V6형 전륜자동차에서 배기유속과 배기저항에 영향을 주는 것 때문에

ㆍ작성자	권영호
ㆍ작성일	2015-05-22 (금) 18:25

V6형 전륜자동차에서 배기유속과 배기저항에 영향을 주는 것 때문에

항상 카프로 클럽을 찾는 여러분께 오늘은 신선한 내용의 주제로 여러분의 자동차에 부착된 내용을 거리낌없이 받아들였을 여러분께 지적하는 글을 쓰고자 한다. 오늘의 주제는 수년전 학교에서 몇분의 교수분들과 논의되었던 내용이지만 메이커는 이 문제를 개선하지 않고 있다는 것을 지적하는 글이 될 것이다.

자동차 엔진에서는 배기가 자연스럽게 되어야 실린더 측으로 흡입되는 신선한 공기가 들어가게 되는 것이다. 그런데 연소실에 어떤 개스가 남아 있다고 할 때 들어가야 할 신선한 공기의 자연스러운 진입 방해가 된다는 것을 알고 머플러를 설계하였을까? 생각해 보는 시간이 될 것이다.

지금 아래 우측에서 보이는

부품은 어느 자동차의 배기관 일부의 사진 이미지다.
배기관 이미지를 넣는 이유는 자동차 공학을 아는 분이면 충분히 이해될 내용이겠지만 자동차 공학을 공부하지 않은 단순 자동차 사용자로써는 이해되지 않을 내용이지만 상식적으로는 생각할 수 있지 않을까 하여 공학적 문제점을 지적하고자 한다.

배기관의 구조에서 ①배기가스가 잘 나갈 수 없는 여러개의 커브를 가진 배기관 구조의 위 이미지와 ②배기가스가 나가는데 장애가 되지 않을 완만한 커브가 거의 없는 배기관이라고 할 때 배기 속도에 영향을 받는 쪽은 어느쪽 엔진일까?
예를 들어 V형 6실린더 엔진의 자동차에서 한쪽은 커브배기관이 부착되어 있고, 다른 한쪽은 커브가 없는 배기관이 부착되어 있다고 할 때 배기속도에 영향을 주는 3개의 실린더측과 배기속도의 영향을 받는 3개의 실린더 쪽의 차이를 알기 위해서는 엔진으로 거슬러 올라가서 생각해야 하기에 별도의 이미지 하나를 통해 설명하고자 한다.

이제 보여주게 되는 이미지는 자동차 공부를 많이 한 정비사라면 아래의 이미지가 밸브 개폐시기 선도는 잘 알고 있을것인데, 그 이유가 시험에 잘 등장하기 때문인데 시험이 끝나면 잊어지는게 밸브개폐시기 선도이다. 왜 잊는가 하면 정비중에는 생각할 일이 없기 때문이다. 그러나 깊은 정비를 하는 정비사라면 이 문제에 대하여 잘 알고 있다는 것 때문에 절대 잊을 수 없는 공학적 요소가 되는데 그 이유는 시험에 나온다는 것은 중요한 것으로써 정비시에 활용되어야 하는데도 정비사는 시험 문제를 출제하기 위한 용도로만 생각하고 밸브개폐시기 선도의 이미지에서의 C와 P의 각도 및 A의 각도에 대하여 생각하지 않는 경향이 있다.

본 홈페이지를 통해서 요즘 자동차는 엔진오일의 중요성이 있다고 필자는 늘 강조하고 있는데 그 이유가 바로 아래의 밸브 개폐시기 선도에서 변화가 오기 때문에 엔진오일 선택을 잘 해야 한다고 강조하고 있는 것이다. 다시 말하면 오일의 양, 종류 또는 점도에 따라서 또 엔진의 냉각수 온도에 따라서 아래 그래프의 구간이 변하게 되는 이유 때문이다. 곧 이미지 하나를 충분히 알고 있으면 정비사로써 승승장구 할 수 있고 전자제어 엔진의 문제점을 정비하지 못할 이유가 없는데 무시된 정비를 하기 때문에 스캐너를 보면서 데이터 분석을 못하는 것이라고 본다.

이제 좌측의 이미지를 통해 생각해 보고자 한다.

