벨브튜닝 이야기

[t3center]

디젤엔진을 기준으로 설명드리겠습니다.

http://cafe.daum.net/techtune/VDq/69 

"오늘의 작업" 69번 게시물 참고하시면 많은 도움이 됩니다.

사진은 벨브튜닝으로 완성된 헤드 입니다.

엔진성능을 이야기할때 오버렙구간이라는게 있습니다.

열에너지가 발생되면 상하운동과 회전운동이 복합적으로 일어나는게 내연기관 입니다.

이 상하와 회전운동을 유효 적절히 조합해 도로에 굴러가도록 만든게 자동차 입니다.

엔진성능의 핵심은 헤드에 있으며 이 헤드에 대한 변화가 성능변화의 핵심으로 내연기관의 역사를 좌우합니다.

보기류 튜닝이라는것은 흡기덕트 처음부터 마지막 머플러 팁까지의 구간 입니다.

이런 흡기와 배기를 이뤄내는게 헤드의 중요구성  부품의 하나인 벨브 입니다.

흡기튜닝을 20년동안 해오면서 자동차 엔진동향을 보면 그 성능역사도 수많은 흡기튜닝의 역사로 변천하였지요

처음 케피탈 DOHC 부터 알파-12벨브 그리고 각종 터빈과 가변켐 CVT가변켐 터빈 VGT 까지 모두 흡기 배기튜닝 입니다.

저는 그 작동의 핵심인 벨브에 대한 미케니칼튜닝의 기술집약을 이루기 위해 벨브 경량화 튜닝이라는 영역을 세상에 펼치게 되었습니다.

처음 기술데이타를 가지고 마력과 토크에 대한 유효적절한 분배로 기관 효율성을 극대화하는대 중점을 두었습니다.

압축비에 대한 조절을 기관 엔트로피생성의 중요  요소로 놓고 이에대한 변화를 시도했습니다.

압축비를 높이는것은 쉬운기술입니다.

고성능 엔진과 고효율엔진 대부분이 고압축엔진인대   저는 오히려 저압축을 적용하기로 결정했습니다.

레이싱카가 아닐바에는 저압축 엔진이 효율적이다라는것을 강조하면서 호히려 더 어려운기술인 압축비를 낮추는대 중점을 두게 되었습니다.

저는 이 어려운 압축비를 낮추는기술적용을 너무나 쉽고 간단히 해결하게되었습니다.

벨브가공에대한 영역을 가지고 있었기 때문 입니다.

빅보어벨브에 대한 적용은 레이싱때부터 접해왔었고 할리데이비슨엔진의 항아리 피스턴같은 구성을 이미 접해본터라

7000RPM 이하에서 노는 기관 정도야 그리 어렵지않게 적용할수 있었습니다.

30.000RPM 엔진이 돌아갈때를 상상해 보면 누어서 떡먹기이며 특히 디젤기관이 선박의 경우 1000회전 버스 2000회전 소형디젤들 4000회전 정도쯤이야  어렵지 않게 시도될수 있는 부분 이였습니다.

자동차입장에서 손색이 없고 국내뿐아니라 전세계 어디에서도 접할수 없는 작업이지만 국내 현실에 맞게 가격을 정해 비용을 받고 시도되는 작업이다보니 일정 비용을 책정해보았습니다.

글로쓰는것보다 사진이 이해에 도움이되는경우를 더 환영하실것 같아. . .  .

디젤5기통의 경우 250 단위이며 (기통당 4,50만원이 적정선으로 봅니다)자동차 성능복원개념으로 시도되는 엔지니어링을위한 적용기술이다보니 함께 병행되는 작업내용이  큰차이에서 변수가 있다고 보셔야 합니다.

가령 가이드의 교환이 있을수 있고 타이밍벨트나 이에 따르는 작업과 부품비용 흡,배기 포트나 헤드튜닝등이 광범위하게 적용되는 영역등이 있습니다.

여기에 저의 경우 20년전 개발한 흡기변환 성능개선장치 모탑이 함께 적용되고 있음도 알려 드립니다.

암튼 가시적으로 참고하시구요

위 사진이 흡,배기 벨브의 단면구성을 이해할수 있는 사진 입니다.

사람 눈깔처럼 보이는 상부 두구멍있는 부분이 벨브작동을 정하는 켐이라는것 입니다.

