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자동차 튜닝
엔진튜닝
1. 하이 캠 샤프트
원래는 하이 리프트 캠 샤프트가 정확한 명칭이다. 보통 줄여서 하이캠이라 한다. 캠 샤프트의 역할은 해드의 흡기, 배기 밸브를 여닫는 기구로서 밸브를 개폐해 혼합기를 연소실로 그리고 연소된 가스를 방출하는 기능을 한다.
하이캠을 이해하려면 먼저 오버랩(over lap) 과 리프트 레이트(lift rate)를 알아야 한다.
오버랩이란 흡기밸브와 배기밸브가 동시에 열려있는 기간을 말한다. 배기행정시 밸브가 열려서 배기가스가 빠져 나갈때 흡기밸브가 열리는 것은 공기의 흐름에서 발생하는 관성을 이용하여 흡기 공기의 충전율을 높이기 위해서 이다. 모든 4행정 기관의 경우 배기밸브가 닫히기 전에 흡기밸브가 열리고 이 오버랩 각도에 따라 아이들 상태와 저속 또는 고속에서의 출력에 영향을 준다.
리프트 레이트란 캠 샤프트에 의해 밸브가 닫히고 열리는 속도와 밀접한 관계가 있다. 캠 샤프트를 제작할 때 가장 중요한 부분은 제한된 시간 안에 얼마나 빠르게 밸브가 열리며 가장 오랫동안 열린 상태를 유지시킨 후 신속하게 닫히게 하느냐에 달려 있다. 캠 샤프트를 얘기할 때 각도란 말이 나오는 데 밸브가 열려서 닫히는 동안을 각도로 표현하는데 티뷰론 2.0 의 경우 228도이다. 스트리트 튜닝카의 경우는 248-264도 정도를 사용하고 레이싱용은 272-296도 정도, F1 레이스의 경우 300-320도 정도를 사용한다.
그렇다고 무조건 큰 각을 사용할 경우 저속에서 출력이 떨어지거나 아이들 상태에서 심한 부조화를 일으킨다. 저속에서 출력이 떨어지는 것을 방지하기 위해서는 압축비를 상승시켜야 한다. 또, 너무 많이 압축비를 상승시킬 경우 녹킹(knocking)이 발생하므로 최적의 압축비와 연료량 등의 세팅이 뒤따라야 한다.
2. 피스톤
엔진은 실린더 내에 있는 피스톤의 상하 운동을 크랭크 샤프트에서 회전 운동으로 바뀌어 회전력을 얻는다. 실린더 내부를 상하로 움직이며 고열과 고압 속에서 견디어야 하는 피스톤은 상당히 중요하다 할 수 있다. 일반적으로 피스톤은 주조와 단조로 나눌 수 있다.
주조는 주형에 용융된 금속을 넣어서 만드는 것으로 내부 조직이 치밀하지 못하여 내부에 기포로 인하여 강성이 떨어진다.
이에 비하여, 단조 피스톤은 가열된 재료를 햄머를 사용하여 타격함과 동시에 소성의 재료로 성형하는 기술로 제작되어 주조품보다 가벼우며 조직이 치밀하여 열에 강하고 강도가 높아 엔진의 내구성도 높아지게 된다. 또한 피스톤 4개의 무게를 똑같이 하여 밸런스를 맞추어 주는 것이 좋다.
3. 헤드 포팅
헤드 포팅은 크게 연소실 가공과 흡, 배기 포트 가공 두 가지로 나눌 수 있다.
노멀 상태의 헤드는 알루미늄 주물로 제작되어 표면 상태가 매끄럽지 못하다. 연소실 내의 표면은 매끄럽게 가공함으로써 열의 반사로 인한 빠른 화염 전파로 최대 폭발을 이끌어 낼 수 있다.
포트 가공은 흡기 포트와 배기 포트로 나눌 수 있는데 흡기 포트 가공은 흡기 포트 통로를 매끄럽게 가공하여 공기 저항을 줄여주고 각도를 높여줌으로써 공기의 와류 현상이 잘 일어나도록 배려해야 한다. 통로를 모주건 크게 하는 것은 유속이 느려져 공기량이 줄어들므로 한계점을 찾아야 한다. NA차량의 경우 헤드 포팅은 중요하다. 최대 10%이 출력 증강을 경험할 수 있다.
냉각계통 튜닝
1. 오일 쿨러
엔진 튜닝으로 출력이 중가 하게 되면 반드시 따라야 하는 게 냉각 계통의 튜닝이다. 먼저 오일 쿨러에 대하여 알아보겠다. 오일은 보통 110도 고성능 오일이라도 120도가 넘으면 성능이 극도로 저하되는데 오일의 점도가 떨어져 유막을 형성하지 못함으로써 기관의 섭동 부위의 마찰력을 크게 한다. 오일 온도를 110도에서 유지하는 것이 엔진 성능을 극대화하는데 중요하다. 방법은 대용량 오일 쿨러를 장착하여 적정 오일 온도를 유지하도록 한다.
2. 메쉬호스, 라지에타 켑
엔진에서 발생된 열을 식히는 방법 중의 하나가 냉각수를 이용한 것이다. 라지에타 내부의 물이 외부와 통하면 물의 온도는 100도C 이상 올라가지 않으므로 외기와의 온도 차는 항상 100도C가 된다. 그러나 이 온도 차이를 크게 하면 냉각 효과를 높일 수 있다.
라지에타 캠으로 라지에타 내부와 외부 공기와 차단 밀폐하면 온도가 높아지면서 물이 팽창하여 고무로 되어 있는 호스를 팽창시키게 된다.
이 때, 금속성 재료로 외부를 감싸 놓으면 팽창을 막게 되고, 압력이 가해져서 냉각수가 100도C 이상 되어도 비등하지 않게 되고, 외부 공기와 온도차가 커져서 냉각 효과를 높일 수 있을 뿐만 아니라 검은색 일색인 엔진룸을 아름답게 꾸밀 수 있다. 고압 라지에타 캠을 사용하는 이유도 여기에 있다. 순정은 0.9 bar 인데 비하여 튜닝용은 1.3 - 1.5 bar 까지 사용할 수 있어서 오버 히트를 막을 수 있다.
동력전달장치 튜닝
1. 클러치커버
클러치 커버는 동력 전달 장치 중의 하나로서 흔히 삼발이라 불리는 부품으로서 크게 압력판과 클러치 스프링으로 구성되어 있다. 튜닝용 클러치 커버는 이중 클러치 스프링을 보강한 제품으로서 순정품은 250-400kg 정도의 장력을 갖는데 비하여 튜닝용은 600-800kg 정도의 장력으로 클러치 디스크를 플라이휠과 압력판 사이에 밀착시킴으로써 클러치 판의 슬립에 의한 동력 손실 및 클러치 디스크의 조기 마모를 줄일 수 있는 제품으로서 튜닝으로 인하여 출력이 증가한 차량에게는 꼭 필요한 제품이다.
순정품은 약 7000 rpm 정도에서 밸런스를 보나 튜닝용은 약 10,000 rpm으로 밸런스를 보므로 고속 회전에서 보다 안정적이다. 요즘 고성능 터보 차량들은 한 장의 디스크로는 동력 전달이 잘 이루어지지 않아 2장 (더블 플레이트), 3장 (트리플 플레이트) 까지 사용하기도 한다.
2. 동판 디스크
클러치 디스크는 압력판과 플라이 휠의 사이에 설치되는 부품으로서 실질적으로 엔진의 동력을 미션에 전달하는 역할을 한다. 클러치 디스크의 마찰면 양쪽을 페이싱(facing)이 부착되어 있는 소재의 종류에 따라 동, 세라믹, 카본, 수지나 고무 등으로 구분된다. 순정품의 경우 페이싱의 소재가 석면 직물에 마찰 조정제를 섞은 후 수지나 고무 등의 결합제로 되어 있고 양쪽 페이싱 사이에 쿠션판이 들어 있어서 연결 시 출격을 완화하는 역할을 한다. 이에 비해서, 튜닝용은 페이싱의 재료가 마찰 계수 및 열가가 높은 소재인 동, 세라믹, 카본 등의 소재로 만들어져 있으며 페이싱 중간에 쿠션판을 제거하여 동력전달시 신속한 연결과 슬립 방지로 출력 손실을 줄일 수 있으며, 급격한 연결 시 충격을 완화하는 토션 스프링이 들어 있는 제품과 온로드 써키트용으로 나오는 솔리드 형이 있다.
ECU 튜닝
Electronic Control Unit는 각종 센서들로부터 정보를 받아서 운전 상태에 따라서 연료 분사량, 점화 시기가 E.C.U에 의해 자동 제어됨으로써 연비, 엔진 효율 및 주행 성능을 좌우하여 유해 배출 가스를 감소시킨다.
1.양산 ECU의 경우 10% 정도의 출력 여유를 두고 프로그램 되어 있음. (압축비의 편차, 기계 가공의 편차 등을 고려해 녹킹 방지를 위해서 많은 여유를 둠.)
2.여러 형태의 운전 습관을 가진 운전자의 조작에 적합하도록 프로그램 되어 있음. (빠른 엔진 응답성으로 인한 갑작스런 출발로 인한 실수방지 목적.)
3.20만km 이상의 엔진 변화에도 적합하도록 프로그램 - 10만km 이상의 주행 후 실린더 내부의 카본으로 인하여 압축비 변화를 예상하여 점화 시기 설정. - 10만km 이상의 주행 후에도 적절한 배기 가스가 나오도록 엔진의 상태 설정.
▣ 튜닝 E.C.U의 경우
1.양산 압축비의 편차, 기계 가공의 편차를 파악하여 최적의 점화 시기 및 연료량 설정. 튜닝 차량의 경우 변화된 흡기량을 측정하여 여기에 적합하도록 연료량 설정.
2.배기 가스 성분을 위한 환경 친화적 연료량 설정.
3.rpm구간 및 흡기량에 따른 최적화 AFR설정. - 공기 흡입량을 측정하여 배기 가스를 고려하여 최대 토크가 나오도록 연료량 설정. - 운전자 주사용 RPM 에서 최대 토크가 나오도록 연료 소비량 조절.
4.녹킹 발생 시 순간적으로 점화 시기 지각 (retard) 기능 및 빠른 복구 기능.
전기장치 튜닝
1. 플러그
긴 수명이 장점인 백금이나 이리듐 소재로 되어 있으며 중심 전극이 0.4-0.8mm 로 가는 전극은 요구 전압(최저 방전 전압)을 낮춰 시동성 향상과 아이들 링의 안정을 가져올 수 있다.
2. 플러그배선
종래의 카본 코드는 규격이 16kΩ/m이기 때문에 길이에 의해 저항치가 있음. 그리고 카본 코드는 시간이 흐를수록 저항치가 변화(차량 진동에 의한 단선)하기 때문에 불꽃에너지가 점차 약화됨. 또한 고무 피복이 열화에 의해 균열하여 방전의 원인이 된다.
그러나 튜닝용은 동심선을 채용하여 전기 저항이 적고 외부 피복을 실리콘으로 하여 절연성이 우수하며 순수 실리콘 고무는 실리콘 두께 1m/m당 23kv정도로 절연성이 뛰어나며 8m/m 에서는 내전압 15만 볼트 이상, 7m/m 12만 볼트 이상을 실현하여 고성능 점화 장치 사용에도 충분한 여유를 가질 수 있다.
다른 차종 보다 좀더 빠르게 운행하고 싶은 충족을 시켜줄 수 있는 것이 엔진튜닝입니다. 자동차에서 가장 핵심적인 부분인 만큼 엔진튜닝의 방법에도 여러 가지가 있습니다.
피스톤을 교환하거나 실린더의 헤드부분 절삭을 하여 압축비를 높이게 하거나 헤드 가스켓을 교환하고, 점화플러그를 교환하거나 하는 등도 엔진튜닝이라고 할 수 있습니다.
엔진은 복잡하게 많은 부품으로 구성되어 있어서 엔진튜닝의 방법은 무수히 많다고 볼 수 있습니다. 그리고 압축비를 낮추지 않은 상태에서 부스트를 걸게 되면 피스톤에 심각한 손상을 주게 되고 엔진이 깨질수도 있는 상황까지 갑니다. 그러나 너무 낮은 압축은 배기 온도의 상승,연비 저하,출력저하의 영향을 받기 때문에 철저한 계산이 필요 합니다.
이와 같이 압축을 설정하는 것은 피스톤 ,커넥팅 로드, 크랭크 축 모든 것으로 다 가능하나 필요에 따라 차이가 많기 때문에 튜너와 적절한 상담을 한 후 결정하는 것이 바람직합니다.
흡기 튜닝
공기는 연료흡배기 튜닝의 구성요소는 에어크리너 ,인테이크 파이프,배기 매니 폴더,센터 파이프, 엔드 머플러로 이루어진다.와 함께 점화 연소되어 자동차를 움직이는 동력원입니다. 기존의 성능보다는 월등한 성능을 내기위하여 좀더 많은 공기를 좀더 빨리 엔진속으로 집어 넣기 위한 메카니즘이 바로 흡기튜닝입니다. 첫째의 기본적인 엔진튜닝은 에어크리너(에어필터)를 튜닝용으로 교환하는 것입니다. 에어크리너를 통해 공기가 좀더 원활하게 각 실린더로 들어가도록 돕기위해서 흡기매니폴드를 매끈하게 가공하는 방법과 드로틀바디의 구경을 크게 가공하거나 아예 교환하는 튜닝도 있습니다. 이러한 흡기튜닝의 효과로는 가속력향상을 시킬 수 있고, 최고속도의 효과를 볼 수도 있습니다. 그리고 차종과 에어필터의 종류에 따라서는 박력있고 독특한 공기흡입소리를 들으며 다이나믹한 운전할 수도 있습니다
엔진오일
엔진오일은 마모방지기능 외에도 밀봉, 청정분산, 냉각, 방청기능, 방청 및 충격완화등 생각보다 많은 역할을 수행한다.
