캬뷰레이터 유형별 원리와 구조 분석

캬뷰레이터 유형별 원리와 구조 분석
		will&D#				2007-05-16				2438

캬뷰레이터 유형별 원리와 구조 분석 공기와 가솔린을 섞는 과정에 작용하는 분무기와 베르누이의 원리를 실제 국산 바이크 구조도를 참고해서 알아본다. 덧붙여 생활 속에 꼭 필요한 캬뷰레이터점검 사항 3가지도 소개한다. 가솔린엔진은 가솔린을 실린더 안으로 들여보내기 위해 질량비 약 공기14 : 가솔린1정도(용적비는 1 : 50)로 혼합할 필요가 있는데 공기와 가솔린을 혼합하는 방식으로 캬뷰레이터 방식과 분사방식이 있다. 캬뷰레이터 방식은 니들제트를 이용해서 공기량을 조절하는 것이다. 분사식은 전자제어 시스템을 이용해서 조절하는 것이다. 분사식과 캬뷰레이터식의 원리는 같지만 그 방식이 다를 뿐이다. 이를 테면 수동카메라와 자동카메라의 차이정도된다. 캬뷰레이터의 기본구조 캬뷰레이터(Carburetor : 기화기)는 분무기 원리를 응용해서 가솔린과 공기를 혼합기의 형태로 엔진에 공급하는 장치이다. 사실 기화기라고 하지만 실제로는 가솔린을 기체로 만드는 것이 아닌 안개같은 형태로 만들어 실린더에 보낸다. 왼쪽 그림의 분무기의 경우 파이프에 바람을 불어 보내면 분무기 끝부분은 단면적이 작아지므로 공기의 속도는 분무관입구 속도보다 빨라진다. 따라서 분무관 끝부분에 압력강하가 생기면서 연료를 빨아올려서 분무시키게 된다. 이와 같은 원리를 기관에 적용한 경우가 그 오른쪽 그림이다. 가솔린 탱크에서 흘러나온 가솔린을 먼저 플로트 챔버(Float Chamber : 플로트 실)라고 하는 부분에 채운다.   이 플로트 챔버는 플로트 (FLOAT : 뜨개)에 의해 저장된 가솔린 양을 일정하게 유지시킨다. 분무기의 경우 손으로 눌러 공기가 내부의 관을 통과하게 하지만 바이크의 경우는 실린더안의 피스톤이 하사점을 향해 내려갈 때 공기가 빨려들어가며 캬뷰레이터의 배럴(Barrel : 흡기통로)압력을 떨어뜨리며 공기가 흐르게 된다. 이 공기의 흐름이 플로트 챔버 안의 가솔린을 메인제트(Main Jet)라고 불리는 작은 관으로 빨아올리고 제트 니들(Jet Needle)이 열린다. 다시 메인제트를 통한 가솔린이 니들제트(Needle Jet)라는 관의 구멍을 빠져 나와 공기와 합쳐지며 분사된다. 니들제트는 벤츄리(Venturi)라고 부르는 위치, 즉 흡기 통로가 좁아져 있어 가장 공기흐름이 빠른 곳에 위치해 있다. 그리고 벤츄리(조임관이라고 이해해보자)가 고정되어 있다면 고정 벤츄리형 캬뷰레이터라고 부른다. 고정되어있지 않고 움직이면서 배럴(흡기통로)를 얼마나 좁힐지를 정하는 것을 가변 벤츄리 캬뷰레이터라고 한다. 바이크에 있어서 대부분 가변 벤츄리 형을 채용하고 있다. 기화기 의 구조를 보면 크게 플로트 챔버(Float Chamber), 혼합실, 초크밸브(Choke Valve), 아이들링 장치(Idling System)등으로 구성된다. 각각의 용어를 설명하면 아래와 같다. ●VM형, CV형 위에서 언급한 대로 대부분의 바이크에는 캬뷰레이터가 가변 벤츄리형이고 가변 벤츄리형 캬뷰레이터에는 ,VM형과 CV형이 있다. VM형 캬뷰레이터에는 제트 니들이 부착되어있는 피스톤밸브가 스로틀 밸브구실을 한다. 따라서 엑셀 와이어에 직접 연결된 피스톤 밸브가 공기의 유량을 조절하고 스로틀 밸브에 부착돼 있는 니들제트가 가솔린의 양을 컨트롤한다. 한편 CV 형 캬뷰레이터에서는 VM형과 달리 스로틀 밸브를 설치하였다. 스로틀 밸브가 공기의 유량을 결정하면 이에 흡기관 안의 압력이 바뀌고 흡기관과 통해있는 다이어프램 안의 압력도 변화하게 된다. 