자동차 정비부터 튜닝까지/자동차 튜닝

GT3565 2006. 3. 12. 02:18
내연기관은 엔진 혹은 기관 내부에서 연료를 연소시켜 발생하는 연소 생성물을 매개체로 동력을 얻는 다. 1860년 르누아르(J. J. E. Lenoir)가 만든 석탄가스를 이용한 내연기관이 그 시초였다.
내연기관의 발명이 없었다면 우리가 매일 타는 버스나 바라보기만 해도 가슴이 두근거리는 수퍼카는 이 세상의 빛을 보지 못했을 것이다. 첫 등장 이후 불과 140여 년만에 눈부신 발전을 이룬 내연기관은 많은 구조적 진화를 겪어왔지만 예나 지금이나 변치 않는 것이 있다면 피스톤의 존재다.

피스톤, 내연기관에서 핵심적 역할 하고 양산차는 알루미늄 합금 주조해 만들어

엔진 실린더 안에서 우리가 상상할 수 없을 정도의 빠론 속도로 가속, 감속, 정지로 구성되는 상하운동을 되풀이하면서 혼합기를 빨아들이고 압축했다가, 그 혼합기의 연소압력을 받아내는 역할을 하는 피스톤은 자동차 엔진 속에서 가장 가혹한 일을 해내는 부품 가운데 하나다.

원통 모양의 피스톤은 연소실의 폭발을 받아들이는 피스톤 크라운(Crown)과 피스톤 링이 끼워지는 홈, 커넥팅 로드가 맞물리는 피스톤 핀을 끼우는 피스톤핀 보스, 피스톤 핀으로 구성되며 피스톤 측면의 아랫부분은 피스톤 스커트라고 부른다.
언뜻 보기에 원통형인 피스톤은 상온에서는 크라운 부분보다 스커트의 직경이 더 크게 만들어져 있다. 크라운 부위는 고온으로 가열되는 데다 두께가 두꺼워 스커트 부위보다 열에 의해 팽창되는 정도가 크기 때문이다.

연료의 연소, 폭발이 이루어지는 실린더는 위쪽으로는 헤드, 아래쪽으로는 피스톤 크라운으로 가로막혀 있다. 물론 그 체적은 피스톤이 상하로 움직임에 따라 늘어나고, 줄어든다. 튜닝을 통해 자동차의 성능을 향상시키는 가장 자연스러운 방법은 연소가 잘 될 수 있도록 도와주는 것.
다시 말해 엔진을 비롯한 각 구성부품에 새로운 것, 부가적인 것을 더하기 앞서 이들이 최소한의 저항으로 매끄럽게 돌아갈 수 있는 환경을 만들어주는 것이 최우선이다.

실린더 안에서 혼합기는 점화플러그가 만들어내는 불꽃에 발화되어 폭발을 일으키며 피스톤을 밀어낸다. 한순간에 일어나는 일 같지만 이론적으로 따져보면 점화플러그에 가까운 부분에서부터 먼 곳으로 화염을 전파해가는 점진적인 폭발과정이다.

이때 화염이 잘 전파되는 데 영향을 미치는 것이 실린더와 헤드, 그리고 피스톤 크라운의 형상이다. 빠른 연소를 위해서는 이들 부품이 최대한 매끄러워야 함은 물론이다. 여기에서 피스톤을 튜닝할 필요성이 생겨난다.

매끄럽게 표면 다듬고 무게 덜면 좋아서 가볍고 내열성 뛰어난 단조 피스톤 인기

피스톤은 고온고압을 견딜 수 있어야 하므로 가볍고 단단한 알루미늄 합금으로 만들어지는데, 주형에 용융된 합금을 넣고 냉각시키는 주조방식으로 만들어져 기포로 인해 내부 조직이 치밀하지 못하고, 강성도 떨어지며, 표면이 매끄럽지 않다.

이렇게 거친 주조 피스톤의 크라운 부분을 연마해주는 것만으로도 기대 이상의 효과를 볼 수 있다. 아울러 헤드를 함께 연마해주면 더욱 큰 효과를 볼 수 있다. 표면을 매끈하게 다듬는 것보다 조금 더 적극적인 방법은 피스톤 크라운을 가공해 압축비를 높이는 것. 실린더 공간은 한정되어 있으므로 실린더 헤드나 피스톤 크라운의 두께를 두껍게 만들면 자연스럽게 압축비를 높이는 효과를 볼 수 있다.

피스톤 크라운에는 실린더 헤드를 드나드는 밸브들이 닿지 않도록 밸브 리세스라고 불리는 홈을 파 놓았다. 하지만 `만약의 경우`까지 대비해야 하는 양산차 메이커는 이론적으로 적당한 깊이보다 조금 더 파놓는 것이 보통이다. 일반 엔진의 피스톤과 밸브 거리는 약 1.5mm 정도인데 이 거리를 0.5mm 정도까지 줄여주면 압축비를 높이고 연소실 형상을 좋게 하는 데 도움이 된다.

그밖에 움직임에 지장을 주지 않는 범위 내에서 피스톤을 깎아내 무게를 줄이거나, 단조 피스톤으로 바꿔주는 등 다양한 튜닝방법을 피스톤에 접목할 수 있다. 단조로 만들어진 피스톤은 거친 결정입자를 치밀하고 미세하게 함과 동시에 재료 내부의 불순물을 제거시키는 공정의 특성상 매끄러운 표면과 가벼운 무게, 뛰어난 내열성을 가져 튜닝 소재로 각광받는 부품이다.