CB400 - 캬브레터 리빌드 #4. 조립 2

 

3편에 이어
( https://leonardkims.blogspot.com/2020/10/cb400-3.html )

캬브 조립에 필요한 자잘한 부품들을 정품으로 구매하려니 부품 구매비가 너무 많이 발생하는 것 같아서 일옥을 뒤져본 결과, 우연히 나에게 맞는 폐급 캬브 셋트를 매우 저렴한 가격에 구할 수 있었다.

급한 것이 아니어서 배편으로 배송을 신청했고, 약 3주 정도 지나서 금 주에 도착했다.

역시 겉보기 상태는 좋지 않았지만, 내가 필요한 부품들은 멀쩡했다.

그리고 놀라운 사실 발견.

겉은 후줄근했지만, 아무리 봐도 원래 내 캬브보다 사용 년수가 덜 된 캬브 셋트임에 틀림없었다.

고무류가 경년 노화를 하기때문에 고무류의 상태를 보면 알 수 있고, 분해하면서 보니까 원래 내 캬브 분해했을 때 나온 고무류 부품들 상태보다 훨씬 좋았다.

저 위에 연료 호스가 끊어져 있어서 이 캬브 상태가 매우 안 좋을 것이라고 생각했지만, 그 호스만 무슨 이유로 잘라졌던 것이고, 전반적으로는 그렇게 오래 사용하던 캬브는 아닌 것으로 보인다.

단지, 보관 상태가 안 좋아서 외관이 별로였던 것이다.

파일럿 젯트도 원래 정품인 D 드라이버 타입으로 꽂혀 있었고, 연료통에 연결하는 호스도, 뺐다 꽂았다를 별로 안 했는지 입구가 멀쩡했다.

베큠 챔버 에어 호스도, 내 것은 입구가 찢어져 있지만, 이것은 멀쩡했다.

횡재다~ ^^

자, 분해 시작.

캬브 셋트는, 1,2번 캬브가 결합되어 있고, 3,4번 캬브도 같이 결합되어 있으며, 이 두개가 서로 한 셋트로 결합되어 있는 형태인데, 두 셋트 사이는 잘 분해되는 반면, 셋트 자체를 분리하려면 매우 힘들어서, 지난 번에 이것을 분해하다가 결국 연료 파이프를 부숴먹은 것이었다.

이번엔 극도로 조심해서 작업을 했다.

역시 1,2번과 3,4번 캬브 사이는 쉽게 분해했다.

캬브 조립 용 관통 볼트도 부식없이 멀쩡했다.

역시 이 캬브는 오래된 캬브가 아니다.

자, 대망의 1,2번과 3,4번 캬브 분해.

손으로 캬브 하나를 잘 잡고, 연료호스나 플라스틱 부품을 치지 않도록 조심하며 반대쪽 캬브를 고무망치로 통통 쳤다.

조금이라도 틈이 벌어지면 WD40을 그 틈사이에 뿌리고, 방향을 이쪽 저쪽 바꿔가며 치면서 틈을 조금씩 벌려나갔다.

그렇게 한참을 고무망치로 살살 친 끝에 드뎌 무사히 분해.

역시 경험이 최고다. ㅎㅎ

캬브 셋트 사이에 연결되어 있던 연료 조인트 파이프와 진공 챔버 조인트 파이프를 무사히 뺐다.

이렇게 분해된 캬브에서 부품을 모두 분리한다.

플로트는 핀이 부식이 심해서 빼낼 수 없어서 분해를 못했고, 파일럿 스크류는 D 드라이버가 없어서 분해를 못했지만, 에어컷 밸브 등 중요한 부품들은 모두 분해했다.

의외로 스프링 등 작은 부품들이 쓸모가 많기때문에, 부품 잃어버리지 않도록 신경쓰며 분해해야 한다.

자, 이제는 지난 번에 청소해서 개별 조립해 놓은 내 캬브를 셋트로 조립 시작한다.

아, 그런데 시작부터 난관이...

