엔진의 핵심 부품 – 실린더 헤드 (Cylinder Head)
엔진 블록은 그나마 차를 조금만 아셔도 들어보신 분들이 많습니다. 엔진 오버홀 한다고 하면 돈 많이 들겠다. 이런 말들을 많이들 하시더라고요. 하지만 실린더 헤드에 대해선 잘 모르시는 분들이 많은 듯합니다. 아시더라도 단순히 헤드라고만 아시고 기능에 대해선 잘 모르시더라구요. 이번엔 이 실린더 헤드에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
목차
- 실린더 헤드 역할
- 실린더 헤드 구조
- 실린더 헤드 재료
- 실린더 헤드 종류
- 실린더 헤드 고장증상
- 실린더 헤드 수리 비용
- 실린더 헤드 관리 방법
- 마치며
실린더 헤드의 역할
실린더 헤드는 자동차 엔진에서 매우 중요한 역할을 하는 부품입니다. 엔진 블록 위에 위치하며 연소실을 형성하고 밸브, 점화 플러그, 인젝터등의 부품들이 위치하는 부분이죠. 그 역할을 알아보죠.
- 연소실 형성 : 피스톤이 압축한 연료, 공기 혼합물이 폭발하는 공간입니다.
- 밸브 및 점화 플러그 장착 : 흡기, 배기 밸브, 점화 플러그, 인젝터 등이 위치합니다.
- 냉각 및 윤활 기능 : 엔진 블록과 마찬가지로, 엔진의 열을 방출시키기 위해서 냉각수 통로, 오일 통로가 있습니다.
- 배기 및 흡기 제어 : 실린더 내부의 공기의 흐름을 제어하는 역할을 합니다.
실린더 헤드의 구조
엔진 블록처럼 구조는 역할에서 파생됩니다. 구조를 살펴보시죠.
- 연소실 : 연료가 폭발하여 동력을 발생시키는 공간
- 밸브 : 흡기와 배기의 밸브입니다.
- 점화 플러그 : 가솔린 엔진에서 연료를 점화합니다.
- 인젝터 : 직분사 가솔린 엔진 혹은 디젤 엔진에서 연료를 연소실로 쏴주는 장치입니다.
- 캠샤프트 : 일부 엔진에선 캠샤프트가 실린더 헤드에 장착됩니다.
- 냉각수 통로
실린더 헤드의 재료
실린더 헤드의 재료는 엔진 블록과 거의 유사합니다. 아무래도 같은 일을 하는 부품이다 보니 비슷한 경향이 있는 것이죠. 그래서 크게 주철과 알루미늄 합금을 사용합니다.
실린더 헤드의 종류
엔진이 지속적으로 발전해온 만큼 실린더 헤드도 꾸준한 발전을 해왔는데요 그러다 보니 실린더 헤드는 여러 가지 종류가 많고 그를 구분하는 기준도 다양합니다.
밸브 배치에 따라서
단일 오버헤드 캠축 (SOHC - Single Overhead Camshaft)
실린더 헤드에 하나의 캠샤프트가 장착된 구조를 말합니다. 하나의 캠샤프트가 타이밍벨트에 의해 회전하면서 흡기와 배기 밸브를 여닫고 하는 구조입니다. 혼자 일을 하다 보니 회전수가 올라가면 흡기, 배기 효율이 떨어지고, 이렇다 보니 고속에서는 효율이 떨어져서 고출력 엔진에서 불리하죠. 때문에 소형 차량에서 많이 쓰이는 구조입니다. 캠샤프트가 하나다 보니 마찰도 적어서 연비 효율도 좋죠
이중 오버헤드 캠축 (DOHC - Double Overhead Camshaft)
실린더 헤드에 2개의 캠샤프트가 장착된 구조입니다. 하나는 흡기, 하나는 배기이죠. 보통 실린더 하나당 4개의 밸브가 사용됩니다. (흡, 배기 2개씩) 고성능 엔진이나 터보엔진에서 많이 사용되는 구조입니다. 일을 나눠서 하니 당연히 흡, 배기 효율이 좋습니다. 대신 엔진이 커지고 부품이 많아져서 비싸지죠.
푸시로드 헤드 (OHV - Overhead Valve)
캠샤프트가 엔진 블록 내부에 위치하고 실린더 헤드에 밸브가 있죠. 이 사이를 푸시로드와 로커암이 연결해서 작동하는 구조입니다. 대형 트럭이나 머슬카 정도에서 쓰이는 구조입니다. 엔진 크기가 작아지고 저회전에서 강한 토크를 발휘하죠. 하지만 당연히 캠샤프트가 밸브에서 멀다 보니 고 RPM에서 성능이 낮아지고, DOHC에 비해서 효율이 낮습니다. 하지만 독특한 엔진음과 운동성을 가지고 있어서 선호하는 사람들도 있습니다.
연소실 형태에 따른 분류
실린더 헤드는 연소실의 형태에 따라서도 분류될 수 있는데
- 쐐기형 – 연소실이 쐐기 모양으로 생겼습니다. 생산비가 낮고, 연소 안정성이 좋습니다.
