DIY e39 m5 헤드 오바홀

[에스디(주성대)]

지난글에 이어 제가 시간날때마다 작업중인 m5의 실린더 헤드작업 관련한 내용을 공유합니다.

엔진 전문가도 아닌 제가 이러한 글을 공유하는 이유는 아주 단순합니다.

이 글을통해 회원분들이 비슷한 작업을 업체에 의뢰하실때 참고가 되었음 하는 바랩입니다.

어차피 제글과 같은 내용의 작업을 회원분들이 직접 작업할 경우는 거의 없을것으로 판단됩니다만,

혹시라도 따라 하시다가 생기는 불상사는 저는 전 ~~~ 혀 책임질 수 없답니다. ~~

우선 지난달에 제 사무실 공간에 여유가 좀있어 한쪽 방에 대충 만든 작업실을 공개합니다.  ㅡㅡ;;

이 글에서 제가 설명하고자 하는 작업은 밸브가이드를 제외한 모든 파트를 분해하는 과정입니다.

일반적으로 업체에서 전문가들이 하는 작업 순서나 방법과는 많은 차이가 있을 수 있으니 부족한 점 이해해 주시기 바랍니다.

1. 캠샤프트 분리하기

e39 m5는 8기통이라 V라인 양쪽으로 4기통짜리 헤드를 하나씩 가지고 있습니다.

4기통짜리 엔진을 두개 오바홀 하는작업이랑 똑같습니다.

m5 캠샤프트는 흡배기의 타이밍을 제어하는 더블바노스에 의해 rpm 전구간에서 최적의 토크를 뽑아낼 수 있도록 가변적으로 흡배기 밸브를 개폐합니다. 이 가변적이란게 결국 바노스가 개입하여 캠샤프트의 로브(lobes)각을 제어하는 것입니다.

그래서 캠샤프트를 분리하는 작업은 굉장히 조심스럽고 신경을 써야하는 작업중 하나입니다.

작업과정에서 알루미늄 헤드가 찍히거나 실수로 저널베아링쪽에 깊은 상처라도 생기면 헤드를 통으로 버려야 하는 상황이 올수있기 때문입니다.

캠샤프트를 분리하기전에 미처 분리하지 못한 점화플러그를 먼저 제거해 주었습니다.

캠샤프트를 고정하고있는 베아링캡을 분리하기전에 타이밍체인과 스프로킷 기어를 제거해줍니다. 체인 스프로킷 기어를 제거할때는 위 사진과 같이 육각렌치를 풀어줄때 27mm스패너로 잡고 고정해 줘야 따라 돌지 않습니다. 오일이 거의 마른상태에서 작업하는것이기 때문에 저널베아링에 기스가 나지 않도록 각별히 조심해서 분리 하였습니다.

타이밍체인에 연결된 스프로킷기어를 제거한 캠샤프트입니다.  나중에 체인 텐셔너도 같이 제거해 주었습니다. 좌측편으로 세컨더리 에어포트가 보입니다. 아래글에서 이부분에 대한 클리닝 작업도 언급 하겠습니다.

분리된 타이밍체인 및 기어

이제 캠샤프트를 고정하고 있는 베아링캡을 분리합니다. 전부 알루미늄으로 구성된 부품들이라 분리할때 각별히 신경쓰지 않으면 여지없이 야마(?)가 나거나 스크래치가 생겨버리기 때문에 정말 신중히 작업해야 했습니다.

분리된 흡/배기 캠샤프트인데... 사실 나사만 푼다고 바로 빠지진 않습니다.

무리한 힘을 가해서 빼다간 베어링쪽에 유격이 발생할 수 있어 조심스레 작업하느라 생각보다 시간이 좀 많이 소요 되었습니다.

사무실 환경이라 폐수처리가 힘들어 대부분 카본크리너와 솔벤트등 스프레이캔으로 된 화학 제품으로 크리닝 작업이 진행되었습니다. 덕분에 상당히 많은 비용의 클리너제품과 두루마리 화장지값이 지출되었답니다. ㅡㅡ;;

사진 왼쪽이 배기, 오른쪽이 흡기캠샤프트 입니다.

2. 밸브스프링 및 밸브분리

이번엔 밸브스프링과 밸브를 분리합니다.

