(부산중고차 내카니카)1.엔진과 연료계통-배기가스

[내카니카]

엔진에서 나오는 배기가스는 연료(탄화수소)의 연소 생성물인 수분과 이산화탄소 외에 여러가지 유해성분을

포함하고 있다.(선진국에서는 이산화탄소도 규제하고있다)
배기가스에 포함된 유해성분 중 주요한 세가지는 탄화수소(HC)와 일산화탄소(CO),질소산화물(NOX)인데,

이것들은 규제대상이다.

연료 또는 엔진오일이 불완전연소 되어 나오는 탄화수소 성분은 스모그를 발생시킨다.

연료가 이산화탄소로 완전 연소되지 못하는 바람에 방출되는 일산화탄소는 사람이 소량만 흡입해도 혈액의 산소공급 능력을 떨어뜨려 머리가 띵해지고 심하면 죽기도 한다.

예전에 많이 있던 연탄가스 중독이 바로 일산화탄소에 의한 중독이다.

질소산화물은 공기의 75%를 차지하는 질소가 엔진에 들어갔다 나오는 과정에서 변질해 생성되는것이다.

자동차가 순수한 산소만 흡입하며 주행한다면 질소산화물은 나오지 않을것이다.

공기중에는 산소보다 질소가 훨씬 많이 함유되어있다.

질소 자체는 무해한 물질이지만 엔진 연소실에서 고온으로 달궈지면 질소가 산소와 결합해서 유해한

질소산화물이되고 ,이것은 사람의 눈과 점막을 자극한다.

이밖에 배기가스 규제 대상에 포함되지는 않지만 이산화황(S02)도 유해하다.이산화황은 구름 속에서 수분에

녹아 황산을 만들어 산성비를 내리게 하는 주범이다.
디젤엔진에서는 검정색 매연도 규제대상이다.디젤엔진은 작동특성상 액체상태의 연료를 연소시키는데,

액체방울이 미세하지 않으면 덜 연소된 탄소입자가 남는다.매연에는 탄소만이 아니라 발암물질로 알려진 여러가지 유해한 탄화수소가 섞여있다.


* HC  /  CO  /  NOX

탄화수소(HC),일산화탄소(CO),질소산화물(NOX) 은 배기가스 검사에서 측정하는 항목이다.

다행히 디젤엔진은 이 세가지 유해물질의 방출량이 가솔린 엔진보다 적다.
그래서 디젤 엔진이 공해를 덜 낸다는 이야기도 나온다.

하지만 검정색 매연 방출을 고려한다면 디젤 엔진도 공해에서 차지하는 몫이 만만치 않다.

가솔린 엔진에는 배기가스 정화 촉매장치가 탄화수소와 일산화탄소를 산화 분해시키고,
질소산화물은 환원분해 시킴으로써 유해한 성분을 무해한 것으로 바꿔 놓는다.
촉매는 자신은 소모되지 않으면서 다른 물질의 화학변화를 촉진시키는 물질이다.
배기 가스 정화 촉매로는 미세한 벌집 모양의 스테인레스나 세라믹 구조물의 표면에 백금,로듐,팔라듐을

원자수준의 두께로 얇게 입힌것을 쓴다.

배기가스 정화촉매는 스테인레스 깡통에 넣어 차바닥 쪽에 머플러처럼 다는데 ,운행중 도로상의 돌출물등에

부딪히면 내부의 세라믹 촉매가 깨지기도 한다.

그렇게 되면 벌집구조고 뭐고 없이 깨진 조각들이 그냥 통로를 막아버리기 때문에 엔진출력이 크게 줄어들고

연비가 떨어진다.

또 배기가스가 깨진 촉매 옆틈새로 우회해서 지나가기 때문에 정화효율이 형편없이 떨어진다.
배기가스 정화촉매의 정화효율을 최고로 유지하기 위해서 엔진은 배기가스중의 잔존산소량을 일정하게 유지한다.잔존 산소량을 측정하는 것은 배기관에 꽃혀있는 산소센서의 역할이다.

산소센서가 고장나면 엔진은 프로그램에 따라 전존 산소량이 대충 맞도록 연료분사량을 제어하지만 ,그래도

정화 촉매의 효율은 최고치보다 떨어진다.
LPG엔진 또한 가솔인 엔진과 같은 종류의 유해 배기가스를 발생시키므로 똑같은 촉매를 사용한다.

LPG엔진도 산소센서가 읽어내는 잔존산소량에 따라 LPG주입률을 변화시키는 피드백 믹서(FBM)기능으로 배기가스 정화촉매의 효율을 최고로 유지한다.