전에 원래 내 캬브를 분해할 때 나왔던 오링보다는 상태가 좋았지만, 그래도 고무재질인 오링은 오버홀 할 때 교체해 주어야 하는데, 오링 한 종류가 없었다.

진공 챔버 연결 파이프 용 오링 8.0X1.0mm 짜리였고, 그동안 내가 모아 놓은 오링 셋트와 별도로 구매한 오링들에서 아무리 찾아봐도 발견할 수가 없었다.

어디 있을까~~~

아무리 찾아봐도 찾지 못했다.

지난 번에는 어떻게 했을까?

그래서 지난 번 캬브 조립할 때 자료를 검색해 보았다.

이래서 내가 블로그에 자료를 충실히 올리는 것이다.

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2019년 1차 캬브 조립했을 때.

( https://leonardkims.blogspot.com/2019/05/cb400-nc39-1999-vtec1-engine-head-valve_7.html )

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아, 이런... ㅠㅠ

지난 번에는 혼코에서 캬브 용 오링 셋트를 구매해서 교체했던 것이었다.

그러니 남은게 없지.

문제는 이 사실을 까맣게 잊고 있었다는 것.

아, 이 정신 머리 어쩔... ㅠㅠ

그래도 다행히 대부분의 오링은 내가 구매해서 가지고 있었던 오링 셋트에 있었고, 8.0X1.0mm 오링만 없었다.

할 수 없다.

조립 후퇴.

일단 오링을 산 다음에 다시 조립 시작하자.

중국에서 찾으면 대부분 있을텐데, 시간 상 옥션에서 뒤져봤더니 8X1mm 짜리가 있었다.
근데 NBR 이었다.

실리콘을 찾아보았지만 찾을 수가 없었다.

하지만 S계열 오링이 실리콘 재질이 있었고, S-8이 7.5x1.5였는데, 이것이 비슷하게 맞을 것 같아서 같이 주문했다.

다시 조립 시작.

사용하던 캬브 셋트를 보면서, 똑같이 조립하면 편하다.

우선 실리콘 재질 S-8 오링으로 도전해 보았다.

이야~ 들어간다. ^^

이 파이프는 다이어프램이 복귀할 때 공기가 빨려들어가는 음압 포트로 사용되기때문에, 밀폐에 큰 신경을 쓸 필요는 없다.

이렇게 사용해도 문제 없다.

오히려 기본 오링보다 굵어서 움직임이 빡빡할 정도이지만, 조인트가 안 돌아갈 정도는 아니라서 그냥 사용하기로 했다.

NBR은 시간이 지나면 경화되어서 조각조각 끊어지므로 실리콘이 낫다.

자, 1,2번과 3,4번 캬브 셋트를 조립한다.

아래와 같이 조인트 파이프들 및 알루미늄 덕트를 꽂고 스프링을 올려 놓는다.

연료 조인트 파이프(1번) 방향에 주의하여야 한다.

캬브끼리 연결하는 구멍과 플로트 챔버 사이로 위치해야 한다.

잘못 결합하면 캬브 조립 후, 연료 호스를 꽂지 못해서 다시 분리해야 한다.

이 위에, 반대 쪽 캬브를 올려 놓고 부품들을 잘 들어가도록 골고로 만져주면서 조금씩 집어 넣는다.

완성.

나머지 캬브 2개도 서로 조립한다.

다음,

조립된 캬브 두 셋트를 서로 결합한다.

캬브 한 셋트에 아래처럼 알루미늄 조인트 두 개와 진공 챔버 파이프, 드로틀 케이블 커넥터를 조립한다.

드로틀 케이블 커넥터는 십자 볼트로 조여야 하는데, 조립하고 나면 이 볼트를 조이기 힘들기때문에 이 때 조여야 한다.

반대 쪽 캬브 셋트를 결합한다.

드로틀 센서를 조립한다.

작은 부품을 잃어버리지 않도록 조심.

전선이 빠져 나오는 경로에 유의하자.

캬브 관통 볼트 두 개를 끼워 넣고 양 쪽 너트를 균등하게 조인다.