이 켐이 회전하며 벨브를 열고 닫는것 입니다.

제가 교육할때 실물을 놓고 기계장치에 대한 이해를 주려 하는대 소비자 보단 업자에게 해당될 부분이죠

오너에게는 그냥 좋은차를 넘겨드리면 다 이해할것으로 압니다.

위사진들은 AMG 55 에 적용한 벨브튜닝 입니다.

힘이 딸려서  벨브튜닝을 하게되었지요 ( ㅎ  ㅎ       ㅎ)

백원짜리동전이 5그램넘고  그정도의 무게가 전체적으로  하향조정되 가공되며 같은 계열의 벨브허용오차는 1램을 넘지 못하도록 가공 합니다.

벨 브 하나 하나에서 1g 이 우습게 보일지 모르지만

왕복운동을하는 벨브가 6000회전이면 속도가 10m/sec정도니까그 1g은  20g 이 되는거고  그런 언벨런싱이 기관작동시 기통 벨런싱이 깨지고  정말 최상의 벨런싱을 위한다면 극도로 예민해야 할 부분 입니다.

이런 성능관련 기계부품의 심조정이 들어가는게 미케니칼튜닝이며 제가 벨브가공 작업시 0.5g 편차 이내에 두는 고집이 있습니다.

여기에 쇠라는것은 철 합금이므로 열변환에의한 변형요소가 분명히 있습니다.

이에대한 벨런싱은 결국 열로 벨런싱을 마무리 한다는게 열변환 길들이기 입니다.

암튼

벨브 경량화튜닝의 영역에 무게줄임은 벨브개당 줄어드는 무게가 얼마나 엔진에 좋은 반응을 보일지 상상으로 맏기겠습니다.

모든 벨브에서 백원짜리 또는 오백원짜리 동전하나씩 떨구어냈다고 이해하시면 됩니다.

벨브의 구조도면 입니다.

요즘은 벨브스커트도 별도의 재료로 구성해 조합을 하기때문에 가공시 부품에 대한 재원과 소재에 대한 이해속에 접근해야 합니다.

흡,배기가 변하면 성능은 변합니다.  이것은 진리 입니다.

먼저 자동차 무게와 타이어 사이즈 주행속도와 엔진에 따른 특성을 이해한후 기존벨브 마진에대한 검증을 거친후 설계 스펙과

가공범위를 정하게 됩니다.

기관의 효율을 이끌어내는대 중점을 주는대 대표적인것이  출력과 연비이 조합 그리고 배기게스 발생등과 관련된 부품의 내구성에 극대화를 이루기 위한 구성을 기준으로 합니다.

이전까지의 자연흡기 튜닝은 켐노즈가 뾰쪽솟은 하이켐을 쓰는경우나 가변벨브가 고회전에서 흡기 충진률을위해 시도되는 메카니즘 입니다.  여기에 스프링을 강화하는 시스템등으로 마력을 올리곤 합니다.

이런부분은 고성능을 향한 가변적 흡기요소의 폭이 넓어지는것인대 벨브지름가공으로 고정화된 켐작동에 대응하는 존을 설정하는것 입니다.  주로 레이싱에서 적용하던 튜닝기법입니다.

내연기관의 핵심은 흡기충진률과 그 조건을위해 헤드를 구성합니다.

벨브가 경량화하였다면 내구성에 대한 의문을 가질수 있습니다.

벨브가 엔진 최악의 조건에서 작동하는 부품이다 보니 벨런싱이 중요한대 고른 무게가공으로 안정화를 이룬후

가벼워진 벨브의 정확한 오픈과 기밀유지능력이  벨브서징을 차단하는 역활을 합니다.

기존 엔진은 고회전으로 갈수록 열림도 닫힘도 아닌 공중에 붕 떠있는 상태로 볼수 있습니다.

스프링 레이트가 떨어진 상태라면 벨브자체가 바운스존에 머물게 되므로 신품 교환정도로 처리하는게 옳다고 봅니다.

이런상황에서 흡기압력에의한 맥동으로 마이너스 요소이며 배기게스의 흐름은 재한적인 자유로움을 줘야합니다.

배기로 버려지는 열에너지를 잘 계산된 작동으로 조건을 만들어 주면 엔진의 효율이 극대화 됩니다.

보편적인 기준에서 최고가 아닌 진짜 극대화를 이루는 것 입니다.

