성능 개선: 하이드로릭 리프터와 하이-리프트 캠샤프트의 상호작용

고성능 캠샤프트를 사용한다는 것은 단순히 매력적인 제안입니다. 더 높은 출력, 놀라운 엔진 성능, 그리고 아마도 가장 큰 이유인 엔진 출력의 큰 증가가 가능합니다. 많은 경우, 밸브가 열리는 폭과 그 개방 시간을 결정하는 수치인 리프트(lift)와 듀레이션(duration) 증가에 초점이 맞춰집니다. 그러나 이러한 공격적인 프로파일, 특히 하이-리프트(hi-lift) 설계와 일반적인 유압 리프터(hydraulic lifter)를 함께 사용할 때는 신중하게 접근해야 합니다. 이러한 점을 이해하는 것이 업그레이드를 성공적이고 신뢰성 있게 만드는 데 필수적입니다.

고성능 엔진에서의 캠샤프트 리프트와 듀레이션 이해

간단히 말해, 캠샤프트는 엔진 밸브의 개폐를 담당합니다. 리프트는 캠 롤러가 밸브를 밀어 열 때 밸브가 이동하는 최대 거리를 의미하며, 이는 실린더 내로 흡입되는 공기/연료 혼합기의 양과 배기 가스가 실린더에서 배출되는 양에 직접적인 영향을 미칩니다. 지속 시간(Duration)은 밸브가 시트에서 벗어나 있는 시간(크랭크축 각도로 표시됨)을 나타냅니다. 순정 캠 프로파일과 비교할 때 고성능 캠은 리프트와 지속 시간이 증가하도록 설계됩니다.

리프트 값이 높을수록 더 많은 공기가 흐를 수 있으며, 이는 특히 엔진이 무겁게 호흡하는 고 RPM 영역에서 두드러지게 적용됩니다. 특히 오버랩(흡기 및 배기 밸브가 동시에 약간 열리는 상태) 시간이 늘어나면 실린더 내 배기 가스를 효과적으로 배출하고 신선한 혼합기를 끌어들이는 효과인 스캐빈징이 향상됩니다. 이러한 조합은 마력과 토크를 증가시키며 밸브트레인 자체의 요구 조건을 변화시킵니다.

호환성 도전 과제: 하이드로릭 리프터와 고성능 캠 조합

하이드로릭 리프터의 자동 조절 기능은 밸브 래시 조정을 자주 할 필요가 없고 조용하며, 밸브 래시 조정을 반복할 필요가 없기 때문에 인기가 있습니다. 이들은 엔진 오일 내부에 작은 피스톤과 스프링을 갖고 있으며, 오일 압력이 자동으로 작용하여 리프터와 밸브 트레인 부품 간의 갭을 메워 줍니다.

이와 같은 메커니즘이 바로 하이-리프트, 하이-듀레이션 캠에서의 문제점이 됩니다.

1. 리프터 "펌프-업(Pump-Up)": 매우 빠르게 작동할 경우, 개방/폐쇄 사이클 동안 리프터 내부 피스톤이 펌프 업되는 현상이 발생할 수 있습니다. 오일 압력에 의해 피스톤이 정상 작동 위치보다 약간 더 밀려나가게 되면, 밸브가 예정된 것보다 더 오랫동안 그리고 더 높게 열리게 되며, 압력은 낮아지게 됩니다. 이는 다음 현상을 초래합니다.

• 밸브가 고속 RPM에서 밀봉되지 않음 (파워 손실).
• 밸브 표면이 피스톤에 닿는 현상이 발생할 수 있음 (치명적인 엔진 손상).

2. 고압 스프링 하의 붕괴: 고성능 캠은 밸브 스프링이 단단해져야 밸브 닫힘 속도를 높이고 밸브 플로트(valve float)를 방지해야 합니다(스프링이 밸브 트레인과 캠 사이의 접촉을 유지할 수 없을 때 발생함). 이러한 스프링 힘은 리프터 내부 스프링의 힘보다 세서 리프터가 약간 붕괴되게 만들 수 있습니다. 이는 캠의 유효 리프트와 캠 듀레이션을 줄여 성능 저하를 초래합니다.

