실린더 헤드에 장착된 흡기, 배기 밸브와 캠축에 따른 장단점 알아보기

> 실린더 헤드 간단 정리

자동차 엔진에서 실린더 헤드는 기본적으로 I형(일자형)과 V형(대칭형) 모양의 구조를 갖고 있습니다. V6, V8 이라는 문구가 자동차 뒤에 보인다면 V형 실린더 헤드를 가진 엔진이라고 보시면 되죠.

실린더 헤드의 재질은 가벼운 '알루미늄'을 많이 사용하는데요. 연소실에서 뿜어져 나오는 고온고압의 가스때문에 강도가 높은 주철에 합금을 사용하기도 합니다. 물론, 경량화와 열전도를 고려하면 알루미늄이 장점을 많이 가지고 있습니다. 문제는 '가격'이죠.

실린더 헤드는 점화플러그, 헤드볼트, 스터드, 밸브 가이드, 밸브 시트 등을 포용하기 위해 특수 드릴링, 태핑 등의 기계 가공을 필요로 합니다. 또한 냉각수, 윤활유 엔진오일, 가스 등의 통로는 실린더 헤드 내에 주조를 통해 성성되죠. 각 통로는 적정한 간극 및 크기를 갖도록 완벽한 마무리와 점검을 요하고, 실린더 헤드 아래 부위는 '연소실'을 형성하게 됩니다.

> 오버헤드 밸브(OHV)와 오버헤드 캠축(OHC) 타입의 장단점 비교

일반적인 자동차 엔진에서는 실린더 헤드 내의 피스톤 위에 밸브가 위치하는데요. 이것은 자동차 정비의 용이성, 시스템의 간결성 등의 관점에서 설계된 것이죠. 이러한 실린더 헤드 형태는 밸브가 공기를 잘 통과시켜 기관 효율을 높인다는 장점이 있습니다.

오버헤드 캠축(OHV) 형태의 엔진에서 캠축은 OHV 엔진과는 달리 실린더 헤드 내부 또는 바로 위에 위치합니다. 캠축은 직접 또는 로커암을 통해 밸브를 작동시키는데요. 따라서 OHC 자동차 엔진에서는 리프터 또는 푸시로드가 필요 없죠. 구조가 단순하고 경량이어서 고속 작동이 가능한게 장점입니다.

> 더블 오버헤드 캠축(DOHC) 엔진과 다밸브 실린더 헤드 장단점 비교

하나의 실린더 헤드에 2개의 캠축이 있는 경우 DOHC(double overhead camshaft) 실린더 헤드라고 합니다. 1개인 경우는 SOHC(single overhead camshaft)라고 하죠. DOHC 엔진의 경우 하나의 캠축은 흡기 밸브를, 다른 하나는 배기 밸브를 작동시키는데요. DOHC 엔진은 밸브 위치 및 각도의 선정이 용이해서 흡기, 배기 밸브가 모두 열리는 '밸브 오버랩' 타이밍이 쉽게 조절되며, 캠축을 저가로 용이하게 제작할 수 있다는 장점이 있습니다.

만약, 밸브의 크기가 커진다면 당연히 '출력'이 좋아질 수 있는데요. 문제는 넓은 공간과 무게로 인해 고속작동에 어려움이 많습니다. 따라서 큰 밸브 대신에 1개 이상의 흡기 또는 배기 밸브를 사용하는 다밸브 엔진이 눈길을 끕니다. 실린더 하나에 2개의 흡기 밸브와 배기 밸브를 가지고 있어서 큰 밸브의 단점을 보완해 흡배기 효율을 증가시키죠. 밸브가 작으면 작을수록 가볍기 때문에 고속 운전이 더 용이하기도 합니다.

End. <실린더 헤드에 장착된 흡기, 배기 밸브와 캠축에 따른 장단점 알아보기 >

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