E85 Z4 정보 E85 Z4의 DISA 에 관한 글.. (하라는 공부는 안 하고 매일 이런 짓만 T^ T)

[nokcha]

제 E85 3.0i(non-smg)는 03년 8월식 M54B30 엔진을 가지고 있습니다. 우선 2.5i와 3.0i 엔진을 비교하자면 다음과 같습니다.

[Fig. 1] E85 z4 엔진의 비교

[Fig. 2] 2.5(M54B25) & 3.0(M54B30)의 마력 및 토크의 비교

[Fig. 1]에서 M54B25와 M54B30의 두드러진 차이는  a) 보어와 스트로크의 차이 b) 압축비입니다.

여기서 말하는 stroke의 의미는 다음과 같습니다.

[Fig. 3] 실린더 내부 구조

 ** Short stroke & Long stroke **

스트로크(Stroke): 실린더내 피스톤의 최상위위치(상사점)에서 최하위위치(하사점)까지의 거리
보어(Bore): 실린더 내경을 의미합니다.

 bore보다 stroke가 큰 엔진을 long stroke라고 하며 반대의 경우를 short stroke라고 부르고 반면 bore=stroke인 경우를 "Square stroke"부릅니다.

 일반적으로 long storke엔진은 고토르크형으로 지나친 고회전용에는 맞지 않으며, short stroke 엔진은 고회전을 목적으로 합니다.

  ** 압축비(= Compression ratio) **

[Fig. 3]을 보시면 압축비 = (A+B)/B 로 계산합니다. 이 값이 높은 것을 고압축형 엔진이라고 하며 압축비를 높임으로써 어느정도의 성능향상을 기대할수는 있지만 아주 높을 경우 녹킹을 발생 시킵니다. 이 녹킹은 엔진에게는 대단히 나쁜것으로 심할 경우에는 피스톤을 파손시키는 경우도 있다고 합니다. 

 ** 노킹현상(= Knocking) **

 자동차 엔진에서는 압축비나 흡입 압력을 크게 하거나 점화 시기를 빠르게 하면 금속성이 들리게 되는데 이런 현상을 노킹 현상이라 한다. 이것은 엔진이 과열되거나 압축비가 커서 압축 혼합가스의 온도가 점화온도 이상으로 올라가면서 자기점화 되기 때문에 나타나는 것이다. 이것으로 압력온도가 급격히 상승하여 진동과 소음을 발생하고, 출력을 저하시켜 이상폭발을 일으키는 경우도 있다.

 노킹은 연료의 성질에 영향을 받는데, 일반적으로 곧은 사슬 모양의 탄화수소가 많아서 자기점화온도가 낮은 연료가 노킹이 일어나기 쉽 다. 고리 모양의 벤젠이나 톨루엔을 넣으면 옥탄가가 어느 정도 올라가기는 하지만 발암성 물질이라서 문제가 된다.

 쉽게 설명을 하면, Knocking은 엔진의 부조 즉, 엔진의 상태가 고르지 못함을 말하며 이 상태에서도 엔진이 심한 소리를 내는 것을 말합니다. 녹킹을 알려면 그 엔진의 특성 부터 알아야합니다.가솔린 엔진은 가솔린을 사용하게되지요. 그런데 이 가솔린이 아주 아주 휘발성이강하고 자기착화 온도가 낮습니다. 그리고 엄청난 폭발성을 가지게 되지요.여기서 녹킹과 중요한 문제는 자기착화 온도입니다. 압축행정중에 실린더 내의 가스는 고압고온이 되게 됩니다. 압력이 증가하면 온도가올라 가는것 아시죠? 이것 때문에 실린더 내부의 온도가 올라가게 되는데요 온도가어느정도 올라가면 괜찬겠지만 그 이상이 되면 피스톤이 상사점에 이르기 전에 폭발 하게 됩니다. 자기 착화가 이루어 지는것이지요. 이때에 가솔린 실린더는 약간 땅땅 거리는 소리를 내게 됩니다. 물론 심하면 소리가 더욱 커지고 심하면 크랭크가 부러지기도 하지요. ^^;; 이것이 자연적인 가솔린 엔진의 녹킹이구여 기계적인 노킹은 타이밍의 부정확이 있을수 있습니다. 피스톤이 상사점에 도달하여 점화 플러그에서 점화를 해주게 되는데요 이 피스톤이 상사점에 도달하기 전에 점화 플러그에서 점화를 해주게 되는 겁니다. 이렇게 되면 역시나 노킹이 일어나게 되지요.^^;;

