오늘 입고된 차량은 아우디 A7 3.0TFSI 모델로, V6 직분사 3,000cc 의 배기량으로 310마력과 44토크를 발생시키는 놀라운 엔진입니다. 통상 300마력대 초반과 40Kg 대 중반의 토크는 자연흡기 엔진이라면 4,000cc 이상의 V8 엔진을 탑재해야 실현 가능한 파워인데요, 아우디 3.0TFSI 엔진인 이런 고 배기량의 출력을 낼 수 있는 비결은 바로 슈퍼차져라는 장치가 과급을 하여 연소체적을 높여주기 때문입니다.
일반적으로 한정된 배기량으로 출력을 올리는 방법은 흡기를 높은 압력으로 과급하여 실린더 내 연소 체적을 올리는 방법이 있는데요, 바로 과급기의 도움을 받는 것 입니다. 이런 과급기는 크게 두가지 종류가 있습니다.
첫 번째는 터보차져로 가장 많은 방식으로 애용되는 과급기 인데요, 엔진에서 연소 후 배출되는 고압의 배기가스를 동력으로 이용하여 흡기를 과급하는 방법입니다. 어짜피 버려지는 배기압력을 동력으로 사용하여 흡기를 과급시키는 임펠라를 돌리는 방식이기 때문에 별도의 동력이 필요하지 않아 효율성이 높으며, 높은 출력을 낼 수 있는 반면, 초기 발진시나 정속 주행 중 강력한 힘을 요구하면, 배기압이 어느정도 생성되기 까지의 짧은 시간이 소요되기 때문에 일종의 지연현상을 느끼게 됩니다. 바로 터보랙이라고 하는건데요, 터보차져 구동을 위한 압력이 생기는데 까지 불과 1초도 안될 만큼 짧은 시간이지만, 운전자에게는 답답함과 머뭇거리는 현상도 느껴지게 되고, 초반에 반응이 없다가 갑자기 쌓이는 배기압으로 인해 한꺼번에 힘이 확 쏟아지는 경향이 있기 때문에 출력 자체가 일정하지 못하고 차량이 울컥인다는 느낌도 들게 합니다. 물론 이런 성향자체도 터보차져의 재미로 볼 수도 있지만요.
하지만 최근들어 터보차져의 제어 기술이 발달하고 섬세해짐에 따라 이런 단점들은 많이 사라지는 추세이며, RPM 영역대 마다 단계적으로 빠른 응답을 제공하기 위해 터보차져를 여러개 운용할 수 있는 기술도 더해져 터보차져 특유의 초반 답답함과 "꽝터보"라고 불리우던 울컥거림은 점차 추억속으로 사라지고 있습니다. 무엇보다 크기가 작아 전체적인 엔진 패키징에 유리할 뿐더러, 효율이 높아 최근 제어기술 발전과 함께 거의 대부분의 과급 차량에 적용되는 방식으로 자리잡고 있습니다.
그리고 또 하나의 과급방식은 오늘 입고된 차량이 사용하는 슈퍼차져 방식입니다.
터보차져가 버려지는 배기압을 원동력으로 사용하는 반면, 슈퍼차져는 과급을 위해 임펠러를 회전시키는 힘을 엔진 크랭크축에서 가져 옵니다. 에어컨 컴프레서나 발전기 같이 크랭크 축에서 벨트로 연결되어 회전시키는 원리 입니다.
그래서 버려지는 배기압을 사용하는 터보차져와 달리 엔진의 힘을 일정부분 차지하게 됩니다. 엔진마다 다르지만 최대로 과급할 때, 많게는 50마력 까지 엔진의 출력을 빼앗게 되기 때문에 전체적인 시스템 효율성을 내려가게 됩니다. 그리고 슈퍼차져는 거대하고 무거운데, 이 장치는 흡기쪽에 위치해야 하기 때문에 대부분 엔진 상단에 장착이 되어, 무게중심면이나 패키징면에서 분리합니다. 그리고 결정적으로 과급이 필요하지 않을 때에도 크랭크축과 직결되어 늘 회전하는 구조이기 때문에 (필요없을 때는 동력을 차단시키는 커플러를 장착한 모델도 있음. 예. 같은 엔진의 아우디 50TFSI) 막상 과급이 불필요 한 경우에도 일정부분 회전하며 엔진에 약간의 부하(과급상태는 아니기 때문에 큰 부하는 아님)를 주는 구조입니다.