여기서 문제 발생.

이 볼트를 조이면 조일수록, 드로틀 밸브가 빡빡해졌다.

계속 조이면 거의 움질일 수 없을만큼 빡빡해졌다.

어허~ 왜지?

이리저리 캬브 셋트를 들여다보다가 1,2번 캬브 셋트 사이는 괜찮고, 3,4번 캬브 셋트 사이가 너무 가까워서, 두 캬브의 드로틀 밸브 샤프트 끝 부분이 서로 닿아 있는 것을 발견했다.

이러면 조일수록 샤프트가 다른 샤프트를 밀어서, 축이 움직이기 힘들게 빡빡해지는 것이다.

아래 사진 1번이 사용 중인 캬브 셋트의 3,4번 캬브 사이 간격이고, 2번이 지금 조립하고 있는 캬브 셋트의 3,4번 캬브 사이 간격이다.

현재 조립 중인 캬브 간격이 좁다.

그런데 왜지???

이리 저리 들여다보고, 캬브 셋트를 다시 분해했다 조립해 보았지만, 알 수 없었다.

시간이 늦어서 일단 여기서 덮고, 다음 날 다시 생각해보기로 했다.

다음 날.

왜 그럴까~ 생각하면서 기존 캬브와 지금 조립 중인 캬브를 비교해 보다가 원인을 바로 발견했다.

3,4번 캬브 셋트 사이에, 초크 케이블 고정대를 끼워 넣고 조립했어야 했는데, 그것을 잊고 넣지 않았던 것이다. ㅋ

이게 1.6~2.0mm 정도 되므로 캬브 사이가 그만큼 가까워지면서 3,4번 캬브의 드로틀 밸브 축이 서로 닿아버렸던 것이다.

이 사태를 겪고 가만 생각해보니까, 처음 캬브 셋트 조립할 때도 같은 실수를 했던 것 같은데 그걸 또 싹 다 까먹고 있었던 것이다.

아... 자괴감이 든다... ㅠㅠ

캬브 사이 분해는 쉽지 않지만, 몇 번 분해했던 캬브라서 다행히 전체 셋트를 분해하지 않고 4번 캬브만 분해할 수 있었다.

아래처럼 4번 캬브에 일자드라이버를 대고, 드라이버 머리를 퉁퉁 치니까 3,4번 캬브 사이가 쉽게 벌어졌다.

다행이다. ㅋ

단지, 연료 파이프를 건드려서 부수지 않도록 조심할 것.

이 부품이 제법 비싸다.

이렇게 분해한 3,4번 캬브 사이에, 초크 케이블 고정대를 넣고 다시 조립한다.

그리고, 관통 볼트 두 개를 다시 조인다.

아, 역시.

드로틀 밸브 조작이 아주 원활하다.

망각이 심하니까 몸이 고생이다. ㅠㅠ

후...

마음을 가다듬고, 다시 조립.

1,2번과 3,4번 캬브 사이 아래 위치에 동조 스프링을 끼워 넣는다.

이거 끼워 넣다가 스프링이 튕겨 나가서 잃어버리는 수가 있다.

조심할 것.

그리고, 1,2번 캬브 셋트와 3,4번 캬브 셋트 사이에도 동조 스프링을 끼워 넣는다.

전체적으로 보면 아래 사진처럼 3군데에 스프링이 들어가야 한다.

각 캬브에 황동 초크 밸브를 집어 넣고, 스프링을 넣고, 캡을 조인다.

캡이 플라스틱 재질이므로, 심하게 조이면 부서지니 조심.

이게 부서지면 황동밸브, 스프링, 캡 셋트로 사야하므로 비싸다.

4개 캬브의 초크들을 한 번에 당겨주는 프레임은 내 원래 캬브에 달려 있던 것을 못찾았다.

버리진 않았으니 어딘가에 있을테지만, 내 건망증 덕에 이번엔 찾지 못했다.

언젠간 나오겠지.

대신, 사용하던 캬브에서 이식할 것이다.

볼트 두개만 풀면 빠진다.