따라서 운행조건이나 운전습관에 따라 적절한 엔진오일을 선택하면 엔진의 상태를 최적화하여 내구성의 강화와 성능의 향상까지도 끌어낼 수 있다.
고회전을 거의 사용치 않는 운전자라면 굳이 100% 합성유를 사용할 필요는 없다. 부분합성유를 사용하는 것만으로도 충분하다. 그러나 파워업을 하거나 다이나믹한 운행하는 튜닝 카라면 가급적 100% 합성유를 사용하는 것이 바람직하다.
엔진튜닝으로 엔진의 성능이 대폭적으로 향상됐을 경우, 엔진은 이전에 비해 더욱 많은 열이 발생하고 이로 인해 내구성 및 지구력이 저하된다. 엔진오일은 120℃를 넘어서면 성능이 떨어지게 되며, 유막이 열을 견디지 못해 엔진트러블을 일으킬 수 있다. (부조화 현상 및 기타 이변적인 엔진 마모 엔진은 분당 엄청난 회전수를 갖기 때문에 금속부품간의 마찰이 발생하게 되고 연소실 내부온도는 약 900℃까지 치솟게 된다. 이렇게 엄청난 온도속에서 큰 파워를 내는 튜닝엔진일수록 각 부품이 접촉하는 부분에 미치는 하중과 회전수가 늘어나게 된다. 이러한 회전력의 상승은 오일의 유막의 유지가 어려워지는 조건이므로 고품질의 오일을 사용해야만 한다
흡기에 대한 튜닝(Induction system tuning)
공기는 연료와 함께 자동차를 움직이는 동력원입니다.
그래서 좀더 많은 공기를 더 빨리 엔진속으로 집어 넣기 위한 튜닝이 바로 흡기튜닝입니다.
가장기본적인 것이 에어크리너(에어필터)를 튜닝용으로 교환하는 것입니다.
튜닝용 에어필터는 보통 필터자체의 재질이 순정품과는 틀리고, 에어크리너를 감싸고 있는 박스가 없는 오픈타입이 일반적입니다.
그리고 에어크리너를 통해 공기가 좀더 원활하게 각 실린더로 들어가도록 돕기위해서 흡기매니폴드를 매끈하게 가공하는 방법과 드로틀바디의 구경을 크게 가공하거나 아예 교환하는 튜닝도 있습니다.
이러한 흡기튜닝의 효과로는 가속력향상을 기대할 수 있고, 경우에 따라서는 최고속도도 상승하는 효과를 볼 수도 있습니다.
그리고 차종과 에어필터의 종류에 따라서는 박력있고 독특한 공기흡입소리(?)를 들으며 운전할 수도 있습니다.
흡기에 대한 튜닝(Induction system tuning)
공기는 연료와 함께 자동차를 움직이는 동력원입니다.
그래서 좀더 많은 공기를 더 빨리 엔진속으로 집어 넣기 위한 튜닝이 바로 흡기튜닝입니다.
가장기본적인 것이 에어크리너(에어필터)를 튜닝용으로 교환하는 것입니다.
튜닝용 에어필터는 보통 필터자체의 재질이 순정품과는 틀리고, 에어크리너를 감싸고 있는 박스가 없는 오픈타입이 일반적입니다.
그리고 에어크리너를 통해 공기가 좀더 원활하게 각 실린더로 들어가도록 돕기위해서 흡기매니폴드를 매끈하게 가공하는 방법과 드로틀바디의 구경을 크게 가공하거나 아예 교환하는 튜닝도 있습니다.
이러한 흡기튜닝의 효과로는 가속력향상을 기대할 수 있고, 경우에 따라서는 최고속도도 상승하는 효과를 볼 수도 있습니다.
그리고 차종과 에어필터의 종류에 따라서는 박력있고 독특한 공기흡입소리(?)를 들으며 운전할 수도 있습니다.
사람도 음식을 먹으면 꼭 나오는 것(?)이 있어야 하듯이 자동차도 무작정 먹을 수만은 없기 때문에 배출을 하게 되는데, 이러한 배출을 용이하게 하기 위해서 하는 튜닝을 배기튜닝이라고 합니다.
우선 가장 흔한 배기튜닝은 아시다시피 머플러를 바꾸는 것이 있고, 흡기튜닝과 마찬가지로 배기매니폴드를 교환하거나 가공하는 방법이 있습니다. 흔하진 않지만 머플러를 추가하는 경우도 있습니다.
흡기나 배기매니폴드를 가공하거나 교환하는 이유는 순정매니폴드의 경우는 내부가 거칠고 좁기 때문에 공기흐름을 방해할 수가 있습니다. 그래서 매끈한 소재의 매니폴드로 교환거나 내부를 매끈하게 가공하는 방법을 사용하고 있습니다.
이러한 배기튜닝도 가속력 향상과 같은 효과를 기대할 수가 있고, 원한다면 중저음의 배기음을 만들 수도 있습니다. 하지만 배기튜닝의 경우 무조건 매니폴드의 구경을 크게 한다고 좋은 것은 아닙니다. 구경이 너무 클 경우는 오히려 배기압력이 떨어져서 역효과를 낼 수가 있기 때문입니다.
아울러 머플러를 교환할 경우는 드레스업의 효과도 기대할 수가 있습니다.
드레스업 튜닝은 한마디로 자동차를 화장시키고 이쁘고 멋지게 만드는 튜닝입니다.
보통은 다른튜닝(머플러 교환같은)을 하게되면 보너스로 얻게 되기도 합니다.
흔한 예로 펜더에 시그널(깜빡이)을 장착한다던지 시그널을 수출용부품으로 교환하는 방법등이 있습니다.
하지만 역시 드레스튜닝의 꽃이라면 사이드 스커트나 프론트, 리어 스커트같은 에어댐을 장착하는 경우죠. 에어댐같은 경우는 제대로 설계해서 만들 경우 코너링이 좋아지고 고속직진성이 상승되는 등의 효과가 있습니다.
가장 흔한 것이 리어스포일러를 장착하는 경우입니다. 비교적 장착이 쉽고 너무 튀지도 않기 때문에 제작업체에서도 옵션품목으로 장착하고 있기도 합니다.
그리고 멋진 스티커를 붙이는 것도 드레스업 튜닝이라고 할 수 있습니다.
물론 지저분하다는 느낌을 주면 그것은 실패한 튜닝입니다. 가장 흔한 것이 스티커를 붙이는 것인데 스티커의 수(엄청나게 많은 스티커를 붙이는 것)로 효과를 보려고 하지 말고 스티커색상과 자동차색상의 조화, 붙이는 위치와 스티커크기등을 신중하게 생각해서, 가장 적은 수의 스티커로 가장 눈에 띄는 포인트를 주는 것이 중요합니다.
한마디로 거의 모든 튜닝이 그 자체만으로도 드레스업 튜닝의 효과를 함께 한다고 보시면 좋을 것 같습니다.
엔진튜닝과 함께 서스펜션 튜닝은 미묘하고도 힘든 튜닝이라고 할 수 있습니다.
용인 스피드웨이에서도 서스펜션 튜닝이 승패를 좌우할 정도로 자동차에 있어서 중요한 튜닝입니다.
물론 드라이버의 기량도 빼놓을 순 없겠습니다.
서스펜션을 튜닝하는 가장 큰 이유는 코너링을 좋게 하기 위함 입니다.
가장 흔한 예는 쇽업쇼바를 교환하고 스프링을 교환하거나 스테빌라이저를 교환하는 등의 튜닝이 있고, 100분의1초가 승패를 좌우하는 레이싱의 경우는 조그만 부싱의 경우도 다른 재질로 교환해서 코너링향상을 기대하기도 합니다.
그리고 휭얼라이먼트를 조정함으로써 코너링특성을 변화시키고 각각의 레이스트랙에 맞는 차량으로 튜닝하기도 합니다. 이 경우는 조금의 수치변화도 커다란 결과변화를 가져오기 때문에 많은 노하우와 오랜 기간의 테스트기간을 요구하게 됩니다.
서스펜션 튜닝의 또다른 효과는 고속주행시의 안정성이 있습니다.
보통 서스펜션을 튜닝하게 되면 차체가 낮아지게 되는데 낮아진 차체는 무게중심을 아래쪽으로 이동시키면서 코너링과 고속직진성을 좋게 합니다. 운동선수들이 자세를 낮추는 것을 보면 이해가 쉬우리라 생각됩니다. 서스튜닝후에는 불안하기만 했던 고속주행이 한결 편안하고 안정된 느낌을 주는 것을 느낄 수 있습니다.
서스펜션 튜닝으로 스프링을 교환할 경우는 차체가 약 2-3cm 낮아지면서 훨씬 안정된 모습을 보여주기도 해서 이것 또한 드레스업 튜닝의 효과까지도 함께 노릴 수 있습니다.
하지만 대부분의 코너링위주의 서스펜션 튜닝은 승차감을 안좋게 하는 부작용이 있습니다. 튜닝용품의 탄성계수가 크고 상하피칭이 작아서 노면의 충격을 순정품만큼 흡수하지 못하기 때문이죠.
힘이 없어서 빌빌거리는 차를 타면 짜증이 나시죠?
다른 사람보다 좀더 빠르게 가고 싶은 기대를 충족시켜줄 수 있는 것이 바로 엔진튜닝입니다.
자동차에서 가장 핵심적인 부분인 만큼 엔진튜닝의 방법에도 여러 가지가 있습니다.
피스톤을 교환해서 압축비를 높인다거나 헤드가스켙을 교환하고, 점화플러그를 교환하거나 하는등도 엔진튜닝이라고 할 수 있죠. 요즘엔 하이캠을 쓴다던지 해서 고속에서의 효율을 좋게하는 튜닝을 하거나 자동차의 두뇌라고 할 수 있는 ECU를 튜닝해서 좀더 효율적으로 엔진출력을 끌어내기도 합니다.
엔진자체가 복잡하게 많은 부품으로 구성되어 있어서 엔진튜닝의 방법은 무수히 많다고 볼수 있습니다.
좀더 적극적인 엔진튜닝으로는 터보차저를 장착하는 방법도 있습니다.
악셀레이터 페달에 발이 닿는 순간. 시트로 온몸이 파묻히는 느낌을 원하신다면 한번쯤 도전해볼 만한 튜닝입니다.
자동차에 튜닝을 하다보면 '이 튜닝을 도대체 무슨 튜닝이라고 해야 하나?' 반문을 갖게 하는 것들이 있습니다.
한예로 휠을 바꾸는 것이 과연 코너링을 위한 튜닝인가, 드레스업을 위한 튜닝인가? 아니면 가벼운 휠로 바꿈으로써 가속력향상을 기대할 수도 있으니 파워업이라고 불러야 하나?
하지만 이것은 자신이 어떠한 목적으로 휠을 튜닝하는지를 결정한다면 자연스럽게 답이 나오리라 생각됩니다.