먼저 태핏을 자석을 이용해서 하나씩 빼줍니다. 

태핏들은 뽑아준 순서대로 정렬해 두었습니다.

밸브스프링을 분리하기 위해서는 전용툴이 필요합니다.

밸브스프링을 압착해서 콜릿 또는 밸브스프링락등 여러 이름으로 불리우는 잠금장치를 해제해서 밸브스프링을 밸브로 부터 분리하기위한 도구입니다.

물론, 헤드를 내리지 않고 작업할 경우에는 해당 실린더의 점화플러그를 분리해서 점화플러그 구멍내로 낙하방지 아답터를 삽입해 밸브스프링 작업중 밸브가 실린더내로 낙하되지 않도록 에어를 강제주입해서 빼는 방법도 있긴합니다.

하지만 전 이미 헤드가 탈착된 상태라 대형 C클램프 형태의 밸브작기가 필요합니다.

우선 밸브스프링 탈착작업을 진행하기전에 혹시 발생할지도 모를 태핏버킷면 손상을 방지하기위해 아래사진처럼 사무실에 돌아다니는 OHP필름을 적당히 잘라서 보호막을 쳐 두고 작업을 진행하였습니다.

사진 우측편에 있는 필름이 태핏의 버킷면을 보호하기위해 사용되었습니다.

밸브스프링을 압착하기 위해 사용된 밸브작기 입니다. 지난 글에서 잠깐 소개되었지만 주제가 달랐던 글이라 설명은 생략했었는데 탈거된 헤드에 위 사진과 같은 방식으로 사용합니다.

위쪽에서 보면 이런식으로 삽입되어 밸브스프링 캡을 전용 아답타로 눌려주게 됩니다.

반대 방향인 아래 밸브면쪽으로는 이런식으로 받쳐 줍니다. 끝부분이 둥근면이라 스크래치 염려는 할 필요 없습니다.

손으로 핸들을 시계방향으로 몇바퀴 돌려주면 스프링이 압착되고 콜릿이 드러나게 됩니다.

이때 긴 일자 자석드라이버로 살짝 건드려주면 스프링캡에의해 고정되어있던 콜릿이 분리됩니다.

분리된 밸브콜릿을 자석 드라이버로 빼내고 밸브스프링과 밸브를 분리하면 됩니다.

 분리된 밸브들은 반드시 순서대로 정렬해야 합니다. 밸브시트면과 밸브페이스는 오랜시간동안의 반복적인 개폐작업으로 가장 이상적으로 밀봉되기 때문에 조립할때 이 순서가 틀어지면 밸브랩핑 작업을 일일이 수작업으로 새로해야 되기 때문입니다.

분리된 스프링들은 일일이 버니아 캘리퍼스를 가지고 높이를 확인하고 허용범위값을 벗어날경우 교체를 해줘야 합니다.

3. 간단 클리닝작업

앞서 언급하였지만 헤드를 클리닝할때 유발할 수 있는 폐유나 폐수의 처리는 전문업체가 아닌이상 깔끔하게 처리하기가 사실상 힘듭니다. 그래서 저는 가능한 스프레이캔 제품을 사용해서 신문지와 화장지를 이용해 작업후 폐기처리 하였습니다.

클리닝작업을 실제 해보면 상당히 시간이 많이 걸리고 힘든작업 입니다.

하지만 엔진오바홀의 가장 중요한 작업이 바로 이 클리닝 작업이기에 시간과 노력, 비용이 소요되더라도 반드시 제대로 해주어야 하는 작업입니다.

저 같은 경우는 제한된 시일을 요하는 작업이 아니라서 비휘발성 엔진클리너 제품을 구입한뒤 화장지에 덤뿍묻혀 몇일씩 구멍속에 재워 두는 방식으로 고착된 카본들을 제거해 주었습니다.

클리닝 작업하기 가장 힘든곳 중 하나로 카본이 시멘트처럼 고착된 배기포트를 클리닝 해준 사진 입니다. 약간씩 보이는 저 슬러지들은 솔벤트로 날려 버리면 됩니다. ~~

연소실도 나름대로 열심히 클리닝 해준 결과입니다.

육안으로 보이지 않는 오일통로들은 이런식으로 스프레이캔을 사용해 마구 뿌려준뒤 일일이 화장지와 헝겁, 에어건으로 마무리해 주었습니다.

