엔진은 깨끗한 공기가 필요합니다 이를 위해서는 좋은 흡기 장치가 필요한데 이 때문에 자동차의 주행 성능이 좌지우지 됩니다.
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흡기 장치
흡기 행정에서 피스톤이 내려가면 실린더 안의 압력이 낮아지기 때문에 공기를 빨아들이려 합니다. 이를 흡기 압력이라고 합니다. 이 부압이 있기 떄문에 흡기 장치의 기본 역할은 공기가 흐르는 통로를 만드는 것입니다. 이 경로가 좁거나 심하게 구부러져 있으면 공기를 빨아들일 때 저항이 생겨 펌프 손실이 증가하고 엔진의 효율이 나빠집니다. 따라서 공기의 흐름은 최대한 원활해야합니다.
흡기장치는 흡기구, 공기 청정기, 스로틀 밸브, 흡기 매니폴드 등으로 구성되며, 각각의 부품은 에어 덕트라는 합성수지나 고무로 만든 굵은 파이프로 연결되어 있 습니다. 흡기구는 엔진룸 안에서 신선한 공기가 잘 들어오는 장소에 설치합니다. 공기 청정기는 공기 속의 이물질을 제거하는 장치입니다. 공기에는 마른 나뭇잎이나 모래같은 물질 이외에도 미세한 이물질들이 들어 있습니다.
개중에는 딱딱한 것이나 연소 때문에 딱딱해지는 것도 있습니다. 이것이 엔진 속에 들어가면 피스톤 등의 부품을 마모시키거나 흡배기 밸브의 개구부에 틈새를 만들기도 하고 연소 분사 노즐을 막아버리기도 합니다. 그래서 부직포의 필터로 이물질을 걸러냅니다.
서지탱크
매니폴드는 우리말로 옮기면 다기관이라고 하며, 하나의 주관이 도중에 여러개의 지관으로 분기합니다. V형이나 수평 대향형 엔진의 경우 뱅크별로 독립시키기도 합니다. 흡기 매니폴드에 있는 어떤 지관의 공기 흐름이 다른 지관의 공기 흐름에 악영향을 끼칠 수가 있는데, 이 악영향을 줄이기 위해 매니폴드 앞에 서지 탱크라는 상자 모양의 넓은 공간을 마련하는 경우도 많습니다
흡기장치를 부위별로 살펴보면
- 서지 탱크 : 흡기 매니폴드의 지관이 일으키는 악영향을 경감하기 위해 설치하는 용적이 큰 공간
- 흡기 매니폴드 : 지금까지 하나였던 공기의 흐름을 기통별로 분기시키는 관
- 공기 청정기 : 흡기 저항을 줄이기 위해 접어서 표면적을 크게 확보합니다
- 스로틀 밸브 : 흡기가 흐르는 양을 조절하는 밸브
- 에어 덕트 : 합성수지나 고무로 만든 굵은 파이프
- 흡기구 : 비가 오더라도 물이 들어오지 않는 장소에 설치합니다.
스로틀 밸브
운전하는 가속페달을 조작해서 자동차 엔진의 회전술을 조절합니다. 가속 페달이 운전자의 의사를 엔진에 전달하는 셈입니다. 가속 페달의 조작은 스로틀 밸브에 전달됩니다.
스로틀 밸브는 흡기의 양을 조절하는 밸브로, 스로틀 보디라는 원통 속에 장착된 원판 모양의 밸브입니다. 가속 페달을 밟을수록 스로틀 밸브의 열림각이 커져서 흡기량이 즐가하며 엔진 컨트롤 유닛이 그 흡기량에 맞춰 엔진에 공급하는 연료의양을 결정합니다.
스로틀 밸브의 열림각이 작으면 그만큼 공기가 잘 흐리지 않아서 흡기저항이 커지며 펌프 손실이 증가합니다. 또한 연비 향상을 목적으로 좀 더 고도의 엔진 제어를 할 경우, 스로틀 밸브의 열림각에 의해 결정되는 흡기량과 운전자 자신이 생각하는 최적의 흡기량 사이에 차이가 날 때도 있습니다. 그래서 현재는 전자제어 스로틀 시스템을 채용한 자동차도 늘어나고 있습니다.
스로틀 밸브를 없애고 흡기 밸브로 흡기량을 조절하는 방식도 있습니다.
이러한 시스템에서는 가속 페달에 센서사 장착되어 페달을 밟는 깊이나 속도가 엔진 컨트롤 유닛에 전달됩니다. 그리고 이 정보를 바탕으로 흡기량이나 연료의 양이 결정됩니다. 전자 제어 스로틀 시스템의 경우는 스로틀 밸브에 장착된 모터에 컴퓨터가 지시를 내려서 스로틀 열림각을 조절합니다. 흡기 밸브의 흡기량을 조절하는 시스템의 경우 엔진 컨트롤 유닛이 가변 밸브 시스템에 지시를 내립니다.
- 스로틀 밸브 : 가속 페달의 조작이 엑셀 와이어를 통해 스로틀 보디에 전달되면 스로틀 밸브가 회전을 합니다. 페달에서 힘을 빼면 스프링의 힘으로 밸브가 닫힙니다.
- 전자 제어 스로틀 시스템 : 가속 페달을 조작하면 이 움직임을 엑셀 포지션 센서에서 알아챕니다. 스로틀 밸브의 열림각은 컨트롤 유닛이 결정합니다. 모터가 스로틀 밸브를 구동합니다. 올바르게 작동하는지 확인하기 위해 스로틀 밸브에 포지션 센서가 설치되어 있습니다.
배기 장치
연소 가스는 실린더를 나오면 배기가스 혹은 배기로 불립니다. 배기는 압력이 높고 고온이기 때문에 그대로 방출하면 커다란 소음을 발생시킬뿐만 아니라 가스가 품은 열 때문에 주위가 위험해질 수 있습니다. 또 배기가스 속에는 대기 오염 물질이 들어왔기 때문에 정화할 필요가 있습니다. 물론 연소 가스가 원활히 배출되지 않으면 새로운 공기를 충분히 흡기하지 못합니다.
배기 장치는 배기 매니폴드, 촉매 변환기라는 배기가스 정화 장치, 배기 소음과 열을 중이는 머플러 등으로 구성되며 배기관이라는 금속제 파이프로 연결되어 있습니다. 가는 부분이 있거나 심하게 구부러져 있으면 배기 장치 내부의 압력이 높아져 배기가 원활히 흐르지 않기 때문에 최대한 배기가 원활히 흐를 수 있도록 설계합니다.
배기 매니폴드
배기 매니폴드는 각 기통의 배기를 모으는 곳으로, 흡기 매니폴드와 똑같이 여러 갈채로 분기된 파이프입니다. 각각의 지관이 실린더 헤드의 배기 포트에 접속됩니다. 배기는 흡기에 비해 각 기통의 흐름이 서로 영향을 끼치는 경우가 많습니다 한 기통의 배기와 다른 기통의 배기가 매니폴드의 합류 지점에서 부딪히면 배기의 흐름이 극단적으로 나빠집니다. 이것이 배기 간섭입니다.
이 때문에 배기 매니폴드를 설계할 때는 각 지관의 길이나 구부러진 정도를 충분히 검토해야합니다. 배기통 한꺼번에 주관으로 합류시키는 것이 아니라 2단계에 걸쳐 합류시킬때도 있는데, 두번째 단계에서 매니폴드가 아닌 배기관의 중간에서 합류시키기도 합니다.