또한  E85 M54B30 에만 있는 특별한 sound generator가 있습니다. MSS(Motor sound System)이라고 하는 장치인데요. Roadster 특유의 소리를 내기 위해서 있다네요.

또한 1번에 보면 front bulkhead(격벽)에 연결되어 있는 부분에 있는 플라스틱 pipe같이 생긴 곳에는 foam(발포제) 같은 것이 있는데 이것을 제거할 경우 정말 불쾌한 소리가 난다네요. 그래서 제거하지 말라고 권고하고 있습니다.  

위에 내용들이 본론에 앞서 어제 google 혹은 naver에서 검색해서 z4에 관한 정보를 얻은 내용이구요. 다음은 제가 어제 느낀  DISA에 관한 내용을 쓰겠습니다.

*** symptom of failing DISA(= Differentiated Air Intake System) **

DISA란?

 Z4 forum에 올라온 한 글을 의역해서 대략적으로 옮기면 다음과 같습니다.

" DISA라는 부품은 Resonance system이라고 하는군요. 그렇다면 Resonance system이라는 것은 무엇일까?

Resonance system이라고 하는 것은 low rpm에서는 engine torque를 올려주는 역할을 하고 high rpm에서는 마력을 올려주는 역할을 합니다. 이러한 것들은 바로 DME로 control되는 resonnace flap(접었다 폈다 할 수 있는 부품)을 사용함으로써 얻을 수 있는 특징이라고 하네요.

즉, low to mid-range rpm(중저영역의 rpm) rpm에서는 resonance flap이 닫혀있어서 하나의 긴 intake tube를 형성하는데 이것은 속도를 흡입되는 공기의 속도를 올림으로써 torque의 올리는 결과가 생기구요. mid-range to high rpm(중고영역의 rpm)에서는 resonance flap이 열리면서 더 많은 양의 air volume을 제공함으로써 마력이 증가할 수 있게끔 하는 장치라고 합니다. 

 실제적으로 차량마다 약간씩은 다르겠지만 약 3750rpm 이하에서는 DME에서 solenoid valve와 accumulator로 인한 vaccum으로 인해서 resonance flap이 닫히게 됩니다. 이러한 경우 한개의 resonance tube를 형성하기 때문에 흡입공기의 속력을 증가시킬 수 있어서 토크를 높일 수가 있구요. 약 4100rpm이상 증가하게 되면 solenoid valve에 전원 공급이 차단되고 vaccum이 없어지면서 다시 열리게 되면서 양쪽의 resonance tube를 통해서 더 많은 양의 공기를 흡입함으로써 마력을 높일 수 있게 됩니다. 

 최근에 서울에 일이 있어서 z4를 타고 200km가 넘는 운행을 자주 하였습니다. 저같은 경우 특히나 스텝트로닉에서 sport 버튼 누른 상태에서 변속을 하면서 주로 3500rpm~5500rpm을 주로 많이 썼구요. 간혹가다 경쟁 붙거나 혹은 칼치기 할때는 red zone까지 사용합니다. 일단 DISA(= adjuster unit) 의 구조 및 위치를 확인하면 일단 본넷을 열고 난 후에 엔진을 보면 엔진 우측(엔진을 바라보고 있는 상태)에 보면 아래 그림의 7번에 해당하는 부품이 있습니다. 그냥 아무런 탈거 없이 본넷열고 육안으로 확인할 수 있는 부품입니다.