- 반구형 – 연소실이 반구 모양으로 생겼습니다. 배기가스 흐름이 좋습니다.
- 펜트루프형 – 연소실이 지붕 모양으로 생겼습니다. 밸브 배치가 자유롭고, 연소효율이 높음, 4 밸브가 가능하죠.
흡배기 통로 배치에 따른 분류
- 횡류식 – 흡기와 배기가 실린더 헤드 반대쪽에 위치하고 있어서 효율이 좋습니다.
- 역류식 – 흡기와 배기가 실린더 헤드 같은 쪽에 배치되어 구조가 좋지만, 효율이 낮아 현재는 사용되지 않는 방법입니다.
실린더 헤드 고장증상
실린더 헤드가 고장 나면 엔진 블록과 마찬가지로 차량에 심각한 데미지가 됩니다. 실린더 헤드가 고장 났을 때를 증상을 살펴보죠.
- 엔진 과열 : 냉각수 통로가 막히거나 실린더 헤드가 손상되면, 엔진 온도가 상승해서 엔진 과열을 유발할 수 있습니다.
- 냉각수 누출 : 실린더 헤드 개스킷이 손상되거나 실린더 헤드에 균열이 생기면 냉각수가 엔진 내부로 유입될 수 있습니다.
- 오일 누출 : 위와 마찬가지 이유로 오일에 새어 나와 냉각수와 섞이는 현상이 발생할 수 있습니다.
- 흰 연기 발생 : 실린더 헤드는 엔진 블록과 거의 한 몸이다 보니 고장 증상도 상당히 비슷한데요. 위와 같은 사건들이 발생하면 엔진 블록과 같이 흰색 연기가 발생하게 됩니다. 이럴 땐 즉시 운행을 중지하고 바로 정비소로 가야 합니다.
- 엔진 출력 저하 : 당연하게도 실린더 헤드가 손상되면 압축이나 폭발이 제대로 진행되지 않기 때문에 출력이 저하 됩니다.
- 이상 소음 : 밸브 쪽 장치들의 문제로 인해서 엔진에서 노킹 소리가 날 수 있습니다. 역시나 이럴 땐 점검을 받는 것이 중요한데요. 밸브 쪽 장치들이 엔진에 큰 데미지를 줄 수도 있기 때문입니다.
실린더 헤드 관리 방법
실린더 헤드의 관리 방법은 엔진 블록과 거의 같다고 보시면 됩니다. 일단 오일과 냉각수 관리가 중요한데요. 오일과 냉각수 관리를 주기적으로 하면, 오일 상태나 냉각수 잔여량 등으로 엔진에 문제가 있는지 파악할 수 있는 근거가 되기 때문입니다. 그래서 실린더 헤드를 평소에 잘 관리하는 최고의 방법은 엔진 오일을 주기적으로 교체하고 냉각수의 양이 줄어들지 않는지 확인해 보는 것이죠. 그리고 개스킷 정도를 점검해 주신다면, 안전한 차량 운행이 가능합니다.
실린더 헤드 수리 비용
| 증상, 고장원인 | 예상 수리 부위 | 수리비용 | 교체비용(중고/신품) | |
| 냉각수 유입 / 오일 섞임 | 헤드 가스켓 누설, 헤드 크랙 | 50 ~ 120만 원 | 200 ~ 500만 원 이상 | 가스켓 교체로 해결 안 되면 헤드 교체 |
| 엔진 과열 (오버히트) | 헤드 변형, 크랙 | 70 ~ 150만 원 | 300 ~ 600만 원 이상 | 연마로 복원 불가 시 교체 필요 |
| 실린더 압축 불량 | 밸브 시트 마모, 밸브 변형 | 60 ~ 100만 원 | 250 ~ 500만 원 이상 | 연삭 및 밸브 교체 수반 |
| 엔진 잡소리 (밸브 탭음 등) | 밸브 간극 이상, 캠축 마모 | 30 ~ 80만 원 | 200 ~ 400만 원 이상 | 캠축 포함시 비용 상승 |
| 엔진 오일 누유 (헤드 주변) | 헤드 가스켓 노후 | 30 ~ 60만 원 | 교체는 드물며 수리로 가능 | 가스켓 교체 위주 작업 |
| 헤드 크랙 확인됨 (알루미늄) | 열 충격, 부동액 관리 미흡 | 100만 원 이상 | 400 ~ 800만 원 이상 | 용접 복원 거의 불가, 교체 필요 |
마치며
실린더 헤드가 엔진의 핵심 부품인 것은 두말할 여지가 없습니다. 자동차가 숨을 쉬게 해주는 역할을 하고 있으니까요. 자동차가 숨을 쉬고 심장이 뛰도록 만들어 주는 부품이니만큼 실린더 헤드에 대해서 이해하시고, 잘 관리해 주신 하면 엔진의 수명을 늘리실 수 있을 것입니다.
사진은 위키피디아에서 가져왔습니다.
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