4. 헤드면 변형검사

제가 지금 작업중인 엔진의 해드는 키로수가 약 19만키로대로 이미 오버홀 이력이 있는것으로 확인되었습니다.

오버홀 이력이 없었다면 키로수가 있는 엔진인 만큼 헤드변형을 걱정할 수 있으나 다행이 그 부분은 어떤 형태로든 이전 업체에서 해결 했을걸로 믿고 저는 간단 테스트만 해 보았습니다.

헤드의 변형은 여러가지 원인으로 올 수 있는데 대표적인 경우가 냉각수 문제로 인한 오버히터가 가장 많을 겁니다. 그런경우 헤드를 교환하거나 전문 헤드집에서 허용범위 내 면치기 작업을 하게되는데 이때 어느정도를 쳐 내느냐에 따라 헤드가스켓의 두께가 결정됩니다. 제가 알기로는 BMW의 경우 .3mm정도까지 오버사이즈된 가스켓이 순정품으로 제공된다고 합니다.

필러게이지가 준비되지않아 형식적이긴 하지만 제가 참조한 엔진 메뉴얼대로 변형정도를 육안으로 확인하여 보았습니다.

헤드변형 검사를 위한 체크포인트

5. SAI (세컨더리 에어 인젝션) 클리닝

일반적으로 엔진이 냉간시에 시동될때는 보다 부드러운 동작을 위해 충분한 산소와 연료의 혼합을 요구합니다.

그래서 ECU는 산소센서가 정상적인 동작온도로 올라올때까지 고정된 풀맵(Full Map)으로 처음 20-120초 정도 오픈루프 모드로 동작합니다. 하지만 이러한 이유로 냉간시에는 유해가스인 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC)가 배기가스를 통해 많이 배출됩니다. 이는 아마도 연소실에서 뭔가의 이유에의해 에너지성분들이 다 산화되지 않고 나오기 때문이겠지요.

그런데 세컨더리 에어시스템이 있으면,

에어펌프를 이용해 공기를 강제로 배기매니폴더에 집어넣게되고 고온에서 재연소 과정을 한번더 거치므로 유해한 배기가스를 많이 줄일 수 있답니다. 이때 발생하는 열또한 배기가스의 온도를 빠른속도로 높여 촉매가 빠른시간내 정상동작 할 수 있는온도로 올려줍니다.

당연한 이야기지만 효율적인 엔진의 웜업을 위해서는 시동직후 몇초동안 충분한 세컨더리 에어 플로우가 이루어져야 하고 이상태를 계속 유지시켜 산소센서가 빠른시간내 정상동작이 되도록해야합니다.

산소센서와 촉매가 충분한 동작온도에 도달하면 세컨더리 에어 컨트롤러는 더이상 에어를 공급하지 않게됩니다.

결론적으로 e39 m5 S62의 세컨더리 에어 인젝션 시스템은 엔진의 성능보다는 배기가스 규제(emision control) 쪽에 맞도록 구성된 시스템인것 같습니다.

잡설이 좀 길어진 이유는 나름대로 아래의 작업중요성을 강조하기 위함입니다.

S62는 양쪽 실린더헤드에 위 사진과 같이 SAI 입구 포트가 있습니다. 그런데 오래된 대부분의 차들이 여기가 꽉막혀 있습니다. 오버홀된 엔진이라고 하는 이 헤드도 아주 꽉 막혀 있더군요. 작업실에서 이놈을 뚫어 주기위해 별짓을 다하다가 결국 베란다쪽으로 가져와 카본크리너로 뚫어주기로 하였습니다.

작업후 뚫어진 에어 구멍 확인을위해 10년동안 저와 함께한 에어컴프레셔를 사용하기로 하였습니다.

근데 작업을 하다 보니 입구만 막힌게 아니라 1번 실린더쪽 헤드의 배기포트쪽 SAI 구멍도 막혀있는게 확인되었습니다. 위 사진 우측편 밸브가이드 왼쪽 작은 검은구멍이 세컨더리 에어포트 입니다.

한참을 삽질한 끝에 결국 드릴비트를 이용해 작업하기로 하였습니다. 전동공구로 하면 원치않는 부분까지 드릴비트가 건들릴 수 있어 최대한 손감감을 유지하기 위해 이 방법을 사용 하였습니다.

