밸브와 구동기구

유압태핏, 엔진오일불량 때 소음 증가
캠축, 소음 적지만 소모가 빠른 단점

밸브(valve)는 일반적으로 액체 또는 기체의 흐름을 개·폐시키는 장치로 가정에서 쉽게 볼 수 있는 것이 수도밸브이다. 자동차 엔진에서 밸브는 연소에 필요한 공기 또는 혼합기를 흡입하고 연소된 가스를 배출하는데 사용한다.

일반적으로 자동차 엔진에는 포핏(poppet)밸브가 사용되며 1개의 실린더에 흡입과 배기밸브가 각각 1개 또는 2개씩 설치돼 있다.

밸브는 밸브구동기구인 캠축에 의해서 로커암이나 유압태핏이 엔진의 작동에 알맞게 흡입과 배기밸브가 열리고 밸브에 장착된 밸브스프링에 의해서 닫히게 된다.

밸브는 실린더헤드에 설치돼 고온·고압에 노출돼 반복되는 충격과 열을 받으므로 열전도율 및 기계적 강도가 좋은 니켈-크롬강을 사용한다.

지름은 가능한 한 큰 것이 흡입효율이 좋고 배기효율도 증가하지만 실린더의 지름에 영향을 받으므로 밸브의 지름은 실린더 지름의 0.35~0.5배 정도가 적당하며, 실린더헤드의 밸브시트에 밸브면이 45°각도로 설치돼 기밀을 유지하고 있다.

작동은 캠축에 의해서 로커암이나 유압태핏이 밸브스템 끝을 눌러 밸브가 열리는데 로커암을 사용하는 경우 밸브를 열고 닫을 때 열팽창을 고려해 둔 밸브간극으로 인해 소음이 다소 발생할 수 있으며, 밸브개·폐의 정확성이 떨어질 수 있다.

그래서 최근에는 캠축의 작동을 유압태핏을 통해서 바로 밸브를 작동시켜 소음과 개·폐시기의 정확성을 높이고 있다. 하지만 유압태핏의 경우 엔진오일의 순환이 불량하면 고착현상이 발생해 소음이 더 발생하는 경우도 있으므로 엔진오일의 점검이 중요하다.

캠축은 타이밍벨트 또는 타이밍체인으로 크랭크축의 회전과 연동해 작동한다. 타이밍벨트로 구동하는 캠축은 소음이 적은 반면 소모가 빨리되므로 정비성이 좋지 않다.

보통 타이밍벨트는 80,000km 주행 후 교환해야 하는데, 특히 DOHC엔진의 경우 타이밍벨트의 교환시기를 놓쳐 주행 중 타이밍벨트가 끊어지면 밸브파손 등으로 엔진의 심각한 고장을 유발한다.

반면 타이밍체인은 수명은 반영구적이지만 소음이 타이밍벨트보다 커 많이 사용하지 않았지만 최근에는 사일런트 체인을 장착해 소음을 많이 저감시켜 승용형 엔진에는 대부분 사용해 타이밍벨트 교환에 대한 부담감을 덜어줬다.

<제공: 김연수 교수 한국폴리텍대학 달성캠퍼스 자동차학과(자동차정비기능장)>

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