이민우「현대자동차 하이테크팀」
이번호에는 엔진의 기계적 타이밍을 파형을 통해 확인할 수 있는 방법에 대해 EF 쏘나타 2.0 DOHC 엔진을 기준으로 알아본다. 참고로 여기서 얘기하는 타이밍이란 크랭크축과 캠축의 기계적 정렬상태를 말한다. 일반적으로 크랭크앵글 센서와 캠포지션 센서 파형의 상호 위상을 이용해 엔진 타이밍 마크를 직접 확인하지 않고 정상 유무를 확인하는 방법에 대해서는 이미 잘 알고 있는 내용일 것이다
정상적인 타이밍 정렬 때 CAS와 TDC 파형
<그림 1> 정상적인 타이밍 정열 때 CAS와 TDC 파형
<그림 1>은 EF 쏘나타 2.0 DOHC 엔진의 기계적 타이밍을 크랭크 앵글 센서(CAS)와 캠포지션 센서(TDC) 파형을 이용해 정상 유무를 확인하는 방법에 대해 설명한 것이다.
크랭크축 스프로킷과 캠축 스프로킷의 노치가 정상적으로 정열되어 있다면 <그림 1>처럼 TDC 센서 넓은쪽 펄스의 내려가는 부분 ⓐ의 수직선이 CAS 파형 로(LOW)측의 정중앙 ⓑ에 일치하면 우리는 엔진의 기계적 타이밍은 정상이라 판단한다.
비정상적인 타이밍 정렬 때 CAS와 TDC 파형
<그림 2> 비정상적인 타이밍 정열 때 CAS와 TDC 파형
그러나 크랭크축이든 캠축이든 어느 한쪽에서 한 코만 넘더라도 <그림 2>처럼 ⓐ부의 수직선은 ⓑ부의 중앙에서 좌 또는 우측으로 이동하게 된다. 이런 경우에 우리는 타이밍이 맞지 않았다고 말한다. 여기서 주의해야 할 것은 DOHC 엔진의 경우 TDC 센서는 배기측 캠 샤프트에 설치되어 있으므로 <그림 2>의 TDC 센서 파형은 엄밀히 말하면 배기측 캠 샤프트와 크랭크샤프트간의 관계만을 보여준다는 것이다.
지금까지 설명한 내용은 우리가 일반적으로 알고 있는 내용이다. 그러나 위와 같은 방법(서로의 위상만을 확인하는 방법)만으로 점검을 하게 되면 몇 가지 문제가 발생한다.
우선 실제로 타이밍이 몇 코나 틀어졌는지를 알 수 없고, 둘째로 DOHC의 경우 TDS 센서가 감지하지 않는 흡기측 캠의 정상 정렬 여부는 알 수가 없다는 것이다. 그러므로 이번호에서는 위의 일반적인 방법을 토대로 이러한 문제점까지 해결할 수 있는 방법에 대해 알아본다. 이 내용이 실무 정비에 얼마나 효율적으로 사용될지는 모르겠으나 정비의 과학화라는 차원에서 한번쯤은 생각해 볼 문제이다.
그럼 어떻게 파형만 보고 타이밍이 구체적으로 몇 코가 넘었는지, 또 TDC 센서가 감지하지 않는 흡기측은 어떻게 확인 할 수 있는지 살펴보자.
<그림 3> 비정상적인 타이밍 정열 때 CAS와 TDC 파형 분석
<그림 3>은 역시 EF 쏘나타 2.0 DOHC의 CAS와 TDC 파형인데 파형의 위상으로 보아 타이밍 정렬에 문제가 있는 것으로 보인다.
이미 설명한대로 타이밍이 정상이라면 ⓐ부의 수직선은 ⓑ부의 중앙에 위치해야 한다고 했다. 그러나 <그림 3>에서 보면 ⓐ부의 수직선이 ⓑ부의 중앙에서 오른쪽으로 이동해 있다는 것을 알 수 있다.
그렇다면 정상 파형과 비교해 이 정도 틀어졌다면 타이밍이 정말 넘은 것일까? 넘었다면 과연 몇코나 넘은 것일까? 파형만 보고 이것을 논리적으로 설명할 수 있다면 연변에서는 아마 ‘아, 저거이 정비 좀 하는구나’라는 소리는 듣지 않을까 하는 생각도 해본다.
파형분석의 원리를 알아보자
본론으로 들어가자!
우선 TDC 센서의 파형은 캠샤프트 1회전당 2번의 펄스(넓은 것과 좁은 것)가 발생하므로 ⓒ~ⓓ까지는 캠축의 1회전을 의미하며 회전각으로는 360˚이다. 그리고 ⓒ~ⓓ까지의 시간 76.8mS는 캠축이 1회전하는 동안의 시간이기도 하고 나중에 설명하겠지만 크랭크축이 2회전하는 동안의 시간이기도 하다.
[참고] 1회전당 회전 시간은 rpm에 따라 다르니 회전시간은 측정된 파형에서 항상 별도로 측정해야 한다.
우리는 이 파형에서 캠축이 1회전(크랭크축 2