이런식으로 살살 돌려 가면서 카본을 제거해주었는데 꽤 많은 시간이 소요 되었습니다. 한마디로 꽉막혀 있더군요.

작업결과 확인을 위해 에어컴프레셔로 입구쪽에 바람을 넣어주고 배기포트쪽으로 손을대보니 이젠 주입한 바람이 막힘없이 술술 잘 나오더군요. ~~

6. 밸브가이드

밸브가이드는 단어 그대로 밸브의 상하운동을 가이드하는 부속품입니다.

S62와 같이 알루미늄 헤드인 엔진들은 얼마든지 교환가능한 부속품 이기도 합니다.

BMW의 경우 같은 사이즈는 없고 오버사이즈된 밸브가이드만 제공합니다.

하지만 같은 사이즈의 밸브가이드를 작업할 수도 있는데 이럴땐 기존 밸브가이드에 탭을 내어서 구멍을 확장한 후 아주 얇은 청동재질의 밸브가이드 라이너를 삽입해서 작업합니다. 물론 사제품일 경우에만 가능합니다.

제가 이번에 작업한 엔진의 경우 뱅크2의 실린더헤드상태가 지난번 글에서 밝힌대로 상태가 좀 안좋습니다.

그중에서도 7번실린더쪽 밸브가이드는 폭발시 충격으로 인해 밸브가 휘어지면서 아래사진처럼 밸브가이드의 위 아래가 변형되었습니다.

7번실린더쪽 헤드의 밸브가이드 윗면

7번실린더쪽 헤드의 밸브가이드 아랫면... 한마디로 둘다 짱구입니다. ㅡㅡ;;

밸브가이드가 위 사진처럼 짱구가 되면....

위 아래의 유격으로 인해 소음을 유발시키고 오일이 연소실내로 유입이 되게 됩니다.

참고적으로 저는 이 헤드를 살리기위해 밸브가이드 교체쪽으로 방향을 잡았습니다.

마지막 단계 작업은 밸브스템씰 제거 작업입니다.

밸브스템씰 ...

보통 우리가 밸브가이드 고무 또는 가이드 고무라고 부르는 놈으로 오래된 차들에서 흔히 볼수있는 오일을 많이먹는 이유는 대개 이놈이 경화 되거나 낡아서 생긴 문제입니다.

가이드고무 역시 전용툴을 필요로 합니다. (아래제품 사진 참조)

이런식으로 집게로 집은후 살살 돌려주면서 위로 뽑으면 가이드 고무가 제거됩니다.

탈착된 밸브가이드 고무

약 2달에 걸친 작업을 글 하나로 요약해서 올리려니 빠진 내용이 많아 아쉽습니다.

비록 e39 m5 엔진이지만 사진상의 대부분 내용이 스펙의 차이만 존재할 뿐 6기 엔진이랑 크게 다를게 없습니다.

아무쪼록 제 글이 비슷한 작업을 계획하고 계신분들에게 약간의 참고 자료가 되었으면 좋겠습니다.

이글에서 빠진 오바홀내용은 낡은 부품을 신품으로 교환하는 작업인데 향후 기회가 되면 작업내용을 올리도록 하겠습니다.

부족한 글 읽어 주셔서 감사합니다.

[언타이틀(윤재웅)]

최고의 고수이시군요.... 대단하십니다. ^^

[신동훈(신동훈)]

매번 놀랍습니다. 정말 대단하십니다..

[비엠(김건호)]

한번 기회가 된다면 우리삼구 한번 맡기고 싶습니다ㅡㅡ;; 업체보다 꼼꼼하고 확실하게 해주실거 같습니다 ㅎㅎ

[카클럽(김승환)]

우와~~~ 정말 대단 하십니다~~~
밸브가 2개 휘었군요
밸브고무가이드는 국내차량들이랑 똑같이 생긴것 같네요 ^^

[에프텐(문혁)]

조만간 에스디 엔진오버홀 주식회사가 설립될듯 합니다. ㅋㅋ

[리빈다(이성영)]

진정한 e39 M5 의 고수십니다..그저 감탄만 하면서 보고 있었습니다 ^^

[질주본능(임경섭)]