* 매  연

디젤 엔진에서 매연이 많이 나오는 경우를 보면 ,대부분 연료 분사 노즐이 부분적으로 막혀서 연료가

연소실로 고르게 분사되지 않아서다.

고르게 분사되지않고 뭉쳐서 큰방울로 분사되는 연료는 완전 연소되지 못하고 탄소입자(검댕)로 배기가스에

섞인다.
출력을 향상시키기 위해 연료분사펌프(일명:부란자)의 최대연료 분사량 제한 나사를 임의로 풀어서 엔진이

소화할수 있는것 이상으로 분사량을 설정하면 출력은 조금 증가하지만 매연이 엄청나게 나온다.

그래서 연료 분사 펌프를 임의로 조정하는것은 법으로 금지되어 있는데도, 버스와 트럭은 어떤 방법인지는

모르겠지만 여전히 손을 대고 있는것같다.

출력을 향상시켜주는 터보차저(Turbocharger: 가스터빈 구동식 과급기-배기가스의 잔여 에너지로 흡입공기를

압축하는 장치)가 장착된 디젤엔진에서는 터보차져가 작동하는것에 맞춰 최대연료 분사량이 설정되어 있기

때문에 엔진을 급가속 시켰을때보다 터보차저가 회전수를 올릴때까지 걸리는 아주 짧은 시간 동안(터보 래그)에 실제 공기 흡입량 증가가 크지 않은 데 반해,연료는 터보차저의 작동에 맞춰 다량 분사되므로 매연이 나온다.

터보 래그(0.5초쯤)가 지나면 터보차저에 의해 다량의 공기가 흡입되므로 연료와 공기의 비율이 맞아서 매연은 사라진다.

기아의 카니발은 처음 출고되었을때 이 증상이 심해서 리콜을 한적이 있다.

* 비정상적인 배기가스

검정이 아니라 청색 배기가스나 흰색 배기가스가 나오는 경우가 있다.

청색은 엔진오일이 다량 연소되고 있다는 증거다.

4행정엔진(주로 승용차)용 엔진오일은 연소성이 나쁘기 때문에 연소실로 엔진오일이 다량 유입되면

파란 연기가 나고 배기가스 냄새도 매캐하다.

2행정 엔진(주로 스쿠터에 사용)에 4행정 엔진용 오일을 사용하면 파란색 매연을 뿜으며 달린다.

2행정 엔진용 엔진오일이 따로 있지만 주변에서 쉽게 구할수있는 4행정 오일을 그냥 써서 매연이 나오는것이다.
정상적인 엔진도 엔진 오일이 조금씩 연소실로 유입되는것은 어쩔수없다.

엔진 오일이 연소실로 유입되어 연소되면 엔진의 밑바닥 오일팬에 저장된 오일의 양은 차츰 줄어든다.

줄어드는 양이 6개월에 0.5리터 이하이면 정상인데,그보다 많으면 어떤까닭으로 오일이 지나치게 많이 연소실로 새어드는 것이다.

엔진오일 소모가 중간 정도면 오랜 공회전 뒤 출발할때 청색 배기 가스가 10초쯤 나오지만,심한경우에는 계속

나오기도 한다.
이런증상은 주행거리20만km를 바라보는 오래된 차에서 나타날때가 많다.
오일연소에 가장 큰 영향을 미치는 곳은 흡기,배기밸브 스템(stem:고정막대)의 둘레를 감싸고 있는

밸브스템 실(seal)이다.

실은 고무로 만드는데,기체나 액체가 새지않도록 막아주는 부품이다.(일명 가이드고무)

가이드고무는 엔진이 작동하면서 밸브가 왕복운동을 할때 자연스레 닳는다.

따라서 오래된 엔진은 스템 실의 마모상태가 심해 밸브스템을 통한 오일 누설을 제대로 막지 못한다.

파란 배기 가스가 나오거나 오일이 빨리 소모된다고 하면 무조건 밸브스템실 부터 교환하는 정비사도 있다.

물론 90%쯤은 그렇게 해서 완화가 된다.

하지만 나머지 10%는 밸브스템 실이 아니라 피스톤 링이 마모되었거나 깨졌기 때문이다.

얼마 안있어 고객이 다시 와서 별로 나아지지 않았다고 불평하면 그제야 피스톤 링을 교환하는 경우가 있다.
불필요하게 밸브 스템 실을 교환하느라 돈만 들인 셈이다.
피스톤이 실린더 내부에서 왕복운동을 하려면 윤활류가 필요하다.