벨브가 가벼운 녀석이라 고회전에서도 무난히 벨브의 열고 닫힘이 정확해 집니다.

여기에도 반드시 흡기존과 배기존의 계산된 가공범위는 반드시 존제 합니다.

벨브튜닝후 기존 엔진의 치명적인 결함이기도 합니다만 고회전고토크 사용상태에서 가속 응답을 체험해보면 그 효율성이 확연히 나타 납니다.

회전수가 올라갈수록 커지는 엔진음이 아닌 일정 회전수를 넘으면 소리 자체가 잠식될 정도니. . .

디젤엔진의 최대 단점은 기관 작동음 즉 엔진음 입니다.

현존하는 당대 최고의 기술로 최고점을 줄수 있는부분이 벨브 경량화 튜닝에서 실현됨을 강조 합니다.

디젤엔진소리를 귀를 들이대고 들어야 한다면. .  .

60KM 정도를 넘어서면 사라진 엔진소리덕에 바퀴소리 100KM 를 넘어서면 바람소리만 들리는 디젤엔진을 실현한것 입니다.

엔진소리를 부드럽게 한다는것은 기계작동의 원활함이며 마모가 줄어든다는 결과로 연장선에서 이해해 주시면 됩니다.

엔진소리의 절반정도는 벨브가 시트링에 닫거나 켐작동음 입니다

절반이하로 줄어들면서 연소실에 충진된 공기에의해 연소능력이 증가되어 고른 엔진파워 벨런싱이 나오게 됩니다.

이 조건은 고회전을 빠르게 도달하는대 무리없는 조건이기 때문 입니다.

즉각적인 응답이 추가로 따르게 되는대 이또한 디젤엔진에서 얻을수 있는범위는 아닙니다만  악셀 페달에서 바로 전해저옴을 누구나 느낄수 있습니다.

위 두가지 요소만 가지고도 디젤엔진적용 자동차에선 놀라운 변화라 할수 있습니다.

바닷가에서 소형선박에 적용하면서 두드럼의 연료소비가 있었는대(400리터가 300리터정도 소비)확줄어 저를 당혹케헸던적도 있습니다  물의 저항을 밀고가는게선박이다보니 연료소비폭이 엄청났었습니다.

그래서 전국해상 엔지니어링을 보급하려 했는대  바닷가 사람들과 함께 기술로 산다는게 정말 힘들더군요

영흥도에 있는 선박공장을 하나 인수해야 하는대 돈도 많이 들고  . .   .  아직은 때가 아닌듯   . . .

주요인자는 흡입구 온도와 압력 연소실 벽면온도 흡입저항 그리고 밸브 개폐시기(valve timing)가 관련되있다.
이론사이클에서는 압축 팽창비는 상사점에서의 연소실용적으로 하사점에서의 용적을 나눈것 이므로 흡배기밸브의 개폐시기도
상,하사점과 일치하는 것으로 가정하지만, 실제 엔진의 경우는 포핏밸브를 쓰기 때문에 밸브개폐시 밸브의 가속도가 제한되므로 밸브리프트는 타원을타고도는 회전과 같은것으로 이해해 줘야 한다.

체적효율이 가장 좋아지는 밸브타이밍도 상,하사점은 아니며 흡배기 밸브의 개폐시기 제어에 따라 아래와 같이 영향을 받는다.


숏스트로크 피스톤 속도가 큰 상태에서 밸브가 열리는 면적을 크게 하려면 일반적으로 상사점전5-20°에서 열어야 한다.
그러나 이 값을 크게 하면 저속에서 잔류가스량이 증가하므로 체적효율이 떨어지며 고속에서는 반대로로 증가한다.
그래서 고회전에서 마력이 좋다.
벨브튜닝을 착안하게된 근본적인 동기는 전천후 성능<즉 토크벤드의 확대>의 오버렙 영역증가를 꿈꾸며 모탑과의 컴비네이션을연구하다 시도하게되었다.

흡기행정 초기에는 밸브 전후의 압력차가 크지만 밸브리프트가 커지면 실린더 벽면에서의 가열도 가세하여 압력은 대기압에 가깝게 된다.
흡기밸브를 일찍 닫게되면 교축저항 때문에 압력이 회복되지 않기 때문에 닫히는시기는 하사점후 30-50°정도로 한다.

