기압을 표시해준다.

Tire Pressure 어플

상황에 맞는 선택이 중요하다. 다양한 종류의 펌프

플로어 펌프

가장 대표적인 펌프 형태. 스탠드 펌프라고도 하며 바닥에 세운 상태로 공기를 주입하는 대형 펌프를 말한다. 공기주입을 위한 가장 적합한 자세를 취할 수 있는 크기와 용량을 갖춰 빠르게 공기를 주입할 수 있다. 그러나 큰 부피와 무게로 휴대성이 떨어져 라이딩에 지니고 다니기보다는 집에 두고 주행 전후에 사용하는 경우가 많다. 보통은 공기압 게이지가 기본으로 달려 있어 정확하게 원하는 공기압을 주입할 수 있다.

제품 별로 밸브가 다를 수 있고, 주입 가능한 최대공기압도 차이가 있어 구입 전에는 밸브 타입과 주입 가능한 최대공기압을 꼭 확인해야 한다.

핸드 펌프

플로어 펌프의 단점인 휴대성을 극대화시킨 펌프. 라이딩 중에도 휴대하면서 돌발 상황 등에 대처할 수 있도록 무게와 크기를 줄인 펌프를 말한다. 미니 펌프라고도 불린다. 발과 손을 포함해 전신을 사용하는 플로어 펌프와는 달리 손으로만 작동해야 해서 공기주입 효율성은 떨어진다. 최근에는 플로어 펌프와 유사한 형태의 핸드 펌프도 등장해 발과 손을 동시에 사용하는 제품도 있다.

핸드 펌프를 구입할 생각이라면, 펌프의 에어탱크 용량을 꼭 확인한다. 크기가 천차만별인 핸드 펌프는 그 크기만큼 에어탱크의 크기도 제각각이다. 에어탱크는 실린더를 한 번 밀었을 때 주입되는 공기의 양을 결정하는 부품으로 핸드펌프의 공기주입 성능에 큰 영향을 미친다. 또 공기압 게이지가 달려 있는 것이 정확한 공기압 주입에 유리하다.

CO₂ 키트(인플레이터)

플로어 펌프의 단점인 휴대성을 극대화시킨 펌프. 라이딩 중에도 휴대하면서 돌발 상황 등에 대처할 수 있도록 무게와 크기를 줄인 펌프를 말한다. 미니 펌프라고도 불린다. 발과 손을 포함해 전신을 사용하는 플로어 펌프와는 달리 손으로만 작동해야 해서 공기주입 효율성은 떨어진다. 최근에는 플로어 펌프와 유사한 형태의 핸드 펌프도 등장해 발과 손을 동시에 사용하는 제품도 있다.

핸드 펌프를 구입할 생각이라면, 펌프의 에어탱크 용량을 꼭 확인한다. 크기가 천차만별인 핸드 펌프는 그 크기만큼 에어탱크의 크기도 제각각이다. 에어탱크는 실린더를 한 번 밀었을 때 주입되는 공기의 양을 결정하는 부품으로 핸드펌프의 공기주입 성능에 큰 영향을 미친다. 또 공기압 게이지가 달려 있는 것이 정확한 공기압 주입에 유리하다.

주행 환경과 상황에 맞게 선택해야, 타이어의 종류

자전거의 부품 중 유일하게 지면과 접촉하는 타이어는 가장 거친 자리에서 가장 많은 움직임이 요구되는 가혹한 환경을 견뎌야 한다. 타이어는 공기가 들어있는 고무 튜브 형태로, 자전거가 주행하기 위해 바퀴가 구를 때 외부의 충격을 흡수하고 접지력을 유지하면서 보다 빠르고 안전하게 달릴 수 있게 해준다. 자전거용 타이어는 내부에 별도의 튜브를 사용하는 방식과 자동차 타이어처럼 튜브가 없는 방식으로 나눌 수 있다.

클린처 타이어(Clincher Tire)

림과 타이어 사이에 튜브가 있는 타이어. 휴대성, 정비성, 편의성, 비용 측면에서 유리해 로드바이크와 MTB에 걸쳐 대중화되어있다. 타이어가 터지지 않는 이상 펑크가 나도 패치를 이용해 튜브를 수선하거나 교체하면 바로 재사용이 가능해 장거리 라이딩 혹은 거친 노면에 적합하다. 대체로 알루미늄 휠이나 림의 두께가 좁은 로우 림에 많이 사용된다.

튜브리스 타이어 (Tubeless Tire)

이름 그대로 튜브가 없는 타이어다. 튜뷸러 타이어와 다른 점은 통으로 된 호스 형태가 아니라 클린처와 마찬가지로 한쪽이 트여 림에 고정되는 것이다. MTB에서 주로 사용되며, 최근에는 로드바이크에도 사용되고 있다. 펑크가 잘 나지 않고 무게가 가벼우며 튜브가 없기 때문에 타이어와 튜브 간의 마찰도 없다. 낮은 공기압을 사용할 수 있어 승차감 향상에도 도움 된다. 하지만 큰 펑크가 났을 경우 대처가 어렵고 CO₂ 카트리지나 컴프레서 펌프가 없으면 장착이 힘들다. 또 튜브리스 전용 림이 필요하다.

 튜브리스 레디(Tubeless Ready)

타이어에 펑크 수리제인 실런트를 주입해 튜브 없이 타이어를 사용하는 방법으로, 튜브리스 방식보다 타이어 자체의 무게가 가벼워 경량을 추구하는 라이더들에게 알맞다. 튜브를 넣어 사용할 수도 있다. 비드에 접착제를 바르고 타이어를 끼워 완전히 밀착시킨 다음, 공기주입시 실런트를 넣고 바람을 살짝 넣어주면 완성. 실런트가 공기가 새는 것을 막아주는 원리다. 하지만 펑크에 다소 취약해서 장거리보다는 단거리 라이딩에 적합하다.

튜뷸러 타이어(Tubular Tire)

타이어와 튜브가 하나로 만들어진 타이어. 튜뷸러 타이어를 장착할 때는 접착제를 이용해 림에 타이어를 붙여야 한다. 클린처 타이어보다 공기압이 높아 가속감이 좋고 가볍지만 펑크가 났을 때는 수리가 어렵다. 값도 클린처 타이어보다 비싸다. 튜뷸러 타이어는 튜브와 타이어가 일체형으로, 일명 ‘통타이어’라고도 불린다. 비드가 없고 사이드월 부분이 튜브를 감싸 바느질로 마무리 되며 그 위에 면 테이프가 접착된 구조로, 클린처에 비해 구조가 단순하지만 높은 성능을 바탕으로 상급용 카본 림에 많이 이용된다.

※ 실런트란?

실런트(Sealant)는 타이어(튜브) 내부에 첨가해 펑크를 메워주는 액상의 제품을 말한다. 펑크가 났을 때 응급처치용으로 사용하지만, 펑크가 나지 않은 상태에서도 미리 주입해서 펑크를 미연에 방지하는 경우도 있다. 실런트는 액체의 상태여서 주입 후에는 타이어를 고르게 돌려주어야 균일하게 도포된다. 밸브 쪽으로 실런트가 고일 경우 밸브를 막을 수도 있기 때문에 주입 후에는 한동안 주의를 기울여야 한다.