이글을 보면서 정말로 많은 도움이 되고 있답니다^^; 감사합니다~

[두리(이상훈)]

E39 M5가 드림카인데, 이 차를 엄청난 숙련 스킬로 다루시는 모습이 존경스럽습니다. 컴플릿 오버홀 후기가 더욱 기대 됩니다. ^^

[팔육특수렉카(정홍진)]

후덜덜.. 소름 돋습니다 대단하시네요

[셜록홈즈(백천)]

누가 뭐래도 39에 대한 열정은 단연코 ''갑''입니다

[고갯길레이서(이재권)]

와... 대단하십니다~ 매번 볼때마다 열정이 부럽습니다~

[커피향(송영권)]

그저 감탄만 할뿐 대단한 경지의 E39사랑은 타의 추종을 불허하는듯 합니다
경의를 표합니다 ^^

[드라이브(박영민)]

정말 대단하시다는 말밖에는...
열정과 실력에 박수와 응원을 보냅니다. ^^

[달팽이(전대근)]

에휴 부럽단 말뿐이 안나오내요 언젠간 저도 해볼랍니다 언젠가는꼭.. ㅎㅎ

[멋쟁이야(윤석호)]

대단하십니다 응원할게요!!

[나무꾼(한두일)]

죽어야 낳는병,,,,,,ㅎㅎ짝짝짝,,,,

[다크맨(서민철)]

제가 주성대님 블로그 즐겨찾기되었어서 정비하는 친구들 보여주면 다들 '신은 여기에 있구나'하면서 혀를 내두릅니다~~ 겨으이를 표합니다.

[에스디(주성대)]

댓글들 감사합니다. 제가 전형적인 갱상도 남자라 좀 무뚝뚝합니다. ㅡㅡ;; 일일이 답글 달아드리지 못하는점 양해바랍니다. ~~

[시은아빠(백영복)]

와우 정말 대단하시다는 말밖에 .....너무 부럽습니다 그열정이나 지식이나 작업할수있는 주변환경까지도....박수!!!~~~ㅉㅉㅉㅉ^^

[멀티(김대성)]

박수를 보냈니다.^^*

[노말(이동호)]

좋은내용 좋은글 감사합니다....
모쪼록 남은 오버홀도 잘 진행되시길 기원합니다....^^

[성난야수(구본춘)]

우와 대단하십니다. 진짜 한번 차리시는게 어떠하실지??

[타이푼(이종성)]

잘 보았습니다

[제이피(천장필)]

정말 최고라고 할수밖에

[스포츠세단(김현일)]

일이바빠 가끔 스마트폰으로 눈팅만 하는 요즘..
이 글에 댓글을 안달 수 없어 로긴합니다
자동차 엔진에 조금의 지식이라도 있는 분들은 에스디님의 글의 제목을 보는 순간 설마 했을껍니다
그리고 이어지는 DIY로 이뤄진 사진들과 설명..
전 지금 감탄을 넘어 멍하게 자료만 서너번째 보고있습니다..
대단하십니다..

[이노아빠(박정현)]

대단하십니다 열정이 어후~

[하늘색오렌지(오준석)]

멋집니다~정말 대단하시네요~~

[고물상(김광우)]

헐~~~대박

[뚜비(이상경)]

잘 보았습니다.

[이끄랑(이승복)]

성대 형은 그냥 카센타 해야겠어요.
뭐 못하는게 없네요. ^^

[양봉(양성준)]

섬세한 작업... 대박이십니다. 차가 너무 좋아라 하겠습니다.

[구름(박성범)]

너무 대단하십니다...존경.

[알렉스(김진영)]

진정한 메케닉이시네요 잘봤습니다. 다음 완성작도 기대되네요~^^

[날쌘코너링(황정환)]

벌어진 입이 다물어지지가 않습니다.

[사대사조(양남진)]

장인의 숨결이 느껴지는 순간이네요!!! 존경스럽습니다...

[지갑을살려라(장우석)]

뒤늦게 좋은 글 보고 갑니다! 감사합니다

[챔피언(정기영)]

3년이 지난 지금 이 글을 읽고 있는데 열정이 대단하시네요.. 저도 한번 도전하고 싶지만 능력이 부족하네요..