그런데 피스톤이 왕복운동을 하는데 이용하는,실린더 벽면에 뿌려진 엔진오일을 그대로 놔 두면 연소실에서

연소되어 버리므로 실린더 벽에 묻어있는 과잉엔진오일은 아래로 긁어 내려야 한다.

이 역할을 피스톤 링이 한다.(정확히 말하면 피스톤 링 세 개중 에서도 한개의 오일링이 한다.)
피스톤 링은 오래 사용하면 마모되거나 탄력을 잃거나 부러진다.

피스톤 링이 손상되면 엔진 출력도 감소한다.

이 피스톤 링이 손상되었는지 판단하려면 실린더 압축력을 측정해야한다.

점화플러그를 뽑고 그 구멍에 전용 압력계를 설치한뒤 시동모터로 엔진을 돌려가며 실린더 내부압력의

변화를 살핀다.

자동차를 앞으로 얼마 더 쓰지 않을 생각이라면 밸브스템 실 교환이나 피스톤 링을 교환하는데 돈을 들일지

생각해봐야 한다.
벨브스템실이나 피스톤 링의 성능이 떨어지면 오일이 좀 많이 소모되기는 하지만 차를 계속 운행하는데는

문제가 없다.

얼마 안있어 폐차할 차라면 굳이 30만원 가량의 돈을 들일 필요가 없다.

트렁크에 엔진오일 한통을 가지고 있다가 그때그때 보충해가며 운행하면 된다.

하지만 연막 소독 하는 것처럼 파란 배기 가스가 심하게 배출된다면 반드시 수리나 폐차를 해야한다.

흰색 배기가스는 연소실로 유입된 냉각수가 끓어서 나오는 수증기이다.
정상적인 엔진도 추운 날에는 얼마쯤 수증기가 나온다.

연료가 산소와 타면서 수분이 생성되기 때문이다.

배기량이 큰 승용차는 워낙 수분이 많이 나와서 배기구 뒤로 물방울이 똑똑 떨어질 정도다.

하지만 날씨가 따듯한데도 목욕탕 굴뚝에서 김 나오듯 흰색 배기가스가 풀풀 난다면 고장을 의심해봐야 한다.

이 때 배기가스에서 달짝지근한 냄새가 나기도 하는데 이것은 부동액 성분인 에틸렌 글리콜의 냄새다.

실린더 둘레에는 냉각수가 흐르는 워터재킷이 있다.
워터 재킷은 엔진 뚜껑인 실린더 헤드까지 연결되어 있는데,실린더 헤드와 실린더 블록(엔진본체)사이에는

물이 다른 곳으로 새지 않도록 얇은 실린더헤드 개스킷이 끼워져 있다.

이 실린더 헤드 개스킷이 새면 엔진 냉각수가 실린더 속으로 새어든다.

반대로 실린더의 연소가스가 냉각수로 섞여 들어가기도 한다.

심한 경우에는 엔진 룸의 냉각수 보조탱크 마개를 열고 속의 냉각수를 들여다보면 새어나온 연소 가스가

냉각수와 함께 순환하다가 거품처럼 보글보글 솟아오르는 것이 보이기도 한다 .
이정도까지는 아니더라도 연소 가스가 냉각수 쪽으로 샌다면 배기 가스 검사기로 냉각수 보조 탱크에 든 냉각수의 (HC)탄화수소 함량을 측정해 보았을때 일반 공기중에 있을때보다 높게 나타난다.
실린더 헤드 개스킷이 손상 되었다면 곧바로 교환해주는것이 좋다.

냉각수가 연소실로 계속 들어와서 엔진오일과 섞이면 엔진오일의 윤활성능이 크게 떨어진다.

(냉각수가 섞인 엔진오일은 뽑아보면 거무튀튀한 우유 비슷하다.)

드문 경우지만 냉각수 온도에 따라 스로틀 보디(throttle body:흡입공기량을 제한해서 출력도 조절하며 공회전RPM을 제어하는 장치)의 서모밸브(thermo valve)를 여닫는 방식의 엔진은 서모 밸브 쪽으로도 냉각수가 순환되기 때문에 서모 밸브의 실이 새면 이쪽으로 흐르는 냉각수가 흡입 공기 통로를 따라 엔진연소실 속으로

흘러들어간다.

이 때에도 흰색 배기가스가 나오지만 냉각수 보조탱크에서 HC함량을 측정해보면 정상으로 나온다.연소가스가

냉각수 쪽으로 침투하지는 않기 때문이다.

출처 : 양대용중고차 닷컴