흡기에 대한 튜닝(Induction system tuning) 공기는 연료와 함께 자동차를 움직이는 동력원입니다. 그래서 좀더 많은 공기를 더 빨리 엔진속으로 집어 넣기 위한 튜닝이 바로 흡기튜닝입니다. 가장기본적인 것이 에어크리너(에어필터)를 튜닝용으로 교환하는 것입니다. 튜닝용 에어필터는 보통 필터자체의 재질이 순정품과는 틀리고, 에어크리너를 감싸고 있는 박스가 없는 오픈타입이 일반적입니다. 그리고 에어크리너를 통해 공기가 좀더 원활하게 각 실린더로 들어가도록 돕기위해서 흡기매니폴드를 매끈하게 가공하는 방법과 드로틀바디의 구경을 크게 가공하거나 아예 교환하는 튜닝도 있습니다. 이러한 흡기튜닝의 효과로는 가속력향상을 기대할 수 있고, 경우에 따라서는 최고속도도 상승하는 효과를 볼 수도 있습니다. 그리고 차종과 에어필터의 종류에 따라서는 박력있고 독특한 공기흡입소리(?)를 들으며 운전할 수도 있습니다. 사람도 음식을 먹으면 꼭 나오는 것(?)이 있어야 하듯이 자동차도 무작정 먹을 수만은 없기 때문에 배출을 하게 되는데, 이러한 배출을 용이하게 하기 위해서 하는 튜닝을 배기튜닝이라고 합니다. 우선 가장 흔한 배기튜닝은 아시다시피 머플러를 바꾸는 것이 있고, 흡기튜닝과 마찬가지로 배기매니폴드를 교환하거나 가공하는 방법이 있습니다. 흔하진 않지만 머플러를 추가하는 경우도 있습니다. 흡기나 배기매니폴드를 가공하거나 교환하는 이유는 순정매니폴드의 경우는 내부가 거칠고 좁기 때문에 공기흐름을 방해할 수가 있습니다. 그래서 매끈한 소재의 매니폴드로 교환거나 내부를 매끈하게 가공하는 방법을 사용하고 있습니다. 이러한 배기튜닝도 가속력 향상과 같은 효과를 기대할 수가 있고, 원한다면 중저음의 배기음을 만들 수도 있습니다. 하지만 배기튜닝의 경우 무조건 매니폴드의 구경을 크게 한다고 좋은 것은 아닙니다. 구경이 너무 클 경우는 오히려 배기압력이 떨어져서 역효과를 낼 수가 있기 때문입니다. 아울러 머플러를 교환할 경우는 드레스업의 효과도 기대할 수가 있습니다. 드레스업 튜닝은 한마디로 자동차를 화장시키고 이쁘고 멋지게 만드는 튜닝입니다. 보통은 다른튜닝(머플러 교환같은)을 하게되면 보너스로 얻게 되기도 합니다. 흔한 예로 펜더에 시그널(깜빡이)을 장착한다던지 시그널을 수출용부품으로 교환하는 방법등이 있습니다. 하지만 역시 드레스튜닝의 꽃이라면 사이드 스커트나 프론트, 리어 스커트같은 에어댐을 장착하는 경우죠. 에어댐같은 경우는 제대로 설계해서 만들 경우 코너링이 좋아지고 고속직진성이 상승되는 등의 효과가 있습니다. 가장 흔한 것이 리어스포일러를 장착하는 경우입니다. 비교적 장착이 쉽고 너무 튀지도 않기 때문에 제작업체에서도 옵션품목으로 장착하고 있기도 합니다. 그리고 멋진 스티커를 붙이는 것도 드레스업 튜닝이라고 할 수 있습니다. 물론 지저분하다는 느낌을 주면 그것은 실패한 튜닝입니다. 가장 흔한 것이 스티커를 붙이는 것인데 스티커의 수(엄청나게 많은 스티커를 붙이는 것)로 효과를 보려고 하지 말고 스티커색상과 자동차색상의 조화, 붙이는 위치와 스티커크기등을 신중하게 생각해서, 가장 적은 수의 스티커로 가장 눈에 띄는 포인트를 주는 것이 중요합니다. 한마디로 거의 모든 튜닝이 그 자체만으로도 드레스업 튜닝의 효과를 함께 한다고 보시면 좋을 것 같습니다. 엔진튜닝과 함께 서스펜션 튜닝은 미묘하고도 힘든 튜닝이라고 할 수 있습니다. 용인 스피드웨이에서도 서스펜션 튜닝이 승패를 좌우할 정도로 자동차에 있어서 중요한 튜닝입니다. 물론 드라이버의 기량도 빼놓을 순 없겠습니다. 서스펜션을 튜닝하는 가장 큰 이유는 코너링을 좋게 하기 위함 입니다. 가장 흔한 예는 쇽업쇼바를 교환하고 스프링을 교환하거나 스테빌라이저를 교환하는 등의 튜닝이 있고, 100분의1초가 승패를 좌우하는 레이싱의 경우는 조그만 부싱의 경우도 다른 재질로 교환해서 코너링향상을 기대하기도 합니다. 그리고 휭얼라이먼트를 조정함으로써 코너링특성을 변화시키고 각각의 레이스트랙에 맞는 차량으로 튜닝하기도 합니다. 이 경우는 조금의 수치변화도 커다란 결과변화를 가져오기 때문에 많은 노하우와 오랜 기간의 테스트기간을 요구하게 됩니다. 서스펜션 튜닝의 또다른 효과는 고속주행시의 안정성이 있습니다. 보통 서스펜션을 튜닝하게 되면 차체가 낮아지게 되는데 낮아진 차체는 무게중심을 아래쪽으로 이동시키면서 코너링과 고속직진성을 좋게 합니다. 운동선수들이 자세를 낮추는 것을 보면 이해가 쉬우리라 생각됩니다. 서스튜닝후에는 불안하기만 했던 고속주행이 한결 편안하고 안정된 느낌을 주는 것을 느낄 수 있습니다. 서스펜션 튜닝으로 스프링을 교환할 경우는 차체가 약 2-3cm 낮아지면서 훨씬 안정된 모습을 보여주기도 해서 이것 또한 드레스업 튜닝의 효과까지도 함께 노릴 수 있습니다. 하지만 대부분의 코너링위주의 서스펜션 튜닝은 승차감을 안좋게 하는 부작용이 있습니다. 튜닝용품의 탄성계수가 크고 상하피칭이 작아서 노면의 충격을 순정품만큼 흡수하지 못하기 때문이죠. 힘이 없어서 빌빌거리는 차를 타면 짜증이 나시죠? 다른 사람보다 좀더 빠르게 가고 싶은 기대를 충족시켜줄 수 있는 것이 바로 엔진튜닝입니다. 자동차에서 가장 핵심적인 부분인 만큼 엔진튜닝의 방법에도 여러 가지가 있습니다. 피스톤을 교환해서 압축비를 높인다거나 헤드가스켙을 교환하고, 점화플러그를 교환하거나 하는등도 엔진튜닝이라고 할 수 있죠. 요즘엔 하이캠을 쓴다던지 해서 고속에서의 효율을 좋게하는 튜닝을 하거나 자동차의 두뇌라고 할 수 있는 ECU를 튜닝해서 좀더 효율적으로 엔진출력을 끌어내기도 합니다. 엔진자체가 복잡하게 많은 부품으로 구성되어 있어서 엔진튜닝의 방법은 무수히 많다고 볼수 있습니다. 좀더 적극적인 엔진튜닝으로는 터보차저를 장착하는 방법도 있습니다. 악셀레이터 페달에 발이 닿는 순간. 시트로 온몸이 파묻히는 느낌을 원하신다면 한번쯤 도전해볼 만한 튜닝입니다. 자동차에 튜닝을 하다보면 '이 튜닝을 도대체 무슨 튜닝이라고 해야 하나?' 반문을 갖게 하는 것들이 있습니다. 한예로 휠을 바꾸는 것이 과연 코너링을 위한 튜닝인가, 드레스업을 위한 튜닝인가? 아니면 가벼운 휠로 바꿈으로써 가속력향상을 기대할 수도 있으니 파워업이라고 불러야 하나? 하지만 이것은 자신이 어떠한 목적으로 휠을 튜닝하는지를 결정한다면 자연스럽게 답이 나오리라 생각됩니다. | |||||||||||||||||||
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서스펜션을 튜닝하는 이유 중 가장 많은 것이 코너에서의 한계속도를 높이기 위해서이다. 코너에서의 한계속도를 높이기 위해서 자동차에 가해지는 물리적 힘으로 인해 생기는 롤링(Rolling)을 줄여야 한다. 롤링이란 차체가 좌우로 기울어지는 것을 말하는데 운전자들이 코너에서 불안감을 느끼는 것이 바로 이 롤링 때문이다. 롤을 줄이기 위해서는 최저 지상고를 낮추거나, 서스펜션을 단단하게 세팅하는 방법이 가장 효과적이다. 차체의 지상고가 높을수록 롤 모멘트가 커지기 때문에 롤은 더욱 심해진다. 지상고를 낮추면 무게중심이 내려가기 때문에 롤이 줄어들게 되며 이를 위해서 로우어 스프링(Lower Spring)을 사용하거나 차고 조절식 서스펜션을 장착하게 된다. 서스펜션을 하드하게 세팅하면 롤은 그만큼 없어지고 코너에서의 한계속도는 높아지나 일반차량에 극단적으로 하드한 서스펜션을 사용할 경우, 일반도로에서의 주행력은 오히려 낮아질 수 있다. 일반노면에는 킷과 달리 매우 많은 굴곡이 존재하는데 그러한 코너에서 서스펜션이 그 충격을 제대로 흡수하지 못할 경우 차체가 코너 밖으로 튀는 현상이 발생하게 된다. 이런 경우는 타이어가 미끄러지는 것보다. 운전자를 더욱 당혹스럽게 만들며, 아무리 숙련된 운전자라 해도 콘트롤하기는 매우 힘들다. 따라서 무작정 외국의 튜닝카나 경주차를 모방하기보다는 현 도로 실정과 타협할 줄 아는 지혜도 필요하다. 자신에게 적합한 서스펜션을 세팅하기 위해서는 자신의 운전습관을 정확히 파악하고, 가능하면 여러 대의 시승을 통해 자신의 마음에 드는 것을 찾아낸 뒤 튜너의 조언을 구하는 것이 바람직하다. 당연히 댐퍼와 스프링을 동시에 세팅하는 것이 가장 이상적이지만, 저렴한 가격과 단지 외형적인 멋을 위해 스프링만 교체하는 경우가 많은데 사실 이것은 바람직한 방법이 아니다. 스프링 레이트가 댐퍼의 감쇠력보다 높게 설정되면 자동차의 움직임으로 인한 스프링의 신축력이 댐퍼로 누르는 힘을 지탱하지 못한다. 이 때문에 실질적인 자동차 주행에서 요철이나 불규칙한 노면, 급제동 같은 상황에서 심하게 위아래도 움직이게 되어 운전자는 조향력을 상실하게 된다. 이러한 현상이 발생하는 경우가 노멀 댐퍼에 스프링만을 강화제품으로 교환했을 때이다. 또한 댐퍼가 견디지 못해 감쇠력을 발휘하지 못하는 경우에도 이와 같은 현상이 발생한다. 노멀 스프링에 댐퍼만 교체하는 반대의 경우, 승차감이 부드럽지 못하다는 단점이 있으나 노멀의 경우보다 스포츠성은 강해지고 위의 경우에 비한다면 운동성능은 정상적이라고 할 수 있다. 따라서 댐퍼와 스프링 중 한가지만 선택해야만 하는 상황이라면 댐퍼를 먼저 교체하는 것이 바람직하다 서스펜션에는 고정식과 차고 조절식이 있다. 고정식은 지상고를 임의로 조절할 수 없으나 가격이 저렴하고, 차고조절식은 세팅의 자유도가 높고 정밀한 세팅이 가능하지만 가격이 비싸다는 단점이 있다. 차고조절식의 최대 장점은 앞뒤의 차고를 조절함으로써 운전특성을 바꿀 수 있다는 것이다. 예로 코너링시 언더스티어가 강하게 나타나거나 오버스티어를 유도하고 싶다면 프런트의 차고를 내려주거나 리어의 차고를 올려주면 되고, 반대로 심한 오버스티어가 발생된다면 프런트의 차고를 올리거나 리어의 차고를 내리면 경감시킬 수 있다. 이처럼 차고를 조절함으로써 앞뒤의 하중을 컨트롤하고 타이어의 그립 밸런스를 잡아줄 수 있다. 또한 다양한 레이트별로 스프링이 판매되고 있어 고정식에 비해 자신에게 알맞은 세팅방법을 찾아내기가 쉽다. 스테빌라이져, 스트럿 타워바, 서스펜션 계통의 각종 부싱, 필로 볼(Pillow Bowl), 언더바 등도 서스펜션 용품에 포함된다. 스페빌라이져는 스프링의 보조적 역할 뿐 아니라, 타이어의 접지 밸런스도 바꿀 수 있어 성능의 향상이 뚜렷하며 차고조절식 서스펜션과 함께 하이그레이드 파트에 속한다. 서스펜션 계통의 부싱류를 단단한 재질로 바꾸어주는 것도 차량의 운동반응을 좋게 하는 효과적인 방법이나 차량을 컨트롤하기에는 어려워지는 단점을 가지고 있기도 하다. 유럽 등지에서는 기본품목으로 책정될 만큼 가장 보편적이며 저렴하고 필수적인 용품이 스트럿 타워바이다. 자동차는 도로를 주행하면서 크고 작은 수많은 노면의 요절을 지나간다. 이때 이 충격을 스프링과 쇽업쇼버가 흡수하지만 완벽하게는 불가능하며 차체로 전달되게 된다. 이러한 충격으로 인해 차체는 계속적인 비틀림(Torsional Moment)과 굽힘(Bending)에 노출되고 있고 결국 차체의 변형으로 이어지게 된다. 스트럿 타워바를 장착했다고 바로 운전자가 코너링의 향상을 느끼는 것은 아니다. 그러나 스트럿 타워바는 튜닝의 가장 기초적인 부분이며, 어떤 직접적 효과를 얻기 위한 것이기보다는 차체를 보호하고 강화시키는 목적이 크다. 또한 차량 충돌시 엔진이 실내로 유입되는 것을 어느 정도 막는 역할도 하므로 차량의 필수품이라고 할 수도 있다. | |||||||||||||||||||