이렇게 분리한 점이 많은데도 불구하고 몇몇 메이커에서 꾸준하게 슈퍼차져를 도입하는 이유는 바로 출력의 양이나 효율은 부족할지 몰라도 출력의 질 자체가 터보차져 보다 월등히 뛰어나기 때문입니다. 예를 들면 슈퍼차져의 경우 엔진회전축에서 동력을 얻기 때문에, 공회전 상태에서 곧 바로 큰 출력을 요구하여도 즉답식으로 리니어하게 출력을 끌어낼 수 있습니다. 터보랙이나 꽝터보와 같은 현상이 없는 것이죠. 그리고 토크 밴드자체도 대배기량 엔진과 같이 부드럽고 플랫하게 일정하게 올라가게 설계가 가능합니다. 즉 터보차져와 같이 순간 순간 힘이 팡팡 터지는 점은 부족할지 몰라도, 어느 속도 어느 RPM 구간에서도 지연 없이 큰 이질감 없이 대배기량 자연흡기 엔진과 같이 바로바로 힘을 끌어낼 수 있다는 매력이 있습니다.
이러한 성향은 즉답적인 반응을 요구하는 스포티 성향의 차량이나, 시종일관 강한 힘을 지연 없이 부드럽게 바로바로 제공하여야 하는 고급차량 모두 만족시키게 되기 때문에, 효율성의 우선순위가 상대적으로 낮은 하드코어한 성향의 스포츠 모델이나, 스포티 성향의 고급차량에게 애용되고 있습니다. 슈퍼차져를 장착한 대표적인 차량은, 미니의 일부 스포츠 모델과 랜드로버, 재규어의 초고성능 모델 그리고 아우디 V6 TFSI 등이 있으며, 2010년도 초반까지는 벤츠 C200, E200 등에 쓰이는 2.0 compressor 엔진이 슈퍼차져 엔진을 사용한 바 있습니다.
아쉽게도 현재 아우디의 V6 TFSI 엔진들은 현행 엔진을 끝으로 신형부터는 모두 일반적인 터보차져로 변형되었습니다. 아무리 출력의 질이 좋고 이점이 많은 슈퍼차져지만, 효율, 환경, 경량화, 원가절감 등의 키워드에서는 자유롭지 못했나 봅니다. 물론 터보차져의 제어 기술이 발전함에 따라 슈퍼차져 못지 않게 부드럽고 즉답적인 응답을 실현하는 것이 가능하게 된 이유가 제일 크겠지만요.
슈퍼차져든 터보차져든 두 시스템 모두 초고속으로 회전하며 초고온으로 압축되는 공기를 밀어 넣어주는 역할을 하기 때문에 윤활의 중요성은 매우 높은데요, 터보차져의 경우 회전축 마찰부의 윤활을 담당하는 오일은 엔진오일의 일부가 흘러들어가 그 역할을 함께 해 주고 있습니다. 그렇기 때문에 별도의 관리 없이 터보차에 맞는 내열성이 높은 메이커 권장 규격의 엔진오일 교체 만으로 터보차져의 윤활유도 함께 교체가 되게 됩니다.
하지만 슈퍼차져의 경우 엔진오일과는 별개로 독립된 윤활 체계가 존재합니다. 바로 크랭크케이스에서 벨트로 동력을 받아 두개의 임펠라를 연결시켜 주는 기어부가 오일에 잠겨있게 되는데요, 이 오일은 매우 빠르게 회전하는 기어에 잠기기 때문에 엔진오일 보다 낮은 점도의 전용 합성유 성분의 윤활유를 사용하게 됩니다. 이 오일은 밀봉된 기어회전부 씰의 경화를 방지하여 압력소손을 방지하고 기어부 마찰절감과 마모방지를 위한 역할만 수행하지만, 초도 주입량이 155ml (아우디 이튼 슈퍼차져 기준)로 매우 적고 통상 10만 키로 내외가 되면 거의 자연적으로 소모되어 없다시피 하게 됩니다.