이렇게 뺀 초크 프레임을 아래 순서로 조립한다.

우선 스페이서 두 개를 볼트 구멍에 얹어 놓고,

초크 밸브 4개 끝 부분에 초크 프레임을 걸어서 올려 놓는다.

와셔를 올려 놓고,

볼트를 조인다.

3번과 4번 캬브 셋트 사이에는 스프링을 집어 넣는다.

4번 캬브 쪽에는 플라스틱 와셔가 들어가니, 잊지 말고 챙겨서 조립하자.

조립 완료.

연료호스는 이번에 실리콘 재질로 구매해 놓았다.

그것으로 사용할 것이다.

남은 일은, 육안으로 드로틀 밸브를 일정한 각도로 일단 조정하고, 엔진에 결합해서 동조를 잡으면 끝이다.

캬브 셋팅은 작년에 지겹게 했으니, 궁금하신 분은 작년 글을 참고하시기 바란다.

Leonard.

캬브레터에서 파일럿 젯이 필요한 이유

 

모터사이클을 자가 정비하기 전에는, 캬브 셋팅이 매우 힘들고 특별한 노하우가 필요해서 심지어는 정비 전문으로 하는 사람들 사이에서도 더 잘하는 사람이 있고, 어쩌고 저쩌고 하는 도시 괴담 식의 이야기들을 많이 들었다.

왜 그럴까 궁금했었는데, 막상 내가 자가 정비하면서 캬브를 뜯어보니까 실제로 캬브 셋팅하는 것이 쉬운 일은 아니었다.

왜일까?

청소하는 것은 별개로 하고 셋팅만 두고 보면, 그 어려운 작업의 대부분은 동조 작업이다.

다기통의 바이크 엔진은 각 기통마다 캬브가 있고, 이 캬브에서 만들어 주는 공기:연료 비율이 기통마다 모두 같아야 하지만, 현실적으로는 이 비율이 다르게 공급되기 때문에 엔진이 회전할 때 불안정해지며, 특히 매우 미량의 공기와 연료가 흡입되는 아이들링 시에는 이 차이로 인한 영향이 더 커져서, 캬브 동조 작업을 잘못하면 엔진 공회전 시(아이들링 시)에 엔진 특성이 나빠지는 것이다.

엔진이 돌아가는 상태에 관계되는 요인은 크게 전장계통(점화), 엔진의 기계적인 상태 그리고 캬브 셋팅이며 이 중에서 다른 것은 양호하다고 가정하고 캬브만 놓고 보면, 캬브의 공연비 셋팅 값이 실린더 별 캬브마다 모두 같아야 양호한 엔진 반응을 얻을 수 있다.

지금부터 왜 이렇게 아이들링 시에는 특별히 더 동조가 어려울까, 그리고 그 동조 작업을 담당하고 있는 파일럿 젯이 왜 필요한지 알아보자.

우선 캬브는 흡입된 공기에, 해당 공기량에 맞는 적절한 양의 연료를 혼합해 주는 역할을 한다.

지금이야 흡입 공기량을 실시간으로 측정해서 해당 공기량에 적합한 양만큼의 연료를 정확하게 분사해주는 인젝션 엔진이 보편화되어 있지만, 엔진이 처음 개발되었을 때에는 이것이 매우 어려운 일이었다.

이 어려움을 해결할 방법으로 누군가가 베르누이 원리를 생각해낸 것이다.

베르누이 원리는 유체가 흐르면 그 부분의 압력이 주변보다 낮아진다는 원리로, 공기가 엔진으로 들어가는 통로, 즉, 캬브의 통로에 공기가 흐르면 그 통로 안 쪽은, 그 통로 외부보다 압력이 낮아지므로, 이 통로 벽에 구멍을 만들면 통로 바깥에서 이 구멍으로 연료가 빨려 들어가는 것이다.

정해진 단면적의 통로에서 공기량이 많아질 수록 공기의 속도는 빨라질텐데, 이 속도가 빨라질수록 음압이 크게 형성이 되기때문에, 연료가 더 많은 양이 빨려들어갈 것이며, 이 원리에 의해서 연료량을 공기량에 비례해서 공급할 수 있는 것이다.