[1] 배기 매니폴드 각 연소실에서 배출되는 배기가스를 한 곳으로 모으는 기능을 한다. 매니폴드 구조는 엔진 출구에서 4개였다가 2-3번과 1-4번이 모여 2개의 배기관으로 들어가 1개로 되는 4-2-1방식이 기통간 배기간섭이 일어나지 않는 가장 효율적인 구조이다. 순정 매니폴드의 경우 내부가 거칠고 좁기 때문에 공기의 흐름을 방해할 수 있다. 그러므로 매니폴드를 가공해 주거나 공기 흐름의 방해가 적은 것으로 교체 함으로 공기 흐름을 좋게 할 수 있다 [2] 촉매 배기 가스를 정화하는 장치로 배기가스에 포함되어 있는 유해성분(HC,CO,NOx)을 촉매반응에 의해 무해가스(CO₂N₂)로 변화시킨다. 촉매는 얇은 세라믹 소재의 담채에 벌집모양 통로를 만들어 그 표면에 백금과 그 밖의 귀금속을 입힌 것이다. 백금은 저온에서는 활성작용을 하지 않으므로 최대한 높은 배기 온도로 받아들이기 위해서는 파이프의 보온이 먼저 이루어져야 한다. 촉매를 제거한다고 해서 토크와 마력이 급상승하는 것이 아니라 내구성이 증대하게 된다. 촉매의 제거를 통해 배기온도를 낮추고 연소실 온도 또한 낮추어 내구성에 유리한 구조가 된다. 그러나 촉매 제거시에는 배기가스 규제에 따른 환경오염의 문제가 있으므로 신중한 선택이 필요하다. [3] 사이렌스 소음기로의 역할 이외에 배기가스의 냉각 작용을 한다. 사이렌서 내부에서 배기가스 단열 팽창해 온도가 내려가면 이와 함께 소음기 표면도 방열이 이루어져 식혀진다. 소음기의 구조는 확장실 및 공명실이 조합되어 있고 요즘은 실내 부밍음(Booming Noise)을 줄이기 위해 저주파 공명실이 설계되는 경우가 많다. 여기에 부분적으로 적용되는 흡음실은 소음기 내의 구멍이 있는 내측 파이프와 외측 파이프 사이에 흡음재를 댄다. 소음기는 원형 및 타원형을 많이 쓰고, 소리를 줄이고 외부와의 단열효과로 내부를 부식시키는 물이 생기지 않도록 내부 격벽을 2중으로 한다. [4] 테일 파이프 메인 사이렌스 뒤쪽에 있는 테일 파이프는 배기장치에서 소음, 배기가스 냉각, 배출기능을 맡고 있다. 테일 파이프가 길면 저주파 소음이 줄고, 지름이 가늘면 저주파 소음은 줄어들지만 대기 중으로 나오는 배기가스의 속도가 빨라져 기류음이 나빠진다 [5] 머플러 머플러의 경우 약간씩 그 배압이 다르긴 하지만 모든 애프터 마킷용 머플러의 성능은 그다지 차이가 없다. 요즘 배기 머플러를 대구경으로 교환하는 경우가 많은데 이때에는 흡기 쪽의 저항을 줄이는 방안이 고려되어야 하며, 엔진에 알맞은 배기저항을 위해 적당한 구경의 머플러를 선택하는 것이 돈도 절약하고 효과도 볼 수 있는 길이다. | |||||||||||||||||||
서지탱크는 주물로 만들어지므로 안쪽 표면이 상당히 거칠다. 울퉁불퉁한 표면을 사포로 다듬어 거울처럼 만들어야 흡입공기가 저항을 받지 않고 주변공기에도 저항을 주지 않는다. 즉, 연소실 내부에 좀더 많은 공기가 들어가 유속이 빨라지고 그 결과 폭발력이 강해져 차가 잘 나가게 된다. 이런 이유에서 트윈 드로틀, 4-드로틀이 개발되었다. 4기통 엔진에는 에어필터를 거쳐 엔진으로 들어가는 드로틀 보디가 하나밖에 없다. 국내에서 개발된 트윈 트로들은 서지탱크 양쪽에 연결구를 만들고 2기통에 하나의 에어클리너를 달았다. 두개의 에어틀리너를 갖게 되는 셈이다. 당연히 흡입효율이 좋아진다. 하지만 무조건 공기만 많이 들어가게 해서는 실패한다. 엔진이 정상적으로 힘들 내기 위해서는 공기와 연료의 혼합비율을 맞추는 작업이 필요하다. 연소과정에서 정상적인 폭발이 일어나는 것이 중요하다는 말이다. ECU 내부의 프로그램만 수정하면 비율을 쉽게 맞출수 있다. 흡기튜닝은 배기튜닝보다 많은 부분에서 중요한 역할을 한다. 또한 흡기튜닝은 적은 투자로 큰 효과를 볼 수 있는 매력적인 분야이기도 하다. 그러면 어떻게 흡기를 튜닝해야 좋은 효과를 볼 수 있을까? 그것은 흡입되는 공기의 저항을 줄이고 에어클리너를 엔진열로부터 보호하는 것에서 시작된다. 엔진으로 흡입되는 뜨거운 공기는 밀도가 낮아 산소량이 적고 정상적인 압축비에 도달하지 못한다. 그래서 흡기쪽의 단열이 중요하다 이런 단점을 보완하기 위해 엔진과 오픈 에어클리너 사이에 격벽을 달게된다. 엔진에서 직접 뿜어지는 뜨거운 열을 차단하고 라디에이터 팬에서 불어오는 더운 공기를 막는 것이다. 이렇게 격벽을 설치하고 주행 테스트를 해보았다. 그 결과 저속,중속,고속에서 에어클리너에 흡입되는 공기의 온도차이가 크다는 사실을 알았다. 단열을 하고 격벽처리를 하면 온도의 상승속도는 달라지지만 최고치는 별 차이가 없다. 전체적으로 격벽을 했을때와 그렇지 않을 때는 10 ~ 15도 정도 차이가 난다. 시속 50km로 달리면 엔진룸 내부의 뜨거운 열에 데워진 공기가 에어클리너로 흡입된다. 격벽을 쳤다해도 흡입공기의 온도가 떨어지는 정도가 약하다. 이때 흡입되는 공기의 온도는 45 ~ 60도 사이가 된다. 하지만 시속 80km 정도에 이르면 흐입공기의 온도가 훨씬 빨리 떨어져 30 ~ 35도 정도가 되고, 조금더 달리면 상온으로 떨어질 때도 있다. 공회전 때 흡입되는 공기의 온도는 격벽처리를 해놓아도 터보인 경우 최고 70도까지 올라간다. 이보다 더 올라갈 수도 있다. 또한가지, 앞차와 3m 이내의 거리를 유지하고 운전을 하면 앞차가 공기를 가로막기 때문에 흡입공기의 온도가 쉽게 떨어지지 않는다. 그러다 보니 연소실로 들어가는 공기의 온도가 높을 수 밖에 없다. 시속 100lm 정도로 앞차와 3m 이내를 유지하고 달릴때 흡입공기의 온도는 40 ~ 50도다. 온도가 떨어지는 속도는 50km 정도로 달릴때 떨어지는 결과와 동일하다. 격벽을 해도 뜨거운 공기가 들어가는 실정이니 오픈형 에어클리너를 달고 엔진룸과 격벽을 설치하지 않는다면 여름철 문제를 일으킬 가능성이 높다. 산소 밀도가 낮은 뜨거운 공기가 들어가면 노킹이 일어나거나 압축비가 낮아지는 결과를 가져올 수 있다. 이렇게 되면 출력이 떨어지므로 엔진의 냉각이 그만큼 중요하다. 흡입공기의 온도를 낮추어 산소밀도가 높은 공기를 공급하기 위해서는 엔진에서 발생하는 열을 줄이거나 차단해야 한다. 다시 말해 엔진의 힘을 키우고 싶다면 엔진냉각이 우선되어야 한다. 드로클 보디와 에어클리너 사이에 위치한 흡기호스의 길이도 상당히 중요한 부분이다. 흡기호스의 길이가 짧으면 저속에서 토크가 약하고 고속에서 좋다. 반대일 경우 저속에서 좋고 고속에서 나쁜영향을 준다. 이런 문제점 때문에 가변흡입방식을 쓰는 차들도 종종 볼 수 있다. 가변 흡입방식은 서지탱크에서 이루어지는데 어느 정도의 저항을 받으면 중간에서 흡입되는 공기를 바이패스 시키는 역할을 한다. 때문에 저속과 고속 모두에서 좋은 반응을 보인다. 흡기튜닝은 적은 투자로 큰 효과를 볼 수 있는 부분이기 때문에 다른 어떤 튜닝보다 널리 쓰인다. 흡기튜닝과 더불어서 배기튜닝을 겸하면 좋겠지만 투자만큼의 효과를 볼 수 없다는 단점이 있다. 배기튜닝의 장점은 듣기 좋은 배기음과 눈요기 효과다. | |||||||||||||||||||
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동일한 엔진으로 더 큰 힘을 만들어 내기 위해서는 정확한 양과 시점의 연료, 공기, 스파크 타이밍이 필요하게 된다. 공기와 연료의 혼합기는 최적의 비율로 완벽하게 혼합되어야 하며 스파크는 최대 압축시점에 전달되어 더 강한 폭발을 일으켜야 한다. 연소실내에서 더 강한 폭발을 이끌어 낼 수 있다면 엔진은 좀더 큰 힘을 낼 수 있는 것이다. 더 많은 공기와 연료를 실린더로 보내려면 이론적으로 더 많은 공기가 유입되면 비율에 맞도록 더 많은 연료를 공급할 수 있기 때문에 좀더 강한 폭발을 만들어 낼 수 있다 엔진 내부로 더 많은 공기를 보내기 위해서는 일반적으로 알려진 다음과 같은 다섯 가지의 방법이 있다. * 순정의 에어 필터와 박스를 흡기 밀도를 높일 수 있는 대용량의 흡입 키트로 교환한다 흡기온을 낮추고 흡기 저항을 최소화해서 흡입량을 늘리게 된다 * 실린더의 내경을 높이고 그에 맞는 피스톤을 사용해서 배기량을 늘려 유입 공기량을 늘린다. * 하이-리프트, 하이-듀레이션의 캠을 적용해서 각 실린더로 더 많은 양의 공기를 유입시킨다. * 터보 또는 수퍼차저의 과급기를 사용해서 강제로 많은 양의 공기를 유입시킨다. * Nitrous-Oxide를 분사해 공기밀도를 극도로 높인다. 자동차 튜닝이란? 튜닝의 사전적 의미는 "조율하다. 음을 맞추다"로 표기되어 있으며 자동차에 있어서 튜닝이란 그 차의 상태를 조정 및 조율하여 최고의 상태를 만들어내는 작업이라 할 수 있다. 메이커에서 출고된 상태의 차량들은 조립 상태에 따라 제원상의 출력이 8%정도의 오차를 나타내며 차량의 튜닝은 이러한 오차범위를 최대한 줄여 최고의 상태를 이끌어내는 작업이다. 또한 기존에 장착되어 있는 부품을 성능이 뛰어난 새로운 제품이나 시스템으로 교체하여 잠재되어 있는 출력을 현실화하는 작업은 바로 자동차 튜닝의 궁극적인 목적이라 할 수 있다. 이러한 튜닝은 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 차량의 출력과 안정성을 높이기 위한 메커니즘 튜닝(Mechanism Tuning)과 화려한 겉모습을 추구하는 드레스업 튜닝(Dress-up Tuning)으로 나누어진다. 일반적으로 튜닝을 한다는 것은 첫 번째인 메커니즘 튜닝을 말하는 것이자만 사실상 두 분야의 경계성은 자동차공학이 발전하면서 점차 모호해져가고 있는 것이 사실이다. 드레스업 튜닝이라고 하면 대개 에어로파츠(Aero Parts)를 말하는 것인데 예전에는 차의 외관을 보다 멋지고 화려해 보이도록 디자인에 주안점을 두었으나 현재는 유체역학을 중시하여 그 목적이 디자인 적인 면과 함께 고속주행성 향상과 코너링 능력향상 등과 같은 서스펜션 튜닝의 목적과 같아지고 있다. 자동차 튜닝의 목적 좋은 자동차의 3요소는 "잘 달리고, 잘 돌고, 잘 서는"것이다. 튜닝의 목적은 바로 이 3요소의 충족에 있다고 할 수 있다. 튜닝을 하는 대부분의 이유는 바로 이 3요소에 대한 욕구와 부족함을 느꼈기 때문인 것이다. 아무리 좋은 차라 하더라도 모든 사람을 만족시킬 수는 없다. 다른 사람보다 보다 더 빨리 달리고, 보다 더 빠르고 안정되게 코너를 빠져나가며, 보다 더 짧은 거리로 멈추고 싶다는 욕망에서 튜닝을 생각한다. 그렇기 때문에 튜닝을 개성의 표출이라고도 하는 것이다. 튜닝이라하면 무조건 최고속도의 향상을 위해 단순히 출력을 올리는 것만을 생각하기 쉽다. 