이보다 밸브를 일찍 닫으면 체적효율은 저하되며 반대로 늦어지면 일단 실린더내로 들어간 신기류가 흡기계로 역류하여 압력파에 시달리게되어 마치 벨브를 일찍 닫은 경우와 같이 체적효율이 떨어진다.
흡기 관성의 영향으로 벨브가 닫히는 최적치는 회전수에 따라 변하여 저속에서는 작게 고속에서는 크게 된다.

배기벨브가 체적에 미치는 영향이 비교적 작지만 팽창일을 크게하고, 배기압출 손실을
작게하려면 양자의 밸런스가 반드시 필요하기 때문에 하사점전 50°전후의 값으로 설정한다.
배기행정중 실린더내 압력은 배기밸브의 교축에 의해 배기포트 압력보다 약간 높다.
잔류가스량을 작게해야 체적효율 향상되기 때문에 배기닫힘은 상사점후 5-20°정도로 한다. 엄연한 규정 이 있습니다.

배기밸브를 너무 일찍 닫으면 배기가 충분히 되지 않고 잔류가스량이 증가하기 때문에 연소실체적이 떨어지며 반대로 너무 늦어지면 배기가 배기포트에서 실린더내로 역류압력에 시달리게된다.

이런  악순환의 연속을 최소화 하려는 의도로 벨브를 가공하게 되었다.
실제 엔진에서는 흡기밸브는 상사점전에 열리고 배기밸브는 상사점후에 닫히기 때문에 상사점 부근에서는 흡배기 밸브가
모두 열려있게 되는 시기가 있는데 이것을 밸브 오버랩 이라 한다.

이왕 하나더 밸브개패시기도 좋지만 이 오버랩 상관관계 또한 알아야 한다.

이른바 같이 열려있는시간차와 겝차를 오버랩이라 하는대
이 값이 크면 저속 저부하에서는 잔류가스 비율이 많아지고 아이들 부조가 되기 쉬우며 고속 고부하에서는 동적효과가 높아져서
수준높은 공기체적효율을 얻을 수 있다.

최근 개발되는 대부분의 엔진은 흡,배기밸브 타이밍이 고회전 고출력 위주로 설정되어 있기 때문에 최고출력은 높아지지만
실제로 운전자가 가장 많이 사용하는 회전수인 저중속 영역에서는 충진효율이 떨어지고 엔진의 성능을 최대로 발휘하기 어렵다는
단점이 있다.

밸브타이밍 특히 흡기밸브 개변시기는 충진효율에 지대한 영향을 주는 인자 <어쩌면 벨브구조다음으로 가장큰외적인자> 로서
흡기밸브를 일찍 열어 주면 밸브오버랩 기간이 길어져 고속에서는 흡,배기 관성유동을 충분히 이용할 수 있으므로
체적효율이 증가하지만 저속에서는 잔류가스량의 증가로 오히려 체적효율이 떨어지고 HC의 배출량이 증가하는 경향이 된다.
따라서 엔진의 효율을 높이려면, 고속시와 저속시에 각각 밸브개폐시기를 달리할 필요가 있게된다.
그래서 사용되는것이 가변적구성요소를 다양한 각도에 적용하게 된다. 이에 따라 모탑이라는 흡기변환킷적용을 함께하는 이유이다.
흡기관이든 에어크리너든 벨브조정이던 최근 BMW 의 배기까지 가변을주는등 다양한 각도로 이뤄지게 된다.


엔진의 회전수와 부하에 따라 흡기캠을 일정각도 만큼 위상변화시켜 밸브오버랩을 2단계로 조절하는 방식이다.

ECU에서 가변밸브타이밍의 ON 신호가 나오면, 유압솔레노이드의 작동으로 헬리컬기어가 회전하면서 캠축을 회전시키는
캠 위상변화<듀레이션각변화....시중에 판매되는 하이캠의 마력포인트설정같은>구조로 되어있다. 가변밸브타이밍 장치중
가장 간단하고, 밸브리프트는 고정이다.

이원화 방식의 캠구조를 가진 프로파일이 상이한 고속용과 저속용 캠을 각각 설치하여 밸브타이밍 뿐만아니라
리프트까지 변환된다. 유압기구와 레버를 이용하여 엔진회전수에 따라서 전환 하는 구조로 되어있다.