3. 유압 누유 속도 제한: 오일이 유량을 얼마나 빨리 변경할 수 있는지는 리프터 내부 챔버에서 오일이 누출되는 속도에 따라 결정됩니다. 일반 리프터는 고성능 캠의 빠른 작동에 따라잡지 못할 정도로 밸브를 천천히 내리는 경향이 있으며, 펌프-업 현상을 증가시킬 수 있습니다. 반면, 고회전 영역(RPM)에 맞춰 설계된 리프터는 더 빠른 누유 속도를 가지지만 소음이 클 수 있습니다.

4. 최대 RPM 한계: 모든 유압 리프터는 엔진 수정을 통해 내부 오일 컬럼의 물리를 극복하기 전에는 고정식 리프터보다 최대 작동 RPM에서 자연스러운 한계가 낮습니다. 때때로 과도한 리프트 프로파일로 인해 엔진이 정상적인 유압 리프터가 작동할 수 없는 RPM 영역에서 작동할 수도 있습니다.

지원 수정 사항: 스프링, 레테이너 및 오일 시스템 조정

유압 리프터와 함께 사용하는 고 리프트 캠을 부드럽게 작동시키는 핵심은 신중한 주변 장치 조정을 제공하는 것입니다:

1. 강화 밸브 스프링: 여기서는 타협이 불가능합니다. 고성능 스프링에는 훨씬 높은 수치의 시트 압력과 개방 압력이 필요합니다. 이 스프링은 고속 RPM에서 밸브 트레인에 격렬하게 작동해야 하며 플로트 현상이 없어야 하고 리프터가 과도하게 붕괴되어서도 안 됩니다. 스프링의 고조파(harmonics)까지도 매우 민감한 영향을 미칩니다.

2. 고강도 레테이너: 스톡 리테이너로 인해 강한 스프링과 고속 회전에서 발생하는 막대한 힘이 스프링에 가해질 경우 손상될 수 있습니다. 안전하고 견고하며 고강도의 리테이너(일반적으로 티타늄 또는 고급 강철제)는 안전성과 신뢰성을 확보하기 위한 필수 조건입니다.

3. 오일 시스템 고려사항: 엔진 오일은 유압 리프터의 생명선입니다.

• 안정적인 오일 압력: 오일 압력은 전체 작동 범위에서 충분하고 일정하게 유지되어야 합니다. 오일 펌프를 업그레이드하거나 압력 방출 밸브를 개조해야 할 수 있습니다.
• 오일 점도: 적절한 오일 점도를 선택해야 합니다. 점성이 높은 오일은 펌프 업 현상을 유발할 수 있는 반면, 점성이 낮은 오일은 쿠션 역할을 하지 못해 마모나 소음이 발생할 수 있습니다. 캠과 리프터의 권장 사항을 확인하시기 바랍니다. 고품질 합성 윤활유가 인기가 많습니다.
• 리프터 선택: 브랜드명에 대해 걱정할 필요는 없지만, 유압 리프터의 품질에는 광범위한 차이가 있다는 점을 알아야 합니다. 순정 리프터는 절대 사용할 수 없으며, 내부 유압 누설률 비율이 조정되고 부품이 경화 처리된 고성능 리프터로 교체해야 합니다. 이러한 리프터는 공격적인 캠의 긴장 하에서도 펌프 업(pump-up)과 붕괴 현상을 견딜 수 있도록 설계되었습니다.

그 가져가기

엔지니어들이 잘 알고 있듯이 고리프 캠샤프트는 뛰어난 성능을 제공하지만, 고리프 캠샤프트와 유압 리프터의 상호작용으로 인해 성능 문제도 발생할 수 있습니다. 펌프업(pump-up)과 콜랩스(collapse)가 발생할 수 있으며, 이로 인해 출력 손실이나 엔진의 심각한 손상이 초래될 수 있습니다. 성능 신뢰성을 확보하기 위해서는 캠 교체 이상의 대응이 필요합니다. 완벽하게 매칭된 고압 밸브 스프링, 고하중 레테이너, 신중하게 관리된 오일 시스템(압력 및 점도), 고성능 운전 조건에 맞게 선택된 리프터에 반드시 투자해야 합니다. 여기에 물리적 원리를 이해하고 이러한 필수 조정에 대한 해결책을 제시한다면, 고리프 캠의 이점을 누리면서 동시에 유압 리프터의 편의성도 유지할 수 있을 것입니다.