따라서 튜닝카는 순정 상태의 차에 비해 안전성에 있어서 뒤쳐진다고 생각하기 쉽다. 하지만 반드시 그런 것만은 아니다. 가령 서스펜션이 잘 튜닝된 자동차와 순정 상태의 자동차가 한적한 국도를 달린다고 상상해 보자. 두 차량 모두 코너의 끝이 보이지 않는 블라인드 코너에 조금 높은 속도로 진입했자. 코너의 중간 부분에 도달했을 때 순정 상태의 차량은 언더스티어가 발생하여 가드레일 쪽으로 밀려나가다가 코너 안쪽을 향해 스티어링 휠을 더 돌리자 뒤 타이어는 코너 바깥쪽을 향해 미끌어지기 시작했고 스티어링 휠을 다시 반대로 돌리며 카운터스티어를 사용하였으나 휘청거리며 역스핀이 발생, 결국 방향조정성을 잃고 사고가 났다. 반면에 튜닝카는 뉴트럴 스티어에 가까운 안정된 자세를 취하며 안전하게 코너를 빠져나간다. 이 글을 읽고 그럼 평소에 과속을 안하고 운전 실력을 늘리면 된다고 생각할지도 모르겠다. 비록 극단적인 상황전개이기는 하지만 국내 도로사정을 볼 때 언제 어디서 어떤 장애물과 돌발사태가 나타날지 모르며 만약 그런 상황이 벌어진다면 위의 경우와 비슷한 상황이 벌어질 것이다. 튜닝은 폭주를 위한 수단이 결코 아니다. 사고를 막고 안전한 운전을 하기 위한 적극적 의미에서의 안전수단이라고 할 수 있는 것이다. 흡기에 대한 튜닝(Induction system tuning) 공기는 연료와 함께 자동차를 움직이는 동력원입니다. 그래서 좀더 많은 공기를 더 빨리 엔진속으로 집어 넣기 위한 튜닝이 바로 흡기튜닝입니다. 가장 기본적인 것이 에어크리너(에어필터)를 튜닝용으로 교환하는 것입니다. 튜닝용 에어필터는 보통 필터자체의 재질이 순정품과는 틀리고, 에어크리너를 감싸고 있는 박스가 없는 오픈타입이 일반적입니다. 그리고 에어크리너를 통해 공기가 좀더 원활하게 각 실린더로 들어가도록 돕기위해서 흡기매니폴드를 매끈하게 가공하는 방법과 드로틀바디의 구경을 크게 가공하거나 아예 교환하는 튜닝도 있습니다. 이러한 흡기튜닝의 효과로는 가속력향상을 기대할 수 있고, 경우에 따라서는 최고속도도 상승하는 효과를 볼 수도 있습니다. 그리고 차종과 에어필터의 종류에 따라서는 박력있고 독특한 공기흡입소리(?)를 들으며 운전할 수도 있습니다. 배기에 대한 튜닝(Exhaust system tuning) 사람도 음식을 먹으면 꼭 나오는 것(?)이 있어야 하듯이 자동차도 무작정 먹을 수만은 없기 때문에 배출을 하게 되는데, 이러한 배출을 용이하게 하기 위해서 하는 튜닝을 배기튜닝이라고 합니다. 우선 가장 흔한 배기튜닝은 아시다시피 머플러를 바꾸는 것이 있고, 흡기튜닝과 마찬가지로 배기매니폴드를 교환하거나 가공하는 방법이 있습니다. 흔하진 않지만 머플러를 추가하는 경우도 있습니다. 흡기나 배기매니폴드를 가공하거나 교환하는 이유는 순정매니폴드의 경우는 내부가 거칠고 좁기 때문에 공기흐름을 방해할 수가 있습니다. 그래서 매끈한 소재의 매니폴드로 교환거나 내부를 매끈하게 가공하는 방법을 사용하고 있습니다. 이러한 배기튜닝도 가속력 향상과 같은 효과를 기대할 수가 있고, 원한다면 중저음의 배기음을 만들 수도 있습니다. 하지만 배기튜닝의 경우 무조건 매니폴드의 구경을 크게 한다고 좋은 것은 아닙니다. 구경이 너무 클 경우는 오히려 배기압력이 떨어져서 역효과를 낼 수가 있기 때문입니다. 아울러 머플러를 교환할 경우는 드레스업의 효과도 기대할 수가 있습니다. 드레스업 튜닝(Tuning-up tuning) 드레스업 튜닝은 한마디로 자동차를 화장시키고 이쁘고 멋지게 만드는 튜닝입니다. 보통은 다른튜닝(머플러 교환같은)을 하게되면 보너스로 얻게 되기도 합니다. 흔한 예로 펜더에 시그널(깜빡이)을 장착한다던지 시그널을 수출용부품으로 교환하는 방법등이 있습니다. 하지만 역시 드레스튜닝의 꽃이라면 사이드 스커트나 프론트, 리어 스커트같은 에어댐을 장착하는 경우죠. 에어댐같은 경우는 제대로 설계해서 만들 경우 코너링이 좋아지고 고속직진성이 상승되는 등의 효과가 있습니다. 가장 흔한 것이 리어스포일러를 장착하는 경우입니다. 비교적 장착이 쉽고 너무 튀지도 않기 때문에 제작업체에서도 옵션품목으로 장착하고 있기도 합니다. 그리고 멋진 스티커를 붙이는 것도 드레스업 튜닝이라고 할 수 있습니다. 물론 지저분하다는 느낌을 주면 그것은 실패한 튜닝입니다. 가장 흔한 것이 스티커를 붙이는 것인데 스티커의 수(엄청나게 많은 스티커를 붙이는 것)로 효과를 보려고 하지 말고 스티커색상과 자동차색상의 조화, 붙이는 위치와 스티커크기등을 신중하게 생각해서, 가장 적은 수의 스티커로 가장 눈에 띄는 포인트를 주는 것이 중요합니다. 한마디로 거의 모든 튜닝이 그 자체만으로도 드레스업 튜닝의 효과를 함께 한다고 보시면 좋을 것 같습니다. 서스펜션 튜닝(Suspension tuning) 엔진튜닝과 함께 서스펜션 튜닝은 미묘하고도 힘든 튜닝이라고 할 수 있습니다. 용인 스피드웨이에서도 서스펜션 튜닝이 승패를 좌우할 정도로 자동차에 있어서 중요한 튜닝입니다. 물론 드라이버의 기량도 빼놓을 순 없겠습니다. 서스펜션을 튜닝하는 가장 큰 이유는 코너링을 좋게 하기 위함 입니다. 가장 흔한 예는 쇽업쇼바를 교환하고 스프링을 교환하거나 스테빌라이저를 교환하는 등의 튜닝이 있고, 100분의1초가 승패를 좌우하는 레이싱의 경우는 조그만 부싱의 경우도 다른 재질로 교환해서 코너링향상을 기대하기도 합니다. 그리고 휭얼라이먼트를 조정함으로써 코너링특성을 변화시키고 각각의 레이스트랙에 맞는 차량으로 튜닝하기도 합니다. 이 경우는 조금의 수치변화도 커다란 결과변화를 가져오기 때문에 많은 노하우와 오랜 기간의 테스트기간을 요구하게 됩니다. 서스펜션 튜닝의 또다른 효과는 고속주행시의 안정성이 있습니다. 보통 서스펜션을 튜닝하게 되면 차체가 낮아지게 되는데 낮아진 차체는 무게중심을 아래쪽으로 이동시키면서 코너링과 고속직진성을 좋게 합니다. 운동선수들이 자세를 낮추는 것을 보면 이해가 쉬우리라 생각됩니다. 서스튜닝후에는 불안하기만 했던 고속주행이 한결 편안하고 안정된 느낌을 주는 것을 느낄 수 있습니다. 서스펜션 튜닝으로 스프링을 교환할 경우는 차체가 약 2-3cm 낮아지면서 훨씬 안정된 모습을 보여주기도 해서 이것 또한 드레스업 튜닝의 효과까지도 함께 노릴 수 있습니다. 하지만 대부분의 코너링위주의 서스펜션 튜닝은 승차감을 안좋게 하는 부작용이 있습니다. 튜닝용품의 탄성계수가 크고 상하피칭이 작아서 노면의 충격을 순정품만큼 흡수하지 못하기 때문이죠. 엔진튜닝 다른 사람보다 좀더 빠르게 가고 싶은 기대를 충족시켜줄 수 있는 것이 바로 엔진튜닝입니다. 자동차에서 가장 핵심적인 부분인 만큼 엔진튜닝의 방법에도 여러 가지가 있습니다. 피스톤을 교환해서 압축비를 높인다거나 헤드가스켙을 교환하고, 점화플러그를 교환하거나 하는등도 엔진튜닝이라고 할 수 있죠. 요즘엔 하이캠을 쓴다던지 해서 고속에서의 효율을 좋게하는 튜닝을 하거나 자동차의 두뇌라고 할 수 있는 ECU를 튜닝해서 좀더 효율적으로 엔진출력을 끌어내기도 합니다. 엔진자체가 복잡하게 많은 부품으로 구성되어 있어서 엔진튜닝의 방법은 무수히 많다고 볼수 있습니다. 좀더 적극적인 엔진튜닝으로는 터보차저를 장착하는 방법도 있습니다. 악셀레이터 페달에 발이 닿는 순간. 시트로 온몸이 파묻히는 느낌을 원하신다면 한번쯤 도전해볼 만한 튜닝입니다. 브레이크 튜닝(Brake Tuning) 가장 위험한 차란 과속을 일삼거나, 정비상태가 불량한 차가 아닌 제대로 서지 않는 차다. F1 머신들은 정지한 상태에서 160km/h로 가속했다가 다시 정지하는데걸리는 시간이 4초 정도라고 한다. 그만큼 엄청난 출력을 받쳐줄 수 있는 브레이크 시스템을 갖추고 있기에 300km/h를 넘나드는 속도에서도 드라이버의 안전을 보장받을 수 있는 것이다. 이처럼 브레이크 튜닝은 하이 퍼포먼스 튜닝카는 물론, 일반 차량에 있어서도 안전에 필요한 절대적인 요소라고 할 수 있다. 휠 튜닝(Wheel Tuning) 휠의 모양에 의해 마차바퀴 같이 많은 살들로 이루어진 핀 타입, 랠리에서 많이 사용된 접시모양의 디쉬 타입, BBS가 대표적인 메쉬 타입, 3~5개의 발로 연결된 스포크 타입 등으로 구분된다. 휠의 제조방법에 따라 주물성형방식과 단조성형방식으로 나뉘며, 휠의 조각수에 따라 1피스, 2피스, 3피스로 나뉘어진다. 주물성형방식은 제조가 용이하고 생산원가가 낮다는 이점이 있으나 강도가 떨어지고 완성도가 미흡한 단점이 있다. 반면 단조성형방식은 조직이 치밀하여 강도가 높고 밸런스가 우수하다는 장점이 있으나 가격이 높다. 1피스 휠은 가격이 저렴하고 림의 강도가 높지만 디자인에 한계가 있으며 2피스, 3피스 휠은 디자인이 다양하고 충격흡수력과 밸런스가 우수해 달리기 성능이 뛰어나나, 림의 강도가 약하고 제조단가가 높은 단점이 있다. Engine Tuning Technique 스커트 강성과 링 홈의 형상, 핀의 옵셋 등의 체크 피스톤 계통의 튜닝 1 여기서도 엔진을 튜닝하는 목적이 명료하지 않으면, 올바른 튜닝 방향이 정해지지 않는다. 성능 향상을 꾀할수록 내구성을 희생시키기 때문에 피스톤은 그런 점에서 가장 부담을 갖는 제품인 관계로, 오버홀(Overhaul드으로 피스톤을 교환할 때까지 어느 정도 주행할지를 예측하고 시작해야 할 것이다. 왕복운동을 하는 피스톤은 연소실을 형성하는 부품 중에서도 고회전화를 위해 중요한 부분이다. 따라서 기술적인 추구가 어디까지 어루어져 있는지, 그 형태를 보는 것만으로도 어느 정도 파악할 수 있다. 최근에는 일반 엔진의 피스톤도 경량화되어 있을 뿐만 아니라 동시에 군더더기 없는 설계로 만들어져 나오고 있다. 연비를 향상시키기 위해서도 연소 효율이 좋은 형상으로 하는 것이 중요한데, 메이커에서는 끊임없이 기술적 추구를 진행하고 있다. 먼저 일반 엔진의 피스톤 개량에 있어서 기능상 중시할 곳과 성능 향상을 위한 튜닝 방법을 말하고, 이어 피스톤을 새로 만들 경우의 방법에 대해 이야기해보자. <피스톤 구조와 명칭> 밸브 리세스 스커트부 커넥팅로드 피스톤 핀 톱 랜드 컴프레션 높이 피스톤은 상하로 수직 운전을 하는 것이 기본이다. 때문에 실린더의 진원도나 수직도를 문제시하게 되는데, 핵심인 피스톤이 거기에 제대로 대응하지 못하면 아무것도 안된다. 더구나 열을 받는 정도가 피스톤 부위에 따라 상당히 달라 열팽창의 차이가 잘 계산되어 피스톤 형상이 결정된다. 예를 들어 핀 보스(Pin Boss)가 있는 양쪽 방향의 스커트부는 짧은 것이 보통인데, 핀 보스 부분쪽은 당연히 두껍기 때문에 열팽창이 크다. 따라서 스커트가 긴 쪽보자 앤간이 직영이 짧게 되어 있다. 운전하지 않을 때의 피스톤 스커트 형상은 핀 보스쪽이 짧은 지름의 타원형인 것은 알고 있는 그대로다. 그뿐만 아니라 스커트 그 자체의 상하방향도 정확하게는 수직이 아니고, 미세하지만 R이 있다. 오일 링 홈 바로 밑에서부터 조금씩 부품어 중앙부분 근처에서 가장 크게 R이 만들어져 부풀어 있는 것이다. 스커트가 긴 피스톤은 중앙 부분이 쭉 뻗어 있지만, 스커트 하부가 안쪽으로 미세하게 들어간 R이 주어져 있다. 