A라고 한 구간을 밸브 오버랩이라고 하는데 이는 흡입밸브와 배기밸브 모두가 열려있을 때를 말한다. 예를 들어본다.
1번 실린더가 흡입을 시작할 때면 1번 실린더의 배기밸브도 잠깐동안 열려 있다는 뜻이다. 물론 배기밸브가 흡입을 마칠때까지 열려 있는게 아니라 잠시동안 열려있게 되는데 이렇게 하는 이유가 연소실에 남은 고온 고압 개스를 더 많이 배출기킬 목적에서이다.
만일 고온고압 개스가 남아 있게 될 경우 1번실린더의 신선한 흡입공기가 줄어든다. 충분히 들어와야 할 공기가 들어오지 않는다고 할 때 압축에 영향을 미치게 되는 것으로써 배기밸브가 열려 있다고 하여도 배기가 덜 빠져 나간다고 생각해 보라. 이유가 어디있건 .... 그런데 위에서 본 커브가 많은 배기관 구조를 가진 실린더 측에서는 배기관의 곡선 때문에 배기가 덜 된다고 하는 것은 위 이미지의 밸브 오버랩 기간동안이 없어지는 것과 같은 효과를 낸다는 것이다.

● 그래프 설명: TDC이전에서 흡입밸브가 열린다. 그리고 BDC이후에서 흡입밸브가 닫힌다. 그럼 C는 자연스레 압축이 되는 것이다. 다시 BDC이전에 배기밸브가 열린다. 그리고 TDC이후에서 배기밸브 닫힘이 일어나는데 배기밸브가 닫히기 직전에 흡입밸브가 열려 있으니 흡입되는 공기에 밀려 연소실에 남았던 고온고압의 개스가 빠져 나가는 것이다.

직전의 그래프 설명의 내용처럼 자동차 공학에 의하면 밸브 오버랩을 두는 이유는 연소실의 소기(청소)효과를 높이는 목적을 가지고 있다. 그런데 설상가상으로 오버랩이 잘 설계 되었다 하여도 배기관에서 커브가 많으면 배기속도가 느려지기 때문에 오버랩의 각도가 줄어든 엔진이 된다는 것이다. 그럼 오버랩이 줄어들었을 경우 엔진은 어떤 증상을 가져올까? 첫째 노킹이다. 둘째 출력부족이다. 셋째 연비불량이다. 넷째 배출가스에서 HC의 양이나 NO^X의 양이 달라진다.

여기서 하나 더 제시하면 VVT라고 쓰인 자동차를 볼 수 있을 것이다. 이것은 밸브 오버랩의 위치가 위 그림과 같은 구조를 말하는게 아니라 오버랩이 좌측으로 또는 우측으로 변하는 구조를 말하는 것이다.
즉 자동차의 속도에 따라 오버랩의 크기와 위상이 변하는 것인데 좌측으로 변하면 가속시가 되고 위 그림과 같은 방식으로 변하면 정속주행이며 우측으로 변하면 감속이나 저속 또는 정차에 해당하는데 이와같이 밸브 오버랩을 변화 시키기 위한 장치가 OIL CONTROL VALVE이다. 또 흡입측 캠축만 제어하는 구조의 엔진도 있고 배기까지 제어하는 구조의 엔진도 있는데 이런 방식의 엔진은 오일의 중요성이 무척 크다.

위에서 본 배기관 전체 이미지를 다시 보기로 하자.
이미지에서 하얀색 화살표를 이용하여 배기개스의 경로를 표시하였다.
아래 우측 BANK1이라고 쓰인 곳 위에 3개의 실린더가 있고, BANK2라고 쓰인 곳 위에 3개의 실린더가 있다. 이와같이 BANK1과 BANK2의 배기관으로 나가기 직전에는 촉매라고 하는 장치가 있고 그 위에 실린더가 V형상으로 배치된 엔진이 올라가 있는 구조이며, 배기관의 길이 역시 다르고 두 배기관이 만나는 곳에서 또 한번의 저항을 발생시킬 구조로 되어 있다.

여러분이 볼 수 있듯이 BANK1은 자연스럽게 배기가스가 나가겠지만 BANK2측은 유턴과 같은 구조의 배기관 구조 때문에 배기가스가 나가는 속도가 느려진다.

지금까지 내용을 읽어오는 동안 여러분은 자동차 메이커 기술진들이 어련히 알아서 만들었을까 라고 할 것이다. 그런데 필자가 보는 바에 의하면 자동차 공학을 공부한 기술진이 아니라는 생각이 드는 이유는 무엇일까? 아래를 더 읽으면서 여러분의 생각을 정리해 볼 시간을 두고 싶다.