실제 아우디 V6 TFSI 엔진에 슈퍼차져를 제공하는 이튼사에 문의를 해보면, 무교환이라는 제작사 말과 달리 10만키로 내외 마다 오일 교체 또는 보충 서비스를 실행할 것을 권장하고 있으며, 과거 슈퍼차져 유닛은 일부 슈퍼차져 오일 레벨게이지까지 존재한 차량이 많았던 것을 보면, 오일관리를 등한시 할 것은 아니라고 생각이 듭니다. 물론 미션오일도 제조사는 무교환이라 하지만 ZF에 직접 문의해 보면 대한민국과 같은 환경에서는 8만 키로 마다 교체를 권장한다고 합니다.
제조사가 주장하는 무교환 = 제조사 보증기간 내 문제발생 無 , 정도로 이해하는게 속 편할 것 같습니다.
슈퍼차져? 그게 뭐지? 별도로 오일 교환이 필요할까요?
엔진의 파워라 함은 배기량, 즉 얼마만큼의 공기와 연료의 혼합기를 연소실이 수용할 수 있냐 하는 체적과 상관관계가 있습니다. 연소실을 넓게 만들어 배기량을 키우면 출력은 증가합니다. 하
cartailor.tistory.com
지금 사진에 보이는 엔진 상부가 모두 슈퍼차져 유닛인데요, 회전 임펠라 두개와 수냉식 인터쿨러가 일체형으로 내장되어 있습니다. 일단 오일 교환을 위해 탈거가 병행되어야 하는데요, 슈퍼차져와 연결되는 각종 진공 피팅 및 커넥터를 제 위치에 잘 마킹해 준 후 탈거하는 것으로 작업을 시작하게 됩니다. 피팅과 진공호스는 여기저기 꼭꼭 숨어 있기 때문에, 어느 하나라도 분리하지 못한 체 슈퍼차져를 들어낸다면 파손을 야기할 수 있습니다. 슈퍼차져 탈거는 쉬워보여도 적어도 수십차례 이상 탈거 경험이 없다면, 정확하고 신속하게 수행하기에는 다소 난이도가 있는 편입니다.
모든 피팅과 커넥터 탈거 후 슈퍼차져에 동력을 제공하는 벨트를 안전하게 분리해 줍니다.
그리고 슈퍼차져를 고정하고 있는 유일한 6개의 볼트를 시퀀스에 맞게 풀어 줍니다.
가장 마지막으로는 슈퍼차져 수냉식 쿨러 인 아웃 냉각수 호스를 조심스럽게 이격시켜 줍니다.
탈거준비가 끝나면 마지막으로 탈거한 커넥터 및 호수가 탈착과정에 간섭되거나 씹히지 않도록 케이블 타이로 가 고정을 해 준 후 마지막으로 모든 준비가 끝났는지 다시한번 꼼꼼히 살펴 본 후, 2인 1조로 정확하게 수평을 유지하면서 슈퍼차져 유닛을 들어냅니다. 무개가 25키로에 육박하기 때문에 반드시 수평을 유지하며 정확하게 쏙 하고 뽑아내는게 중요합니다.
슈퍼차져 유닛을 들어낸 후의 엔진 사진입니다. 바로 흡기 포트가 보이게 되는데요, 평상시에는 접근이 어렵기 때문에 이 기회에 꼼꼼히 살펴봅니다. 그리고 수동 진공 펌프를 연결해 양쪽 가변 흡기 플랩이 동일한 속도로 잘 열리고 닫히는지도 살펴 보고요.
GDI 엔진인 만큼 카본때로 부터는 자유롭지 못해 보입니다. 큰 문제가 있을 정도로 과도하진 않지만, 그래도 열은김에 세척을 해 줄 예정입니다.
가변흡기 밸브를 수동 진공펌프를 연결해 열어준 후 카본제거 약품을 밸브에 뿌려 충분히 불려 줍니다.
충분히 불린 카본때를 석션기로 빨아내는데요, 저 석션 호스는 원래 검은색이 아니라 투명한 호스입니다.
