아우디 A7 3.0TFSI 슈퍼차져 차량이 슈퍼차져 오일 교체를 위해 입고되었습니다. 누적주행거리를 보니 오늘도 역시 교체가 아닌 없는 오일을 주입할 것 같은 예감이 드네요.
해당차량은 V6 직분사 3,000cc 의 배기량으로 310마력과 44토크를 발생시키고 있는데요, 통상 300마력대 초반과 40Kg 대 중반의 토크는 자연흡기 엔진이라면 4,000cc 이상의 V8 엔진을 탑재해야 실현 가능한 파워임에도 불구하고, 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
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가장먼저 에어클리너와 트로틀바디를 연결하는 덕트 호스를 제거합니다. 그리고 입고시 엔진이 많이 뜨거운 관계로 대형 팬을 이용하여 식혀가며 작업을 진행합니다.
커넥터 탈거 전, 모두다 똑같이 생긴 진공제어 엑츄에이터 커넥터와 호스는 마킹을 통해 탈거전 원위치를 구분해 놓습니다. 이해할 수 없는 설계이지만, 엑츄에이터 세개가 나란히 있는데, 커넥터가 여기도 잘 맞고 저기도 잘 맞고 모두 똑같습니다. 진공호스도 같은 규격이라 마찬가지고요.
슈퍼차져 내부 수냉식 인터쿨러로 들어가는 냉각수 호스를 탈거합니다. 고무재질의 냉각수 호스가 체결되는 파이프가 모두 프라스틱으로 만들어져 있기 때문에 세심한 손놀림과 약간의 노하우가 필요합니다.
벨트탈거 공구를 걸어 슈퍼차져 구동벨트 텐셔너 압을 해제한 후 벨트를 조심스럽게 탈거해주고요, 왠만한 것들은 다 무교환을 외치는 아우디에서도 슈퍼차져 구동벨트는 10만키로에서 교체하라고 하고 있으니, 교체이력이 없으시다면 교체를 고려해 보시기 바랍니다.
슈퍼차져를 고정하는 너트들을 풀어줍니다. 양 끝에서 시작하여 마주보는 사선 순으로 풀어나가며 최종적으로는 중앙에 위치한 너트를 푸는 순서로 너트를 제거해 나갑니다.
슈퍼차져와 연결된 모든 피팅이며 커넥터가 다 제거되고, 탈거시 걸리는 부분은 없는지 꼼꼼히 확인 후, 2인 1조로 수평을 유지해가며 슈퍼차져를 단번에 들어올립니다. 수평이 아니면 절때 탈거가 불가능하며, 어설프게 들다었다가 어디 한군데 걸려서 들었다 놨다하면 최악의 경우 내부 냉각핀을 손상시킬 수 있습니다. 꾀 무겁거든요.
냉각수 제거 후 슈퍼차져 드레인볼트 개방 후 수직으로 세워보니 역시나 한방울도 나오지 않습니다. 예상했던 바 입니다. 입고되는 차량의 누적주행거리와 벨트가 제거된 슈퍼차져 풀리를 살살 돌려만 봐도 대충 짐작이 가능합니다. 무부하 상태에서 손으로만 풀리를 돌려도 차이가 느껴지는데, 풀 부스트 시 약 50마력 내외의 고온 고압의 부하가 걸리는 상황에서는 굉장히 큰 차이를 보이게 될 것입니다.
신유는 정확히 150ml를 주입합니다. 신유색은 일반적인 기어오일과 같이 약간의 녹색이 도는 투명한 색에 가깝습니다. 비슷하다고 절때 기어오일을 넣으시면 안됩니다. 터빈을 맞물려 돌게하는 기어부의 회전 RPM은 상상을 초월하며 점도도 일반적인 기어오일과는 완전히 다릅니다. 꼭 규격에 맞는 전용제품을 사용하셔야 합니다.
주입 후 드레인볼트는 신품으로 교체 후 토크렌치를 이용해 규정토크로 체결해줍니다.
탈거한 김에 트로틀바디도 깨끗하게 세정합니다.