상당히 오래전의 얘길 하나 하고자 한다.
친구가 오랜만에 찾아왔다. 무심코 그와 함께 드라이브 겸 교외에서 점심을 하기로 하고 친구 차량에 동승해서 운행을 하는데 전화를 받기 힘들 정도의 풍절음 때문에 친구와 통화를 시도하였다가 통화를 못한 기억이 생각났다. 그에게 전화를 걸면 응답하지 않는다 나중에 전화를 걸어와 하는말은 운전중에는 전화기 밸이 들리지 않는다는 말이 확인되는 차량이었다. 아뭏든 풍절음은 고사하고 차량의 속도감이 없이 답답한 운행을 하는 것이었다.

배기량이 높은 차량의 성능을 보기 위하여 고속도 다운 운행을 해 보라는 말을 하였지만 그는 그럴수 없다고 하였다. 이때까지만 해도 그의 운전 방법이 서행위주라는 생각을 하였다. 우여곡절끝에 해변가에서 점심을 마치고 키를 받아 필자가 운전하기 시작했다. 그런데 아뿔싸~ 이럴수가 있나 라는 생각을 하였다.
문제는 친구가 운전하는 동안 친구의 말이었다.
가솔린 소모가 무척 빠르다는 것이었는데 그 말을 들으면서 운행하는데 연료계기의 내려가는 속도가 눈에 보인다면 거짖말 같겠지만 사실이었다.

한켠에 정차하고 본닛을 열었다. 그리고 엔진룸을 살피는데 이상하다는 생각이 들었다.
그 차를 운행하여 카프로정비업체로 향했다. 그리고 카프로들이 사용하는 온도측정기를 달라고 하여 엔진의 부위별 온도 측정을 하였다. 그리고 뱅크간의 연소온도가 다름을 발견하고 차를 들어올렸다. 그리고 놀라운 사실을 발견하였는데 그것이 배기관의 구조가 위와같은 차량이라는 것을 발견하게 되었고 배기관의 구조를 변경할 입장은 아니되니 최대한 배기저항을 줄이자는 다른 방법을 사용해서 일부 정비를 하고 다시 그곳을 빠져나와 점심하기 위하여 가야했던 거리만큼 운행을 하였다. 당시 친구의 말이 연료계기 내려가는게 보이지 않는다고.... 그날 친구는 부산을 향했고 이제는 필자있는 곳까지 찾아간다 하여도 한번 주유하고 왕복을 하고도 남겠다고 뭘 했기에 갑자기 연료 소모가 줄어들었느냐고 ....

그날 이후 몇개월 더 사용하던 자동차를 팔고 다른 구조의 배기관 차량을 구입하여 운행하고 있다.
이 친구는 차를 바꿀 때마다 필자와 논의하지 않고는 필자를 만나서 보여주고는 또 차를 바꾸는 차 바꾸는 것을 취미로 삼는 친구는 아니지만 이런 친구가 되었기에 자동차 전문가 친구와 상의하지 않고 차를 구입할 것이라면 차타고 오지 말라는 말을 하여야 했다.

이날 이후 수 많은 전륜구동형 자동차를 관찰하기 시작하였다. 그리고는 한탄을 할 뿐이다. 이런 속사정을 모르는 여러분들은 그저 답답한 운행을 하거나 배기관에 의하여 발생하는 문제점을 모른체 엉뚱한 정비를 하고 있다는 것이다. 가장 많은 고장코드의 하나가 촉매관련한 내용이라는 것이고, 여러분의 자동차를 정비하는 정비사는 촉매교환을 유도하고 소비자인 여러분은 작업해 주세요 라고 하지만 머지않아 동일한 문제가 다시 발생한다는 것을 지적한다.

자동차를 모른다고 하기 전에 위 글에 대하여 충분히 또는 적당히, 읽고서 어떤 생각이 들었다면 본 홈페이지를 통해서 누누히 강조하는 냉각수의 중요성과 오일의 중요성을 다시 볼 수 있는 눈의 소유자가 되어야 한다.

QR코드 : V6형 전륜자동차에서 배기유속과 배기저항에 영향을 주는 것 때문에 http://kapro.co.kr/club/board.php?board=basic02&page=5&command=body&no=464

연료분사장치의 하나 인젝터가 일으키는 문제

누구나 냉각장치의 고장진단이 가능하니 한번 엔진룸을 열어보자.