디시 말해 흡기관 안의 변화하는 압력을 이용하는 다이어프램(Diaphragm)에 의해 피스톤 밸브가 상하로 움직이고 이에 따라 가솔린양을 결정하는 구조를 띠고 있다. 이러한 구조상의 차이를 일반적으로 VM형 캬뷰레이터는 스로틀 개폐에 대해 부드러운 인상을 받는다. 참고로 CV형 유로에서 공기의 속도가 빨라지면 압력이 저하되는 현상을 일컬어 베르누이(Bernoulli) 원리라고 한다. ●연료제어 시스템 앞에서 캬뷰레이터를 배럴(흡기관)내에서의 가솔린 분사에 초점을 두고 살펴보았지만 이번에는 캬뷰레이터의 아랫부분 즉 가솔린이 저장되어있는 플로트 챔버를 중심으로 살펴본다. 주행속도에 따라 캬뷰레이터 내에서 가솔린이 어떻게 제어되는지 세가지로 나누어 알아본다. 첫 번째는 속도에 관계없이 가솔린을 연료탱크에서 플로트 챔버로 옮기고 저장하는 방식이고 두 번째는 저속에서의 분사방식, 그리고 세 번째는 중.고속에서의 분사방식에 관한 것이다. 앞의 세가지 외에 한가지 더 추가한다면 시동계통이 있다. 이것은 정지해있는 실린더를 움직이게 하기 위해 짙은 혼합기를 내뿜어 내도록 하기 위함이다. 시동계통 : 초크레버를 당기게 되면 연료는 플로트 실에서 스타터제트를 통하여 스타터 회로로 들어가게 된다. 이 연료는 스타터 제트에 의하여 계량되어지며 플로트 챔버의 공기와 혼합되고 이 진한 혼합기는 스타팅 플런저로 들어가 다이아프램의 뒤쪽으로부터의 공기와 다시 혼합된다. 이렇게 적절히 혼합된 혼합기는 스타터 아웃렛을 통하여 메인보어로 분사된다. 이 연료는 스타트 제트에 의하여 유출되어 블리더 구멍으로 들어온 공기와 혼합하면서 시동에 알맞은 혼합기로 되어 실린더로 들어간다. 기화기의 구조로 다이어프램과 피스톤의 작동은 가변 벤츄리형 중 CV형으로 벤츄리 옆면에 있는 진공통로로 전달되는 진공도에 의하여 피스톤이 작동한다. 그리고 이 피스톤에 의하여 벤츄리 통로면적을 중가 혹은 감소된다. 진공은 다이어프램(Diaphragm)을 작동시켜 피스톤을 움직이게 한다. 이때 다이어프램에 걸리는 진공도가 스프링의 장력보다 커지면 피스톤이 상승하면서 벤츄리의 통로면적은 넓어져서 공기의 속도가 빨라지는 것을 방지하여 벤츄리에서 적절한 혼합비를 유지시킨다. ●일상점검 사항 3가지 1.니들밸브 검사 밸브시트와 니들사이에 이물질이 끼게 되면 휘발유가 계속 흘러 나오게 된다. 시트와 니들이 허용한계치를 넘어 마모되었을 경우에도 같은 현상이 발생할 수 있다. 반대로 니들이 뻑뻑하면 가솔린이 플로트 챔버 안으로 들어가지 않는다. 이때는 플로트실에서 플로트를 떼어내어 각 부위를 휘발유로 세척한다. 만약 니들이 왼쪽의 X 표시된 것과 마모된 경우에는 밸브시트와 함께 모두 교환해야 한다. 혼합기실 내의 유로를 청소는 할 때는 압축공기로한다. 2. 플로트 높이 조정 플로트핀이 빠지지 않도록 핀을 잡고 기화기를 뒤집어서 플로트높이를 검사한다. 플로트암을 자유롭게 한 후 니들밸브와 접촉이 시작될 때의 거리 ⓗ를 버니어 캘리퍼스를 이용해서 측정한다. 필요하면 조절판①을 구부리거나 펴서 플로트 높이를 조정한다. (예를 들어 플로트 높이 19.5 ± 1.0㎜) 주의 ! 플로트 높이를 측정할 때에는 가스켓을 제거하여야 한다. 기화기에 다이어프램 테두리를 정확히 끼워야 한다. 3. 혼합기 점검 기화기가 연료와 공기를 적절하게 혼합하는지 여부를 알기 위해서 로드 테스트를 실시한다. 이때는 엔진에 표준 점화플러그를 사용한다. 로드 테스트 후에 스파크 플러그와 피스톤의 상부를 체크한다. 플러그 상부 색깔이 적정이 아니라면 기화기를 통과해서 들어오는 공기의 양이 과다 혹은 부족했을 수가 있다. 이로서 기화기의 이상유무를 가늠해 볼 수 있다.