 이 부품을 탈거하면 상기와 같은 구조로 되어 있지요. DME(= Digital Motor Electronics= ECU, Engine Control Unit)에 의해서 조절되며 12V 로 작동되는 것으로 알고 있습니다. 간단하게 DISA의 작동원리를 보면 DME에 의해서 on/off 방식처럼 flapping(접히는) 것 같습니다. 물론 이 작동원리에는 내부에 들어있는 솔레노이드나 vaccum의 상호작용에 의해서 전압이 공급되어 평상시에는 닫혔다가 일정 rpm 이상 올라가게 되면 열리는 방식으로 되어 있는 것 같습니다. 아래 보시면 youtube에 E85 z4의 DISA 작동원리에 관한 동영상이 있어 올립니다.

 위에서 보시는 바와 같이 땅에 닿아 있는 부분은 바깥쪽 부분이고 flapping이 일어나는 부분이 Air Intake System 중 흡기시스템 쪽으로 들어가게 되는 부분입니다. 동영상을 보시면 움직이는 flap을 housing에 고정시키는 핀 같은 것이 있는데 예를 들어, 부품 자체가 너무 노후화 되거나 높은 rpm을 쓰는 과도한 운전을 하였을 경우 혹은 관리가 안 되었을 경우, 여러가지 carbon sludge 등에 의해서 노후화가 일어나면 다음과 같은 일이 일어날 수 있을 것이라 추측됩니다.

물론 flap을 housing(기계 따위의 틀, 형태)에 고정시키는 pin이 실제로 잘 빠지는지 여부에 대해서는 제가 직접적으로 분해를 해보지 않았기 때문에 잘 모르겠습니다. 혹은 경우에 따라서 flap 즉 open/close되는 부분이 깨지거나 혹은 housing이 깨지면서 pin이 intake valve(즉 흡입공기가 실린더로 들어가는 입구)에 끼거나 혹은 최악의 경우 실린더 내부로 파편이 들어간다면 엔진 실린더에 손상을 줄 수 있겠지요. 따라서 미연에 저 부품이 잘 작동하는지에 대한 관찰이 필요할 것으로 생각합니다.

일단 증상은 다음과 같습니다.

이전보다 rpm 상승이 더딘 경우가 지속되다가 일단 DISA가 고장이 있게 되면 특이한 소리가 나지요. 특히 고속 주행시에는 별 다른 느낌이 없는데 Idling 상태(그냥 엑셀레이터 밟지 않고 그냥 가만히 있는 상태)에서는 rpm이 진동을 하면서 실내에서는 차가 흔들리는 진동을 느낄 수 있습니다. 또한 엔진에서 이상한 소리가 나죠. 중저음의 폭발 소리 "퐉~퐉~퐉" 또한 차문을 열고 rpm을 약간 높게 밟을 경우 다음과 같은 소리가 납니다. 외국인들은 이것을 rattling(달그락거리는 소리)이라고 하더군요. 듣어보시죠. high-pitched sound 가 기분 안 좋게 들립니다.

 저 같은 경우 BMW 서비스센터 차량 불러서 진단기를 돌려본 결과 1st, 3th, 5th 째 실린더의 실화(사전적인 의미는 실수하여 불을 냄. 또는 그렇게 난 불.) 가 있었습니다. 즉, 공기의 흡입이 제대로 이루어 지지 않았기 때문에 아마도 점화가 안된 것을 의미하는 것 같습니다. 위에 M54B30 엔진의 점화순서를 보면 1-5-3-6-2-4 즉 이러한 순서대로 압축되어진 공기 및 연료가 점화되는데 아마도 공기의 흡입에 관련된 부품인 DISA가 문제가 생기면서 순서대로 1st, 5th, 3rd 실린더에 실화가 되는 문제가 생긴 것 같습니다. 결국 30여만원 내고 DISA  부품을 교체했습니다.