고속용캠은 많은 공기가 흡입될 수 있도록 밸브리프트가 크고, 밸브 작동각이 크며 저속용캠은 반대로 리프트가 낮고
밸브오버랩을 줄이기 위해 흡기밸브 작동각도 작게 설정된다.

기이 너무 길고 복잡해서 이해가 어느정도의 이해가 가능할지 모르나 중요한건 벨런싱 컨트럴에의한 효율 극대화를 이루는
벨브가공이 성능향상포인트이며 해드가공이나 오버사이즈 벨브등은 현실적 자금관계와 공법이나 내구성 연료소비 경제성등
전체적이 작업개요폭을 좋은 컨셉으로 잡고 시도해야 한다는점을 강조 한다.

저는 자동차 성능복원과 효율적사용 그리고 내구성과  메인터넨스 유지를 위해 개발된 기술이지만  사실 자원재할용과 이로부터 오는 친환경기술에 사명감을 가지고 접근했었던 부분임을 다시한번 말씀 드립니다.

성능변화를 시도하는대 있어 최적이라는 부분 보다는 최대치 극대화에 역점을 두는것은 사실 입니다.

여기에서 최대회전수출력에 대한 마력과 상시대응하는 출력인 토크에 대한 분배를 계산하지 않으면 안됩니다.

사실적으로 말씀 드리면 오일컨트럴과 헤드튜닝가공 흡,배기 부품가공 원천기술아이템 흡기변환 장치 모탑과 배기킷등이 함께

적용된다는점도 말씀 드리니다.

잠시 안구정화 차원에서 벨브가공영상 입니다.

벨브튜닝후 가장 중요한 열변환 길들이기 입니다.

쇠로만들어진 부품의 가공후 수동으로 레핑작업을 거처 안착하였습니다.

엔진시동과 살아나 작동하는 범위에서 쇠의 열변환에따르는 자리메김 즉 안착이 필요 합니다.

저는 일반적인 자동차드을 길들이기 주행하는 기법으로 열변환에따르는 기계장치 안착을위해 고회전 고토크 주행을 합니다.

찬공기먹는 새벽길을 이용 주로 야간주행으로 마무리하는 벨브튜닝에서 가장 중요한작업과정 이기도 합니다.

열변환 길들이기와 모든 쎄팅을 마친상태 영상 입니다.

[천재]

저도 밸브튜닝이되어 있지만 최고의 기술입니다.

[영혼]

2년쯤전에 대전 엔진마을에서
성함은 모르겠지만 서울인가 파주인가에서 사장님이 내려오시고 전라도지역 카센터 사장님들이 올라오셔서

[t3center]

접니다. 흐

[영혼]

sm7에 엠텍을장착했습니다
다름이 아니라 지금타는차는 06년식 아반테hd디젤입니다
당장 밸브튜닝할돈은없고
나중에 헤드나갔을때 밸브튜닝해도 되는건지 궁굼합니다
금액은 더 올라가는지도 궁굼합니다

[영혼]

차에 대해선 잘모르지만
엠텍장착후 가속시 부드러움과 엔진소음줄어들고 변속충격잡히고 초반굼뜬거 잡혀서 잘타고있습니다

[t3center]

현존하는 지구상 최고의 미케니칼튜닝 입니다. 주저마시고 과감히 도전(?)하세요
다시 만드는자동차라는 아름다운 기술세계입니다. 세계최초원천기술이기에 쉽게접근할수있고 원천 개발자가 시도하는영역이니 금액접근도 거젓.준인 것이죠
해왜에서 시공도전한다면 천만원단위일겁니다.
함께하는동안 나누기하는거죠

[영혼]

이야~~~^^
사장님 이셨군요ㅎ
제가 엠텍장착후 바로 결혼식이있어서 정신없었는데
그땐 넘감사했습니다
사장님 예전 전화번호가 바뀌었나요?
카톡이 안되네요ㅠ
궁굼한게 넘 많습니다..

[t3center]

까톡,까톡소리 처다보구 답하구 처다보구 답하구 스트레스라안해요010~5564-5569 임다

[영혼]

예전번호 그대로시네요..
전 가진돈이 별로없어서
당장 튜닝은 못합니다
정비인도 아니라 지식도없지만
자동차가 좋아서..궁굼하고..
사장님의 마인드와 기술에 넘감동받아
까페에 자주들립니다
낮에 전화한번 드리겠습니다
건강챙기셔요..