이 현상을 적극 이용한 것이 바로 캬브레터이다.

내부는 이러한 구조이다.

그러나 여기서 어려움 점이 발생한다.

캬브를 단순하게 그리면 이렇게 그릴 수 있는데,

이와 같은 밸브를 버터플라이 밸브라고 하며, 아이들링 시에는 밸브를 닫아서 각도(θ)를 거의 0으로 만들고, 밸브를 완전 개방하면 각도가 90도가 되어( 공기 흐름에 평행) 많은 공기가 흐를 수 있도록 한다.

그러나 아이들링 시에는 이 밸브를 거의 닫아서, 공기가 거의 흐를 수 없도록 만들어야 한다.

4기통 엔진의 경우, 4개의 캬브 밸브 각도가 아주 조금만 틀어져도 연소 환경이 매우 달라지므로 이 각도 조절을 아주 아주 정밀하게 하여야 하지만, 거의 닫혀 있는 밸브를 캬브마다 더 미세하게 열고 닫는다는 것이 현실적으로는 매우 어렵다.

게다가 이렇게 미세하게 흐르는 공기는 음압을 적게 발생시키므로 연료가 잘 빨려들어가지도 않는다.

이렇게, 큰 밸브 하나로는 미세 조절이 어려울 때, 바로 보조 공기량 조절 장치가 필요한 것이다.

산업적으로는 이러한 경우에 다음과 같이 해결한다.

이렇게 구성하면, 프라이머리 밸브는 닫아 놓고 세컨더리 밸브를 사용하여 유량을 미세 조절할 수 있다.

캬브레터에서 이 세컨더리 밸브 역할을 하는 것이 바로 파일럿 스크류이다.

차이점은, 아이들 상태에서 캬브의 상태를 그때 그때 매번 바꿀 필요는 없으므로, 밸브 방식이 아니고, 스크류를 이용하여, 공기나 연료량을 조절하고 끝낼 수 있는 단순한 구조로 만든 것이다.

인젝션 엔진은 이 파일럿 스크류 위치에, ISC(Idle Speed Control)라는 장치를 달아서 실시간으로 공기량을 제어한다.

저 위에서 언급한, 이중 밸브 구조를 이용한 미세량 조절 기능을 그대로 사용하는 것이다.

즉, 파일럿 스크류의 조임량을 모터를 이용해서 능동적으로 제어한다고 보면 된다.

이것을 그림으로 그려보면 다음과 같다.

캬브의 드로틀 밸브는 위 그림의 프라이머리 밸브에 해당한다.

아이들링 시에는 이 밸브가 거의 닫혀 있다.

이때, 공기 2가 별도의 경로를 통하여 드로틀 밸브를 바이패스해서 엔진으로 공급되며, 이 경로 상에 파일럿 스크류가 위치하여, 이 파일럿 스크류를 넣고 빼는 양에 따라서 해당 양만큼 공기 흐름이 조절되고, 따라서 공급되는 연료량도 가변된다.

이렇게 하면 드로틀 밸브가 거의 닫힌 아이들링 상태에서도 공기량 조절이 가능한 것이다.

이렇게 혼합기의 미세량 조절이 가능한 구조를 만든 다음, 드로틀 밸브의 개도각도와 파일럿 스크류의 조임량을 조절해서 각 캬브에서 공급되는 혼합기를 각 캬브마다 동일하게 맞추는 작업이 바로 캬브 동조 작업이다.

여기서 주의할 점은, 실제 아이들링 동조 작업할 때, 드로틀 밸브가 백퍼센트 닫혀 있지 않다는 것을 알아야 한다는 점이다.

그러므로 다기통 캬브는 이 드로틀 밸브 개폐 각도 역시 서로 상대적으로 조절할 수 있게 되어 있다.

이 아이들링 때의 드로틀 밸브 개폐 각도를 우선 모든 캬브에 동일하게 맞춰 놓은 다음, 파일럿 스크류를 조절하여 동조 작업을 하여야 한다.