피스톤 스커트는 횡방향 떨림(Side run-out with bore)을 방지할 뿐만 아니라 피스톤 링이 오일을 훑어 내리는 도우미 역할을 한다. * 피스톤 스커트의 다른점 현재는 소외 T형 피스톤(좌측사진)이 흔하지만 강력한 연소압력에 견디는 터보 등과 같이 스커트 하부도 원형으로 해 강성을 확보한 피스톤도 있다. 예전의 피스톤은 스커트 둘레가 원형인 솔리드형이 보급되었지만 현대는 거의 볼 수 없다. <피스톤 스커트의 형상> 피스톤 스커트는 피스톤 슬랩(Slap)을 막는 동시에 오일을 긁어내리거나 피스톤 강성을 확보하는 역할을 한다. 그 때문에 링 홈 바로 밑 부분에 R이 있으며, 스커트 밑부분도 안쪽으로 R이 있다. 또한 피스톤은 열에 노출되어 있기 때무넹 냉간시엔 핀 보스W고 지름을 짧게하여 타원형이 되고, 작동 중에는 진원이 되도록 만들어져 있다. 피스톤 스커트는 고열에 노출되기 때문에 작동시에 진원이 되도록, 냉각시엔 핀 방향(그림 B)이 짧은 타원형상이 되어 있다. 1) 스커트 강성 상하로 움직이는 피스톤이 실린더 벽과 빈틈없이 맞닿게 하기 위해서는 스커트의 강성을 확보할 필요가 있다. 따라서 스커트 두께를 줄이는 것은 현명하지 않다. 단, 스커트 변형이 일어나기 전에 피스톤을 자주 교환한다면 어느 정도는 줄여도 된다. 또한 경량화를 위해 스커트를 짧게 하는 것도 좋지 않다. 피스톤의 횡방향 떨림을 막는 것은 마찰 손실을 줄이는 측면으로는 중요하지만, 스커트 형상이 바뀌면 마찰 손실이 커질 우려가 있기 때문이다. 여기에 오일 소비가 증가되는 문제가 생길지도 모른다. 스커트가 길명 오일 링의 역할에 도움은 되지만, 단순히 스커트를 짧게 해서는 스커트 하부의 R형태가 바뀌어 실린더 벽을 긁을 수도 있다. 상하로 운동하는 피스톤은 실린더 벽으로부터 충격을 받으면서 움직인다고 해도 과언이 아닌데, 스커트 끝부분은 가장 심하게 충격을 받기 때문에 가장 변형하기 쉽다. 그런 변형이 일어나지 않는 형상으로 해줄 필요가 있다. 2) 링 홈 형상의 체크 피스톤 링은 가스와 오일이 새지 않도록 하기 때문에 링 홈에 단단히 끼워져야 한다. 그러기 위해서는 홈이 진원이 되어 있는지, 홈의 폭이 전체적으로 평행한지 등을 체크한다. 또 홈이 조금이라도 아래쪽을 향해 있으며 블로바이 가스(Blow by gas)를 많이 발생시키기 때문에 잘 체크해야 한다. 피스톤 링이 홈 안에서 노는 일이 있어서는 안된다. 링은 홈 안에서 돌고 있지만 정확하기 끼워있게 하는 것은 피스톤 쪽의 문제다. <피스톤 링의 홈 체크> 링 홈이 밑으로 치우쳐 있거나 매끈하지 않으면 링이 잘 움직여주지 않는다. 그러므로 제작된 모든 피스톤은 사진처럼 체크해야 한다. 3) 피스톤의 톱 랜드 지름의치수 검토 톱 랜드는 톱 링 홈의 위쪽의 원주부분을 말하고, 다음에 세컨트 랜드, 그 밑을 서드 랜드라고 하는데 여기서는 톱 랜드에 대해 생각해보자. 냉간시 이 랜드 부분은 스커트와 마찬가지로 타원과 테이퍼 두 가지 형상으로 되어 있다. 특히 톱 랜드는 상당한 열을 받기 때문에 두 가지 형상이 더욱 현저하다. 작동시에 진원이 되면 좋지만, 톱 랜드는 실린더 벽과의 클리어런스가 가능한한 적은 쪽이 좋다. 링에 닿는 연소실의 가스 양을 적게 하면 그만큼 링의 움직임을 도와줄 수 있다. 가스 밀봉이 대단히 중요하지만, 그 때문에 링에 부담을 줘서는 마찰 손실이 늘어난다. 가스 밀봉 역할을 톱 랜드 부분에도 어느 정도 부담시키자는 생각이다. 게다가 실린더와의 클리어런스가 적으면 피스톤의 사이드 스러스트(Thrust)를 막을 수 있다. 마찰 손실을 줄이기 위해서도 톱 랜드 형상은 꼼꼼히 체크해야 한다. 또한 래버린스(Labyrinth) 효과를 줘서 압력이 내려가도록 작은 홈을 가공한다. <피스톤 링의 홈 형상 중 나쁜 예> 실린더 벽과 마찰을 되풀이하는 피스톤 링이 제대로 작동하기 위해서는 홈 형상이 전체적으로 평행이 되어야 하는 것이 중요하다. 불과 10-20′이지만 아래로 치우쳐도 그 기능를 제대로 발휘하지 못하게 된다. <톱 링의 홈 마모 비교> 톱 링의 홈을 경질 알루마이트로 처리하면 내구성이 향상된다. 그림에서 보듯이 홈 위쪽보다 아래쪽이 마모가 심하기 때문에 홈이 하향되어 있어면 좋지 않다는 것을 알 수 있다. <피스톤 표면처리의 실례> 피스톤 헤드 부분과 톱 랜드 부분은 연소의 압력과 열을 정면으로 받기 때문에 니켈 도금을 하고, 톱 링의 홈이나 그 주변은 경질 알루마이트 처리하고, 세컨드 링과 오일 링 홈 및 그 주변은 주석 도금을, 스커트부는 수지(樹脂) 코팅을 하여 피스톤의 신뢰성을 확보한다. 4) 피스톤 핀의 옵셋(Offset) 피스톤 핀을 피스톤이 받은 연소압력을 커넥팅로드로 전달하는 역할을 하는데, 피스톤의 횡떨림을 막기 위해 약간 옵셋되어 있다. 이것이 밀봉 역할과도 관련이 있다. 옵셋량은 0.25, 0.50, 0.75, 1.00 등 여러 가지 수치로 바꿔가면서 오일 소비, 블로바이 효과를 보면서 어느 정도가 적당한지 결정한다. <피스톤 핀 옵셋> 옵셋량은 밀봉 역할과도 관계가 있기 때문에 어느 정도가 적당한지 실험에 의해 확인하는 것이 필요하다. <슬리퍼(Slipper)형 피스톤> 예전에는 솔리드(Solid) 타입의 피스톤이 일반적이었지만, 현재는 일반용이라도 슬리퍼 타입의 스커트 형상을 한 피스톤이 많아졌다. 사진은 피스톤 핀의 치수와 스커트의 길이를 W랍게 한 고도로 튜닝된 피스톤이다. Engine Tuning Technique 압축비의 향상과 피스톤 헤드 부분의 형상 피스톤 계통의 튜닝 2 연소실의 밑부분을 형성하는 것은 헤드로서 피스톤 크라운(Crown)이나 피스톤 왕관이라고 불려지는 부분이다. 이 형상은 엔진에 중대한 영향을 미친다. 연소실의 형상은 S/V비가 적은 쪽이 좋은데, 그러기 위해서는 연소실이 가능한한 매끄러워야 한다. 그러나 최근의 엔진은 압축비 향상을 꾀하고 있는 관계로 피스톤 헤드가 매끄럽지 않고 밸스 리세스가 있으며, 가운데가 튀어 오른 타입을 자주 보게 된다. 여기서는 이런 타입의 피스톤을 중심으로 살펴보자. 1) 피스톤 헤드 형상의 개량 실린더 헤드나 연소실 설명에서 자세히 설명하겠지만, 성능 향상을 위해서는 연소를 잘 시키는 것이 빼놓을 수 없는 과제다. 그러므로 피스톤 헤드 형상은 매우 중요하다. 먼저 해야 할 일은 헤드를 반들반들하게 하는 것이다. 그 이유는 출력을 높이려면 급속 연소, 즉 화염전파를 신속하게 해야 하기 때문이다. 일반 엔진은 대부분 주조로 되어 있기 때문에 그 주조의 돌기같은 것을 없애고 표면을 매끄럽게 연마한다. 더욱이 피스톤과 밸브의 접촉을 막기 위해 만들어진 밸브 리세스가 각형이라면 음각 부분에 R을 주어 화염이 원활하게 전파되도록 한다. 모난 부분이 있으면 그 주위에 와류가 생겨 화염이 확산되는 것을 방해한다. 이것을 초소화하기 위해 각도를 없애고, 둥글게 해주면 상당한 효과가 있다. 그리고 열 전달을 막고 에너지를 유효하게 사용하기 위해서 피스톤 표면을 경면 마무리한다. 양산 엔진도 이런 배려를 한 것이 있지만, 이렇게 세밀하게 설계되어 있지 않은 것이 현실이다. <밸브 리세스> 피스톤이 상사점에 도달했을 때 밸브가 아직 닫히지 앟은 상태에서는 양쪽이 부딪혀 치명적인 트러블이 일어날 가능성이 있다. 이런 상황을 막기 위해 밸브 리세스를 만들어 주는데, 이것은 밸브 타이밍이나 오버랩에 따라서도 다르고 밸브 스프링의 서징 한계에 따라서도 안전 공간이 다르다. 고압축비를 달성하기 위해서는 밸브 리세스는 빼 놓을 수 없다. 사진 왼쪽 피스톤은 리세스가 깊게 되어 있다. 2) 압축비 업 파워를 높이기 위해서는 압축비를 올리는 것은 필수다. 되도록 최대한 높이는 것이 바람직하지만, 노킹이 일어나는 한계까지만 해야 한다. 이 한계를 높이는 것이 튜닝의 커다란 숙제로 남는데, 여기에서는 그 전단계로 연소실의 형상을 좋게 하는 것과 관련시켜 설명하도록 하겠다. 일반 엔진은 트러블이 생기지 않도록 안전 공간을 크게 두고 있다. 따라서 밸브 리세스는 깊게 되어 있다. 밸브 스프링이 서징을 일으켰을 경우 밸브의 개폐 타이밍이 망가져 밸브와 피스톤이 부딪힐 위험성이 고려되었고, 피스톤과 밸브가 가장 근접하는 거리도 여유 있게 설정되었기 때문이다. 안전성을 위해 연소가 다소 나빠지는 것은 어쩔 수 없다는 것이 전제된 것이다. 튜니으이 경우 이래서는 안된다. 밸브 스프링의 서징을 막도록 조치하여 개폐 타이밍이 어긋나지 않도록 가능한한 리세스를 얕게 하는 노력을 해야 하는 것이다. 예를 들어 밸브 스프링이 그대로라도 밸트로 캠을 구동하는 엔진에선 리세스를 얕게 할 수 있다. 벨트가 미끄러져 캠 타이밍이 어긋나도 피스톤과 부딪히는 것을 피하기 위해서 리세스가 깊게 하여 있기 때문이다. 일반 엔진의 피스톤과 밸브 거리는 1.5mm 정도로 설정되어 있는데, 이 리세스를 0.5mm 정도까지 얕게하는 등의 노력이 필요하다. 밸브 리세스가 얕아지면 그만큼 압축비가 높아지게 된다. 더욱이 연소실 형상도 향호해지기 때문에 성능에 기여하는 비율이 크다. 압축비를 더 높이려고 한다면 피스톤 헤드를 높여야 하는데, 연소실의 중앙 볼륨이 줄어드는 산(山) 모양의 피스톤으로 압축비를 높이는 것은 연소가 나빠지기 때문에 바람직하지 않다. 이런 균형은 실린더 헤드 쪽을 어떻게 하는냐에 따라서 달라진다. 따라서 피스톤뿐만 아니라 종합적인 판단 뒤에 생각해야 한다. NA 엔진의 압축비는 12.0∼13.5 정도를 한계로 하며, 터보 엔진은 8.8∼9.5 정도의 잣대로 튜닝한다. 최근 포르쉐의 터보 엔진도 9.5:1까지 설정되어 있는 것을 보면 그들의 기술력을 가늠할 수 있을 것이다. <주물의 펴면을 알 수 있는 일반 피스톤(좌)과의 비교> 일반 피스톤은 알루미늄 주물이기 때문에 그 표면이 거칠게 남는 경우가 많다. 튜닝용 단조 피스톤은 표면을 연마하여 경량화와 연소 효율의 향상을 노린다. <압축비를 높이도록 설계된 피스톤> 이것은 모터사이클용 엔진의 예지만, 중앙을 높여 압축비를 올릴 뿐만 아니라, 밸브가 내려가는 연소실 음각까지 고려해 커다란 밸브 리세스의 중앙부가 둥글게 올라와 있다. 왼쪽은 일반이고, 오른쪽은 경량화를 고려하여 튜닝된 피스톤이다. 3) 피스톤의 경량화 왕복운종하는 피스톤을 가볍게 하는 일은 고회전화를 위해 상당히 중요한 생각이다. 일반 피스톤을 개량할 경우 큰 폭의 경량화는 불가능하다고 생각하는 편이 좋다. 새로 설계하는 부품 가눙데 비교적 만들기 쉽기 때문에 경량화를 생각한다면 새로운 피스톤으로 하는 것이 좋다. 물론 일반 피스톤도 경량화할 수 없는 것은 아니다. 피스톤의 강성을 떨어뜨리지 않고 가볍게 하는 일은 적극적으로 해야 하는 것이다. 최초로 생각할 수 있는 것이 핀 보스 주변이다. 피스톤 핀에 걸리는 힘은 상당히 큰데, 가장 큰 것은 피스톤이 상사점에 도달하는 순간에 커넥팅로드 볼트 등에 걸리는 힘이다. 피스톤 보스 부분에는 피스톤과 링의 중량 합계에 의한 관성력만 작용하기 때문에 보스 아래쪽은 면압하중이 적게 걸린다. 