수차례 작업을 반복해 주면 흡기 플랩이 원래 색상인 노란색으로 돌아 오기 시작합니다. 이 상태에서 한번 더 약품을 듬뿍 분사하여 놓고 불려질 동안 방치해 두고 이제 작업이 가능할 정도로 열이 식은 슈퍼차져 오일을 교환하러 가보겠습니다.
슈퍼차져 입구에 붙어 있는 트로틀 바디 입니다. 역시 카본때가 듬뿍 있는데, 같은 약품으로 잘 세척해 줍니다. 트로틀바디의 카본은 흡기 유량보다는 구동부에 찌는 때가 원활한 제어와 플랩 움직임 부하값에 영향을 주게 됩니다.
기존에 한번도 교체이력이 없는 슈퍼차져 오일을 드레인하기 위해 플러그를 개방 후,
받아내려 하는데, 역시 한두방울 나오고 끝입니다. 수직으로 세워서 탈탈 털어도 안나옵니다. 물론 오일이 없다고 해서 당장 고장나지는 않습니다. 윤활기능과 냉각기능이 저하되기 때문에 회전 저항이 크게 걸릴 뿐, 이런 상태로도 수만키로는 벼텨 줄 수도 있고, 수 천키로 이내에 쇠살리는 소음이 발생할 수도 있고 곧 내부 씰링이 밀봉작용을 못해 과급압이 일부 유실될 수도 있고, 정말 어떻게 될지는 운행패턴과 차량의 현 상태에 따라 복불복인 듯 합니다. 경험상 12만 키로를 전 후를 기점으로 오일이 아에 드레인 되지 않는 경우가 대 부분이며, 그나마 10만 키로 전후의 차량은 정량에 한참 모자를 소량이 배출은 되지만 상태는 매장내에 수시간 동안 악취를 가득 채울 만큼 좋지 못한 경우가 대부분 입니다.
그렇기 때문에, 누군가, 교체없이 무교환으로 사용하면 안되냐는 질문에는 확실히 대답을 못하겠습니다. 폐차때 까지도 그냥 윤활 부족으로 인해 약간의 부하만 더 해진 체로 별 이상징후나 고장 없이 탈수도 있기 때문이죠. 그래서 고장없이 높은 효율을 유지하며 오래 타시려면 가급적 하시라고 권장은 해 드려도, 조만간 차량 교체 계획이 있거나 한다면 무조건 갈아야 한다고는 말씀드리기 어려운 것 같습니다.
그래도 한가지 분명한 것은 오일 주입전과 후, 슈퍼차져 풀리를 손으로만 살살 돌려봐도 느껴지는 저항이나 소리가 확연히 다르다는 것인데, 무부하 상태에서도 차이가 이렇게 난다는 것은 실제 과급상태에서 부스트가 걸려 고부하 고압상태에서 임펠라가 초고속으로 회전 할 때는 얼마나 차이가 클지는 안봐도 뻔할 것 같습니다.
그래도 가장 확실하게 말씀드릴 수 있는 것은, 어떤 부품이던 애초에 오일이 있어야 할 곳에 오일이 없으면 분명 장시간 정상적인 구동을 기대하긴 어렵다는 것 입니다.
신유를 조심스럽게 주입해 줍니다. 초기 공장 생산라인에서 주입되는 용량은 155ml 이며, 교체시 주입량은 내부에 부착되어 드레인 되지 않은 오일을 감안하여, 150ml를 주입하도록 되어 있습니다.
오일주입을 마치고 드레인 플러그는 신품 교환 후 잘 체결해 줍니다.
교환 전 후의 드레인 플러그 입니다. 구하기도 어려울 뿐 더러 가격이 매우 매우 상상을 초월하도록 사악합니다. 제가 본 드레인 플러그 중 가장 비싸고 대체 가능한 파츠도 없습니다. 그리고 저 슈퍼차져와 PCV밸브를 연결하는 하부 어답터는 가격은 저렴하지만, 상태가 나쁜 파츠를 재 사용시 부스트제어 압력 경고등의 주범이 되어 사람을 고생시키는 무시무시한 악마가 됩니다.
슈퍼차져를 서비스 하는 동안 불려 놓았던 카본은 마지막으로 석션해 준 후 슈퍼차져 하단 어답터를 신품으로 교환 후 슈퍼차져를 원워치 시킬 준비에 들어갑니다.