참고로 드로틀 밸브를 아이들 상태에서 많이 열려 있는 상태로 조절해 놓으면, 드로틀 밸브를 열었다가 다시 닫아도 RPM이 안 떨어지는 현상이 발생한다는 것을 알아둘 것.

실제 캬브를 구현하기 위해서는, 메인 연료량을 제어하는 방법도 필요하고 이 때문에 다이어프램 밸브도 도입되어 있고, 관성 주행 중에 캬브로 딸려 들어가는 연료때문에 머플러에서 발생하는 역화를 막기 위해 에어컷 밸브도 도입되어 있는 등, 캬브는 매우 복잡한 기계 공학의 산물이다.

하지만 이러한 구조는 아주 오래 전에 보편화된 기술이고, 궁금해하는 사람도 많아서, 이미 인터넷에 쉬운 설명 동영상이 있다.

이것 말고도 찾아보면 매우 많다.

지금까지 설명한 것들을 종합해보면, 왜 캬브 상태가 나빠지는 것인지, 왜 캬브 청소를 하면 상태가 좋아지는 것인지를 유추할 수 있을 것이다.

캬브를 오래 사용하면, 캬브 안 쪽의 연료 통로가, 연료 안에 포함되어 있던 이물질이 통로 벽에 붙으면서 점점 좁아지고, 이로 인하여 처음 셋팅한 파일럿 스크류의 오픈 양에 따라서 흘러가던 공기량이 점점 줄어들게 된다.

이 현상은 매 캬브마다 정도차이가 있기 마련이어서, 그에 따라서 엔진 각 기통의 연소 조건이 달라지기 때문에, 이로 인해서 엔진 부조화가 발생한다.

자동차 엔진은 보통 캬브 한 개에서 공기/연료 혼합을 한 다음에 이 혼합기를 다기관을 통하여 실린더에 배분하여 공급하므로, 각 실린더는 모두 동일한 혼합기를 공급 받는다.

따라서 자동차 엔진이 부조 현상을 보이는 것보다, 바이크 엔진이 부조화를 보일 확률이 높은 것이다.

서두에 말했듯이, 엔진의 상태는 전장 및 기계 상태와도 연관이 있으나, 다른 것은 모두 양호하고 캬브에 의해서만 엔진 부조가 발생한다고 보면, 바이크가 차량보다 더 까다롭다는 것을 의미한다.

이렇게 다기통의 엔진에서, 캬브마다 만들어 내는 혼합기의 비율이 달라지는 특성때문에, 모든 실린더의 연소 특성을 최대한 동일하게 맞추기 위해 드로틀 밸브의 각도를 매우 미세하게 조절하여야 하지만, 기계적으로 그것을 구현하기 어려워서, 드로틀 밸브가 조절하는 주 공기량 외에, 보조적으로 미량의 혼합기를 만들어주는 장치가 바로 파일럿 스크류이다.

영어로 Pilot Screw라고 하며, 이 Pilot 이라는 단어는 '큰 불을 처음 만들어 주는 작은 불' 이라는 의미가 있다.

불씨라고도 할 수 있을 것 같다.

화염방사기에서 방사 노즐 앞에 항상 켜 있는 작은 불꽃을 Pilot Light 이라고 한다.

실제 파일럿 스크류의 역할과 현재의 이름이 참 잘 맞는 것 같다.

엔진이 죽지 않도록 불씨 역할을 하니까.

누군지 이름 잘 붙였다.

Leonard.

희동이의 투명한 눈망울

 

고양이 눈을 들여다보면, 그 투명함에 빠져든다.

희동이와 상추를 비교해 보면, 같은 고양이라고 해도 희동이 눈이 훨씬 크다.

그래서 희동이 눈을 보면 언제나 신비롭다.

Leonard.

고양이도 베개가 필요하다

 

희동이도 그렇지만, 상추는 베개를 쓰는 경우가 유독 많다.

귀요미~ ^^

Leonard.