Epigolue) 끝으로 정확하게 air intake system에서 흡입공기가 어떠한 경로를 거쳐서 흡입되는지에 대한 정보나 구체적인 모식도가 없는 상황에서 DISA가 정확하게 어떠한 mechanism으로 작용하는지에 대해서 알기에는 한계가 있었습니다. 혹시 이러한 부분에 대한 정보를 가지고 있는 클럽 회원님께서 좀 설명을 해주셨으면 좋겠네요~ 읽어주셔서 감사합니다.

끝으로 정상적인 DISA와 비정상적인 DISA를 비교하는 동영상을 링크합니다. 동영상이 업로드가 안되네요 영어에요 T^ T

http://www.youtube.com/watch?v=v7M7P76AJB4

일단 정상적인 DISA의 경우 resonance flap이 housing에 고정시키는 pin에 의해서 잘 부착이 되어 있고 flap 자체가 잘 흔들리지 않습니다. 하지만 비정상적인 경우에는 resonance flap이 axial(flap이 고정되어 있는 축과 수직방향), longitudinal(flap이 고정되어 있는 축과 동일한 방향) 즉 쉽게 말해 flap을 손으로 잡고 상하좌우로 흔들어봐서 많이 흔들리고 flap을 고정시키는 pin이 흔들거리면 갈아주는 것이 옳다고 보이네요.

[칸초]

3.0si도 이런 정확한데이터를 보고 싶네요.

[nokcha]

3.0si에 들어가는 N52B30 엔진의 경우 3가지의 분류로 되어있네요. 출력별로요^^ 기존 M54 엔진과 비교해서 크게 달라진 것은 없고 흡기나 배기 등의 변화 혹은 upgrade를 통해서 출력과 토크의 향상 그리고 연비의 향상을 가져온 것이기 때문에... 기존의 M54B30 엔진처럼 정확한 데이터에 관한 정보를 얻기가 쉽지가 않네요. 다만 rpm 에 따른 마력과 토크 곡선은 밑에 글에 올려 놓겠습니다.

[nokcha]

여기서 ULEV(Ultra Low Emission Vehicle)의 약자로 한마디로 air pollutants(공기오염물질)을 적게 만드는 차량이라는 뜻입니다.

[쥐쉑]

조기 위에..사운드제네레이터 관련 제가 예전에 한 번 글 쓰긴 했었는데요... 전 안에 스폰지같은 흡음재 빼면 재미있는 소리납니다.. 불쾌한 소리라기 보단요...한가하신 분들은 한 번 빼 보세요..다시 끼우면 되니깐요.ㅋ

[윈드밀(신동현)]

요약하자면 disa라는 녀석이 저rpm에선 높은 토크를, 고rpm에선 높은 마력을 줄 수 있도록 제어 해주는데 고녀석이 고장나면 엔진의 소음과 부조화(찐빠)가 난다는 거지?

[nokcha]

한마디로 말하면 그렇죠. 하지만 엔진의 진동을 유발하는 원인은 여러가지가 있다는거^^

[윈드밀(신동현)]

아, 물론 그렇긴 하지...독립스로틀의 m계열의 경우 옥탄가만 낮아도 찐빠나고, 혹은 산소센서 문제나, 지포에 흔하게는 점화플러그나 케이블 문제로 말타기 많이 하니...^^ 덕분에 좋은 거 하나 배웠네...DISA라는게 있는 줄도 몰랐는데;;

[에드워드]

오 굳 post, 저도 찜빠나서 이걸 교체했습니다. 찰찰찰찰 소리났었지용.

[45rpm]

저도 갈아야 될거같은데요 디사 리페어 킷이 있는듯 한데 이건어떤가요?