장착 역시 2인 1조로 정확한 수평이 되도록 유지하며 안착시킨 후, 신속하게 탈거하였던 모든 피팅, 진공호스와 커넥터를 체결해 줍니다.
슈퍼차져를 고정하는 유일한 볼트이지만, 체결토크는 이상하게도 약해서(아마 무거워서 큰 힘으로 조일 필요가 없는 듯) 정비지침서를 연신 확인하게 만드는 저 6개의 볼트도 정확한 시퀀스와 토크로 체결해 준 후, 동력 벨트를 다시 걸어줍니다.
슈퍼차져 쿨러에서 유실된 냉각수를 보충해 준 후, 시동을 걸어 한참을 방치 후 공조기 히터를 틀어 히터코어로 냉각수가 순환되도록 하여 에어를 모두 제거합니다.
다시 시동을 끄고 KEY ON 상태에서 트로틀밸브 및 슈퍼차져 웨이스트 밸브 역할을 하는 컴프레서 압력제어 플랩도 카본이 없는 깨끗한 상태에서의 작동 값에 맞게 합습값을 소거 후 어답테이션을 해 줍니다. 그리고 입고시 시운전 당시 R단 변속시 쿵 하는 충격과 저속 변속충격이 감지된 터라 변속기 TCU도 기존 잘 못된 학습값을 초기화 후 재학습시켜 줍니다.
어답테이션 작업 후 모든 기능이 정상적으로 잘 작동하는 것을 확인 합니다.
마지막으로 엔진룸을 깨끗히 세척합니다. 작업전 보다 더 깨끗하게 세척해 줍니다.
열간시 냉각수 레벨입니다. 아우디의 경우 사용설명서 및 정비지침서상 명시된 정량은, 냉간(차량운행 전)시 MAX 마크이며, 열간시 MAX 보다 위에(MAX 글자의 중간 부분 정도에 걸쳐지도록) 위치하는 것이 정량이며, 만약 과주입되더라도 고부하 운행을 하면 뚜껑의 압력해소 밸브에 의해 딱 저 만큼만 남게 버려 버립니다. 대신 과주입에 의해 벼려지면 저 냉각수 통 아래가 오염이 되고 잠깐이나마 냉각수 냄새가 약간 날 수는 있겠으니, 처음부터 정량 주입이 원칙입니다.
시운전을 해보는데, 입고당시 있었던 변속충격도 사라지고, 공회전 진동도 확 줄었으며, 저속에서 머리가 뒤로 휙 재쳐지며 제로백 5초대의 성능에 걸 맞게 무섭게 가속되는 것을 확인합니다. 입고 당시 저속에서 약간 무겁고 뒤에서 당기는 느낌이 들었는데, 이제서야 신차때 처럼 제출력을 발휘하는 것 같습니다. 시 운전 후 최종적으로 냉각수 량 확인 및 VCDS를 통한 전체 스캔으로 폴트나 다른 이상징후가 없는지 확인 후 출고 준비에 들어갑니다.
감사합니다, 합리적이고 정확한 정비와 함께 소중한 내차, 신차 때 부드럽고 가벼운 그 느낌, 다시한번 되찾아 보세요!
'☆ 내차를 건강하게 > 정확한 소모품 교환' 카테고리의 다른 글
| 아우디 A6 3.0 TFSI 슈퍼차져오일교환 - 흡기클리닝, 어답테이션까지 한방에 끝! (0) | 2020.03.05 |
|---|---|
| 아우디 A7 3.0 TFSI 슈퍼차져오일교환 - 흡기클리닝, 냉각수보충, 어답테이션까지! (0) | 2020.03.04 |
| 아우디 A7 3.0 TFSI 슈퍼차져오일 교환, 냉각수 교환(G12+) 2/2편 - 초록색 냉각수, 니가 왜 거기서 나와? (0) | 2020.01.31 |
| 아우디 A7 3.0 TFSI 슈퍼차져오일 교환, 냉각수 교환(G12+) 1/2편 - 역시나 오일이 한 방울도 안나옵니다! (0) | 2020.01.31 |
| 아우디A6 C6 3.0TFSI - 슈퍼차져오일 교환 (2) | 2019.12.24 |