내부 인터쿨러 핀 역시 전용세정제를 사용하여 깨끗하게 세정하여 블로우바이 가스로 인해 생성된 오일때로 거의 막혀있다 시피 한 냉각핀 사이로 공기가 원활하게 흐르고 냉각효율도 향상될 수 있도록 합니다.
간이 진공펌프를 사용하여 가변 흡기플랩이 양쪽 모두 동일한 속도로 잘 여 닫히는 지 확인 후, 진공을 걸어 잠시 열어둔 후 흡기포트를 살펴봅니다. GDI엔진인 만큼 카본은 어느정도 관찰되고 있으나 크게 우려할 정도로 과도하지는 않습니다. 오히려 다른 차량들 보다는 양호해 보입니다.
밸브와 연소실의 카본 때는 잠시 약품으로 불려 둡니다.
잘 불려져 녹아내린 카본때는 석션기로 모두 제거해 줍니다.
슈퍼차져와 하단에 위치한 오일세퍼레이터와 결합되는 부분을 연결시켜 주는 어답터 입니다. 고압 고온에 노출되는 만큼 재사용하는 경우 문제를 많이 일으키는 부품으로, 이상소음과 경고등의 주범이 되기도 합니다. 오일만 교체할 수 있으면 좋겠건만, 따로 부품이 공급되지 않기 때문에 육안상 큰 문제는 없어 보여도 속편하게 통째로 신품으로 교체합니다.
흡기와 슈퍼차져 유닛 사이에 방음제를 원위치 후 신품 어답터를 잘 삽입 후 조립 준비에 들어갑니다.
조립 역시 2인 1조로 수평을 유지하며 단번에 원위치 시킵니다. 망설이거나 수평이 틀어지면 들어가다가 걸려서 고생하게 되거든요. 그리고 꼭 장착 경로에 호스나 배선 혹은 방음재가 찝히지 않도록 잘 치워두어야 합니다.
토크렌치를 이용해 슈퍼차져고정너트를 규정토크로 체결해줍니다. 분해의 역순으로 중앙 부터 체결 후 마주보는 사선 방향으로 잠궈 나갑니다.
탈거했던 슈퍼차져구동벨트를 장착해주고요. 텐셔너도 원위치 시켜 줍니다.
인테이크파이프를 다시 체결하면 모든 하드웨어 작업은 종료됩니다.
슈퍼차져 유닛에서 손실된 냉각수는, 비중계를 사용하여 현 비중 확인 후 아우디 규격에 맞는 냉각수와 증류수를 비율에 맞게 섞어 주입해 줍니다.
시동을 켜 유온을 상승시켜준 후, 시동을 끄고 에어가 빠지면서 감소한 냉각수를 다시 보충하고요, 키온 후 어답테이션을 진행합니다.
트로틀밸브의 경우 카본때가 세정이 되어 작동 저항이 변경되기 때문에, 최소, 최대위치 그리고 작동 저항값을 재 학습시켜 줍니다.
터보차량의 웨이스게이트 벨브역할을 하는 컴프레서 제어 플랩 유닛도 동일한 이유로 재학습을 진행합니다.
테스트드라이빙을 한 후, 냉각수 레벨을 확인합니다. 냉간시 MAX 언저리가 규정된 정량이며, 열간시에는 MAX 글자 중 A 의 가로 작대기에 딱 안착되는게 FM 입니다(사용자 설명서 및 정비지침서). 만약 저 양을 초과해서 주입하더라도 몇일 주행 후 초과분은 압력밸브가 있는 뚜껑으로 배출되어 결국 딱 저만큼만 다시 남습니다.
작업을 마쳤으면, 엔진커버 재 장착 전, 엔진룸을 꼼꼼하게 세척해 준 후, 아이들링 상태로 방치하여 잘 말려주고요.
최종 출고전 마지막으로 폴트코드여부를 한번 더 확인합니다. 고장코드없이 깔끔하게 끝났습니다.
감사합니다, 정확하고 꼼꼼한 유지보수를 통해 차량의 컨디션 내 손을 떠나는 그 날까지 최상으로 유지하며 운전의 즐거움을 누려보세요!
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