그래서 핀 보스의 아랫부분을 향해 테이퍼 형상을 넓혀 보스 부분의 두께를 얇게하는 일이 가능해진다. 넓히려는 각도를 너무 크게 하면 좋지 않지만, 이 부분의 경량화가 가장 무난하다. 또한 연소압력에 의한 핀 보스 부분으로의 하중은 터보차저의 경우 면적 확보와 변형에 의한 비틀림을 고려할 필요가 있다. 비틀림을 막기 위해 핀이 들어가는 보스 부분 위쪽으로 홈이 나 있는 관계로, 이 부분의 경량화는 무리다. 이밖에 피스톤 헤드 안쪽에도 군더더기가 있으면 그것을 제거함으로써 가볍게 할 수 있다. 리세스가 있을 경우에 주의해야 할 것은 연소 압력을 견뎌내지 못할 수도 있다는 점이다. 마찬가지로 스커트의 핀 보스쪽 부분에 구멍을 내 경량화 할 수 있지만, 이것은 반드시 피스톤의 강성을 떨어뜨리기 때문에 사용시간을 정확히 관리할 수 있느냐가 전제된다. 앞서 얘기했듯이 스커트 두께를 얇게 한다거나 스커트 길이를 짧게 하는 것은 그다지 좋은 방법이라고 할 수 없다. 만약 그래도 경량화를 우선하려고 한다면 스커트 길이를 5∼10cm 정도 단축시킨다. 피스톤 클리어런스도 보통보다 10μm 정도 좁게 설정한 뒤 스커트 부분의 오일 링 홈 아래쪽을 깎아 프로필을 수정하여 눌어붙는 것을 예방한다. 이런 배려가 이뤄진 다음에 비로소 사용이 가능해진다. <경량화된 피스톤(좌)> 스커트 부분의 두께를 얇게 한 경량화. 그러나 이로 인해 내구성은 E러어지기 때문에 피스톤 교환은 왼쪽 것보다 자주 해줄 필요가 있다. <핀 보스 부분의 경량화> 피스톤 핀에 걸리는 충격은 위로 치솟는 관성력이 연소 압력으로 받는 충격보다 훨씬 크기 때문에, 피스톤 핀 보스 아래쪽은 힘이 상대적으로 적게 걸린다. 그래서 그림처럼 테이퍼 형상으로 보스 부분을 깎아 경량화를 꾀한다. 사진 속 피스톤은 경량화된 피스톤(우)이다. 4) 피스톤 핀의 경량화 피스톤과 커넥팅로드를 연결하는 피스톤 핀은 상하운동에 의해 변형이 일어나도록 압력을 받기 때문에 재료는 단단한 침탄강이 이용되고 있으며, 아울러 반복되는 압축에 견뎌내야 한다. 따라서 중공(中空)으로 되어 있는 핀의 두께를 깎는 경량화는 부러질 위험성이 있다. 그래서 경량화를 꾀한다면 힘이 걸리는 중심부분의 두께는 그냥 두고 핀 양쪽으로 갈수록 얇게 하는 방법을 취한다. 강성을 떨어뜨리지 않고 가볍게 하는 것이 기본이다. 그림처럼 핀 안쪽에서 양끝을 향해 테이퍼 형상으로 깎는다. 이런 경우의 피스톤 핀도 가혹한 노동으로 말미암아 바깥쪽에서 부러질 염려가 있기 때문에 오래 사용하는 것은 피하는 것이 현명하다. 피스톤을 신설할 경우에는 핀의 굴기나 길이를 달리한다. 핀의 길이가 짧아지면 경량화와 동시에 잘 구부러지지 않는다. 일반 커넥팅로드의 폭을 줄여 핀 보스 폭도 줄이면 핀 길이를 짧게 하는 것은 충분히 가능하다. 가령 20mm짜리 일반 커넥팅로드의 폭을 18mm로 해서, 핀 보스 폭을 22mm에서 19mm로 단축하면 보통상태에서 64mm였던 핀의 길이를 59mm까지 줄일 수 있다. 이에 비해 핀 지름을 가늘게 하면 내구강도가 떨어진다. 말할 것도 없이 같은 두께라면 핀의 지름이 큰 쪽이 강도가 커진다. 핀 지름을 너무 가늘게 하는 것은 좋지 않기 때문에 사용 목적에 의해 그 굵기를 결정하게 된다. <피스톤 핀의 경량화> 피스톤 핀을 경량화하기 위해 핀 자체를 짧게 하는 것 뿐 아니라 핀의 안쪽을 그림처럼 깎아내 핀의 강성을 그다지 떨어뜨리지 않고 가볍게 한다. 최근의 양산차 엔진은 성능 향상이 두드러질 뿐만 아니라 각 부품의 정밀도가 상당히 좋아지고 있다. 마치 예전의 레이싱 엔진에 가까운 세밀함을 갖게 된 것이다. 현재의 엔진은 최첨단 기술이 곳곳에 적용되어 있기 때문에 튜닝하는데 있어서는 이 점을 충분히 고려할 필요가 있다. 엔진을 튜닝하는 경우는 사용 목적을 한정하여, 목적하는 성능을 최대로 발휘시켜 운전자 개인의 요구에 맞추는 일이다. 바꿔 말하면 불특정다수를 대상으로 하는 엔진을 특정 사람들을 위하여 다시 만드는 작업이 바로 튜닝인 것이다.. 참고자료/HKS, 엔진튜닝테크닉 <그림 1> 튜닝 엔진의 특징
<그림 설명> 대략적인 개념도로서, 양산차는 코스트 등의 요인을 고려해 개발되지만, 튜닝엔진에서는 '고출력'이 우선된다. A는 스트리트용이고 B는 F1 등으로 대표되는 레이스용이라고 생각하면 알기 쉽다. 양산을 목적으로 만든 엔진 그대로라면, 특별한 사용목적으로 이용한다는 것이 어울리지 않는 게 당연하다. 그러나 이렇게 특별한 목적에 맞춰 엔진을 만드는 일이 자동차 메이커의 일은 아니다. 그러므로 양산 엔진을 기초로 하여 튜닝을 하게 되는 것이다. 원래는 그 목적에 맞는 엔진을 처음부터 새롭게 만드는 것이 이상적일지도 모르지만 투자비용과 시간, 그로 인해 얻을 수 있는 성과 등을 저울질 해 보면 일반적인 엔진을 개량하는 쪽이 훨씬 효율적이다. <그림 2>
<그림 설명> 왼쪽은 1981년 판매된 닛산 VG30 엔진이다. 일본에서는 첫 V6엔진이었지만 94년에 개발된 VQ엔진은 같은 V6라도 크게 진화하였다. 모든 면에서 새롭게 설계된 신세대 엔진이라고 해도 좋다. <그림 3> 닛산 VG엔진과 VQ엔진의 비교
A : VQ 엔진의 크랭크 샤프트(아래)는 크랭크 핀과 크랭크 저널의 지름, 카운터 웨이트의 형상등이 바뀌어 있다. B : VQ엔진용 커넥팅로드(좌측)는 종래의 VG 엔진용보다 크게 경량화되어 있는 것을 알 수 있다. 튜닝에 있어서는 효율이 좋고 나쁨이 중요하며, 이를 염두에 두고 성능 향상을 꾀하는 것이 기술이다. <그림 4> F3용 엔진의 주요 운동부품
<그림 설명> 레이스용 엔진은 레귤레이션 범위에 맞는 튜닝이 이루어진다. 사진은 성능을 크게 좌우하는 것들로서 모두 일반을 개조한 것이 아니라 새로 설계 및 제작된 파츠들이다. <그림 5> 고성능을 추구할 경우 트레이드 오프의 양립
<그림 설명> 엔진 튜닝에 있어서 가장 중요한 것은 밸런스를 유지하는 것이다. 여기서 언급한 고출력화에서 중요한 요소는 각각을 양립시키는 것이 어렵긴 하지만, 높은 수준에서 어느 쪽도 달성하지 못하면 뛰어난 엔진은 못된다. 계획된 출력을 달성하기 위해 교환(trade off)해야할 조건은 많다. 내구성을 높이려고 하면 고출력, 고회전화가 어려워진다. 경량화를 하면 고회전화를 달성할 수 있게 되지만, 그와 반대로 내구성이 떨어질 우려가 있다. 또한 같은 배기량에서 최고출력을 높여 가면 저속토크가 나빠진다. 이럴 경우 자주 변속시키면서 피크파워(Pick power)영역으로 접근시켜야 하는 불편을 감수해야 한다. 즉, 튜닝된 엔진은 다루기가 쉽지 않다라는 얘기다. 일반도로에서 사용하기 쉬운 엔진은 고속주행에서 불만을 가지게 되는데, 이것은 양산 엔진이 코스트를 감안하면서 어느 적정 수준에서 만들어졌기 때문이다. 따라서 어느 목적에 맞춰 튜닝을 하게 되면 그 외의 기능을 희생시키지 않을 수 없다. 그러나 교환을 한다고 해서 내구성을 무시해서는 반드시 트러블을 초래하게 된다. 이것들을 양립하는 것이 이상적이지만 그렇게 간단한 문제가 아니다. 튜닝은 그 목적을 명확히 한 뒤에 전체적인 밸런스를 생각하여 방향을 결정해야 한다. 다시 말하면 어느 한도 내에서 차를 경량화 할 경우, 일반적인 엔진에서 할 수 없었던 군더더기(깎아내도 되는 부분)와 힘을 받지 않는 부분을 깎아낸다고 해서 내구성이 악화되는 일은 거의 없다. 그 영역을 넘는 경량화를 도모할 경우에는 내구성의 악화와 성능 향상이라는 두가지 문제를 어떻게 조화시킬까라는 문제가 발생된다. 이때 목적이 명확하다면 어디까지 경량화하면 좋을지 여부를 정할 수 있다. 그러나 간단한 문제는 아니다. 파워 업(Power Up)한다는 것은 많은 공기를 빨아들여 급속 연소를 시킴으로써 연소 압력을 증대시키는 것이다. 당연히 고회전화 하는 것이 고성능화에 도움이 되지만, 이것을 달성하려면 엔진의 강성이 확보되어야 한다. 엔진 각 부분이 정확한 기능을 발휘하기 위해서는 변형이 발생되어서는 안되며, 운동관련 부품은 정확한 운동을 해야하고 가스와 오일의 씰(seal)의 성능도 확실히 유지되어야 한다. 이것을 저해하는 경량화라면 제대로 된 엔진 성능을 발휘할 수 없다. 성능 향상을 최대로 추구하다 보면 일반 엔진과는 또 다른 의미에서 교환해야 하는 꽤 어려운 기술을 추구하게 된다. 그렇다고 천재적인 엔지니어만 튜닝을 해야한다는 것은 아니다. 오히려 성능향상에 대한 집념의 정열이 중요하다. 이렇게 표현하면 정신적인 측면만 중시한 것처럼 들릴지도 모르지만, 실제로 필요한 것은 물리현상에 대한 진지한 태도와 엔진에 대한 이해도, 능동적인 기술적 추구, 이를 위한 행동력이라고 생각한다. <그림 6> 고출력화를 달성하기 위한 요소
<그림 설명> 고출력을 달성하기 위해서는 정신력만으로는 무리다. 튜닝작업은 높은 수준의 기술력이 필요하며, 레이스에서 승리하기 위해서는 이들 요소를 종합적으로 갖춰야 한다. ■ 튜닝을 진행하면서 중요시 되는 태도 실질적인 튜닝 이야기로 들어가기 전에 중요하다고 생각하고 있는 몇 가지를 얘기하기로 하겠다. 앞에서도 언급했듯이 엔진 튜닝이라는 것은 사용 조건을 한정해 그 목적에 맞는 성능을 발휘시키는 작업이다. 그러므로 엔진이 어떻게 이루어져 있고 무엇이 요구되는가를 항상 머리 속에 염두에 두면서 작업에 임해야 한다. (1) 자연의 섭리, 기본에 충실할 것 연소실 속에서 어떤 현상이 일어나고 있는지 생각해 보자. 흡입된 혼합기는 압축된 후 점화, 폭발함으로써 피스톤을 하강시키고 크랭크 샤프트를 회전시켜 파워(Power)를 이끌어낸다. 공기의 흐름과 연소는 자연현상 그대로인 것이다. 파워를 내기 위해서는 원만한 공기흐름으로 완전연소를 지향해야 한다. 그런 자연현상을 저해하는 요소를 가능한한 제거하는 일이 중요하다고 할 수 있다. 마찬가지로 연소된 열을 어떻게 전달할지도 자연의 섭리에 따르는 법을 강구하지 않고는 목적을 달성 할 수 없다. 그때 그때마다 자신이 공기가 되고, 혼합기가 되고, 냉각수 통로를 흐르는 물이되고 혹은 윤활하는 오일이 되고 때로는 불꽃이 되어 엔진 속을 어떻게 흐르며, 어떤 상태가 되는지를 머리 속에서 상상해 본다. 그러면서 어떻게 해야 이상적인지, 쾌적하고 부드러운지를 생각하는 자세가 중요하다. <그림 7> 튜닝을 좌우하는 실린더 헤드
<그림 설명> 실린더 헤드는 운동계통 부품이 모여있는 곳일 뿐만 아니라 성능의 근간이 되는 부분이다. 따라서 일반 엔진이 어떻게 이루어져 있는지, 어디를 어떻게 개량하면 좋을지 등 확고한 목적 없이 개조에 임하면 잘못될 가능성이 많다. <그림 8> 엔진의 주요인자와 실리더 헤드
<그림 설명> 연소실 개량도 흡배기 포트와 주요 운동부품의 형상 및 그 밖의 부품과 관련해 진행시킬 필요가 있다. 연소라는 것을 가시화 하기에 어려운 현상인 만큼 다이내믹하고 정밀성 있게 실행해야 한다. 성능를 결정하는 중요한 포인트는 연소실 형상이다. 그 형상은 밸브 각도가 크게 방향을 잡아주지만, 흡입 공기량을 증가시키기 위한 밸브 개폐 면적의 증대와 흡배기 포트 형상 등, 주로 실린더 헤드가 좌우한다. (2) 우선 순위를 정하고 효율을 중요시 할 것 목표를 달성하기 위해 어떤 경우라도 시간과 비용에는 한도가 있다는 것을 인식해야 한다. 따라서 목적을 보다 단시간에 적은 비용으로 달성할 것을 항상 마음먹을 필요가 있다. 그러기 위해서는 작업 내용에 우선 순위를 확실히 정하고 그에 따라 작업을 진행해야 한다. 연소실 형상을 검토하는 일이 먼저인지, 흡입 효율을 높이는 일부터 시작할지는 튜닝의 목적과 엔진 특성 등에 따라 달라진다. 어디를 어떻게 개량하면 그 영향이 어떤 형태로 관련부품에 미치는지를 인식하지 못하면 원하는 성능 달성을 위해 유효한 수단을 취할 수 없다. 우선 순위를 정하지 않더라도 생각한대로 작업을 진행시켜 나갈 수는 있다. 그러나 그럴 경우 시간을 헛되이 낭비하게 되는 것이다. 엔진의 성능은 가솔린 엔진 발명 이후 수많은 기술자들의 노력으로 향상되었다. 이런 바탕 위에서 튜닝을 하고 있기 때문에 선배들에 대한 예의로서도 엔진 성능 향상에 있어서 중요한 부분을 찾아내고 목적을 향해 효율적으로 작업해 나아가야 겠다. 자신이 지금 하고 있는 작업이 엔진 성능에 적어도 어떤 영향을 가져올까라는 인식 없이는 올바른 튜닝 작업을 진행시킬 수 없다. (3) 통념과 고정관념에 사로잡히지 말 것 실린더 헤드와 블록, 피스톤과 크랭크 샤프트 등 각각의 부품이 자동차용 엔진에서 어떤 형태로 되어 있는가 잘 파악해야 한다. 때로는 냉각수 통로가 어떻게 되어있는지 엔진을 실제 절단해 조사해 볼 필요조차 있다. <그림 9> 잘못된 속설의 예
<그림 설명> 흡입포트는 스로틀 쪽부터 넓어지는 것이 공기가 많이 들어가기 쉽다고 믿어져 포트 형상을 넓히곤 했지만, 오히려 지금은 약간 좁게 만들고 있다. 각각의 부분이 그런 형태를 하고 있는 데에는 이유가 있을 것이다. 튜닝 작업을 할 경우엔 지금 형태가 최상이라는 생각을 버리고 더 좋은 형태로 할 수 없을까 하고 연구하는 일이 중요한 것이다. "이 정도가 좋지 않을까"라고 결정한 순간부터 성능 향상에 대한 정열은 사라지고 결국 낮은 수준의 튜닝 한계를 설정해 벌릴 결과를 초래한다. 예를 들면, 피스톤이 고성능을 추구한 듯한 형상을 하고 있다고 해서 이 이상 더 만들 수 없다고 하면 그 것을 뛰어넘는 성능의 피스톤을 만들 수 없다. 잘 해야 그것에 가까운 성능을 내게 되는 것이 고작일 것이다. <그림 10> 실리콘으로 재현한 연소실 형상
<그림 설명> 연소속도를 빠르게 하기 위해서는 어떤 형태로 하면 좋을까. 흡입 효율을 높이기 위해서 밸브 입구 면적을 크게 하는 것이 좋은가. 그 때문에 흡기가 간섭받는 일은 없는가 등 실물 모델로 검토한다. <그림 11> 실제로 튜닝된 연소실
<그림 설명> 스퀴시(Squish) 에어리어를 크게 만들어 소형화된 연소실. 튜닝 노하우가 여기에 결집되어 있다고 해도 과언이 아니다. 왜 그런 형태를 하고 있는지, 어떻게 개량하면 성능이 향상되는지 등 가능한한 스스로 결론을 내리지 않는 자세로 개량할 부분을 꼼꼼히 찾아내야 한다. 나아가 일반적으로 옳다고 여겨지는 것도 의심해 볼 필요가 있다. 이유는 옳다고 생각되는 것도 조건이 틀려지면 옳지 않게 되는 경우가 종종 있기 때문이다. 또 처음부터 잘못된 것도 있기 때문이다. 이치에 맞지 않는 속설이 의외로 널리 유포되어, 튜닝을 하는데 있어서 그것이 통념처럼 굳어져 있는 것을 흔히 볼 수 있다. 가령, 흡입포트는 굵은 편이 공기가 대량으로 들어가기 때문에 좋다고 하지만 정말 그럴까. 포트의 구부러진 정도와 단면적 변화 상태, 밸브 지름과 리프트 양에 따라 최적(最適)의 포트 형상의 굵기가 달라진다. 여기에 혼합기가 연소실로 들어가 급속 연소하기 쉽게 와류(渦流)를 만든다는 점까지 생각한다면 포트 개량은 기존의 통념대로가 아니라 여러 가지로 궁리해볼 여지가 있다. 생각하기에 따라 개량할 여지는 무한하다. 자유로운 발상으로 최적의 형상을 찾아내려는 노력이 튜닝 작업을 진행하는데 있어서는 무엇보다 중요하다고 할 수 있다. 무턱대고 손대는 것이 아니라 스스로 세운 가설(假說)에 근거하여 개량을 실천해보고, 그것을 실험으로 검증하면서 다음 단계로 나아간다는 과학적 접근자세가 중요한 것이다. <그림 12> 흡배기 포트 형상 점검을 위한 실린더 헤드의 커트
<그림 설명> 일반 엔진의 흡배기 포트가 어떻게 되어있는지 하이 포트로 만들기 위한 장해는 어는 정도인지... 이처럼 실제 엔진을 잘라서 방법을 찾아봐야 한다. (4) 스펙주의에 빠지지 말 것 엔진의 최고 출력값이 고성능 엔진을 가늠하는 잣대로 여겨지고 있다. 레이스용 엔진인 경우 고출력, 고회전화가 중요하므로 어디까지 엔진 회전을 높일 수 있는 지는 기술적으로 추구할 가치가 있을 것이다. 그러나 그것은 성능을 재는 잣대지 목적은 아니다. 아무리 최고 출력이 높아도 사용 회전영역이 좁거나 토크가 낮은 엔진이라면, 가령 레이스용이라고 해도 전투력을 갖춘 엔진이라고는 말할 수 없다. 엔진의 성능은 어디까지나 레이싱 머신이나 자동차에 탑재되어 달릴 수 있는 상태에서 얼마만큼 잠재력을 발휘할 수 있는 가로 구별해야하는 것이다. 엔진도 전체로 봐선 자동차의 일부분이지 그 자체가 달리는 건 아니기 때문이다. 같은 성능의 엔진인 경우 엔진 중량이 적으면 전체적인 자동차의 성능은 좋아진다. 가령 엔진 출력은 약간 뒤처지더라도 경량, 소형화된 엔진 쪽이 잠재력이 더 있다고 평가하는 것이다. 마찬가지로 최고 출력에선 토크가 높고 반응이 좋은 엔진 쪽이 서킷(Circuit)에서 랩타임(Lap time)이 더 좋을 수 있다. 엔진의 튜닝 과정에서도 스펙(Specification)주의에 빠지지 않는 것이 중요하다. 예을 들면 흡입 공기량을 측정하는 기준으로 밸브 커튼(Valve Curtain)면적이라는 개념이 있다. 밸브가 리프트 했을 때의 리프트 면적을 가리키는 것으로서 흡입 공기량을 파악하는 기준이 된다. 밸브 지름이 크고 밸브 리프트가 많으면 당연히 밸브 커튼 면적은 커지게 된다. 그렇게 되면 흡입 공기량은 증가된다고 생각할 수 있다. 분명 그런 측면은 있다. 그렇다고 해서 커튼 면적을 크게 하는 데만 신경을 쓸 경우 오히려 엔진 성능이 향상되지 않는 방향으로 흐를 가능성이 있다. 필요이상으로 밸브 입구 면적을 크게 하면 밸브끼리 또는 실린더 벽과 간섭을 일으켜 애초 생각과는 반대로 흡입 공기량이 감소될 수도 있다. <그림 13> 밸브커튼 면적
<그림 설명> 흡입 공기량의 잦대가 되는 것이 그림과 같은 밸브 커튼 면적이다. 그러나 이 면적이 크다고 해서 그것만으로 흡입 공기량의 증대를 도모할 수 있는 것은 아니다. <그림 14> 과도한 개조는 트러블의 원인
<그림 설명> 흡기밸브 지름을 너무 크게 하면 밸브사이가 가까워져 리프트 때에 밸브끼리 또는 실린더 벽과의 사이에서 간섭을 일으켜 오히려 흡입 공기량이 감소되는 경우도 있다. 모든 엔진은 그 엔진에 맞는 밸브 지름이 있다. 여러 가지 제약에서 오는 밸브 리프트량 이상으로 크게해도 성능 향상은 이룰 수 없다. 그런 점을 자세히 파악한 가운데 커튼 면적을 어떻게 해야 할지를 정해야 의미가 있는 것이다. 최고출력이든 밸브 커튼 면적이든 그 데이터는 단순히 숫자에 지나지 않는다. 엔진 튜닝 과정에서는 모든 조건을 고려해 만들어진 스펙을 중요시하는 것은 의미가 없다. 숫자와 스펙으로 나타낼 수 없는 성능, 자동차에 얹혀 주행 가능한 상태에서의 엔진 능력이 요구된다는 것을 잊어서는 안된다. <그림 15> 모터 사이클용 흡배기 밸브와 피스톤
(5) 전체 밸런스를 생각하면서 상승효과를 추구할 것 엔진은 제각각 개성이 있어서, 그 조건에 맞는 최적의 값은 같아지지 않는다. 조건이 틀리면 헤답도 다를 것이다. 그것은 필요 불가결한 엔진의 모든 부품이 많든 적든 밀접한 관련 속에서 서로 영향을 미치고 있기 때문이다. 따라서 어디 한가지 부품을 개량해도 전체 밸런스, 특히 관련된 부분에 어떤 영향을 주는가, 그것이 플러스인지 마이너스인지를 고려해야 하는 것이다. 예를 들면 고회전화를 위해서는 피스톤을 경량화해야 하는데, 그 플러스면을 더 크게 할 수 없는지까지 생각해야 한다. 피스톤이 가벼워지면 커넥팅로드 중량도 줄일 수 있고, 그에 따라 크랭크 핀과 메인 저널의 지름을 가늘게 할 수도 있다. 이렇게 되면, 뒤에 좀더 자세히 설명하겠지만 마찰 손실을 감소시킬 수 있게 된다. 이렇게 피스톤을 경향화 함으로써 성능 향상을 위한 상승 효과를 이끌어 내는 것이 가능해진다. 성능 향상은 이런 끈질긴 노력이 없으면 달성 할 수 없는 것이다. <그림 16> 경량화와 마찰손실 줄이기
<그림 설명> 운동부품은 경량화 함으로써 고회전화가 가능해진다. 피스톤을 가볍게 하면 커넥팅로드의 경량화도 가능해진다. 더구나 피스톤 핀과 메인저널 지름을 가늘게 해서 마찰손실을 줄일 수 있다면 경량화에 의한 이점은 더욱 커지게 된다. (6) 계측과 실험으로 효과를 확인할 것 튜닝이 어떤 효과를 주는지 확인하는 일은 필수라고 할 수 있다. 이런 검증을 거치지 않고 성능이 향상됐다고 생각하는 것은 아주 잘못된 일이다. 테이터로 성능향상을 확인하지 않고서는 그 개량의 좋고 나쁨이 어떤지 판단 할 수 없으며, 그것이 최고라고 자부 할 수도 없다. <그림 17> 다이나모 실험에 의한 데이터 파악
<그림 설명> 다이나모 실험으로 엔진의 여러 가지 흡기계통의 사양을 변경하면서 토크 방향이 어떻게 변하는지 파악하여 최적의 세팅 포인트를 찾아내는 것이 중요하다. <그림 18> 다이나모 실험에 의한 성능의 계측(F3용 튜닝엔진)
<그림 설명> 각 부를 튜닝하여 다이나모 테스터에 탑재시킨 F3용 엔진. 실제 실험에 의하여 튜닝의 정확도와 효과가 엔진의 회전수에 따라서 토크가 어떻게 나타나는지 데이터를 확인한다. <그림 19> 테스트 및 다이나모를 이용한 F3용 엔진의 정비
<그림 설명> 다이나모 실험으로 엔진 회전수에 따른 정미평균(正味平均) 토크를 알 수 있다. 개량에 의해서 나타난 엔진의 성능을 항상 데이터로서 점검하고 항상 성능업을 도모하지 않으면 안된다. 따라서 이를 위한 실험과 계측은 튜닝에 있어서 매우 중요한 작업이다. 이 체크는 사람 눈이나 귀로 확인할 수 있는 것부터 계측기를 사용한 데이터 확보, 또는 엔진 다이나모 실험을 거쳐 토크 곡선을 조사하고 거기서부터 계측을 시작하는 작업 등 여러 가지 방법이 있을 수 있다. 튜닝은 엔진 기술의 과학적인 추구로 이루어지는 작업이기 때문에 이론에 맞는 성능 추구와 그 검증이 일체가 되지 않으면 안된다. 이 데이터를 얻기 위해서는 '피쉬 훅 커브(Fish hook curve)'를 그리듯이, 개량하는 조건을 바꿔가며 데이터를 반복해서 얻은 다음 그 중에서 가장 최적의 데이터를 찾아내는 것이 중요하다. |
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첫댓글 역시 익스크루시브에서는 대단하신 분들이 많네요^^