Engine Boring
1. 개요
엔진 블록의 보어 손상을 수리하기 위해 블록이나 라이너을 깎아내고 보어의 내주면을 가다듬는 작업.2. 상세
사진과 같이 정상적인 엔진의 실린더는 표면에 빗살무늬 형태의 일정하게 호닝되어 있다. 이는 스크래치가 아니며, 호닝[1]을 하면서 발생하기에 호닝 자국이라고 하는데, 호닝된 내주면에 엔진오일이 고이면서 윤활과 기밀 유지를 해준다. 오히려 무늬가 없이 매끈한 실린더가 비정상으로 이미 호닝 자국이 안보일만큼 닳았다는 의미다.[2]
보어 면이 손상되면 압축 압력이 떨어지며, 또한 호닝 자국 말고 피스톤의 운동방향으로 발생한 스크래치는 압축 압력 손실과 오일의 연소실 침투를 유발시키므로 반드시 보어 면을 정리해야 한다. 이를 위해 블록을 연마하여 표면의 손상을 복원하는 것이 보링 작업이며, 보링 후에는 연마되어 깎여나간 면적만큼의 라이너를 대신 삽입하게 된다.[3]
흔히 엔진을 오버홀한다는 의미로 '엔진을 보링한다'고 말하기도 하나, 피스톤 등의 부품 교체 정도로 끝내는 것은 연소실 표면의 가공을 하지 않으므로 보링이 아니다.
국외산 불문하고 알루미늄 합금 블록 엔진일지라도 대다수 캐스트-인[4] 주철 라이너 타입이다. 따라서 그 라이너를 깎아내고, 새 라이너를 압입 후 치수에 맞게 보링하는 것[5]이, 보링업체의 주된 수입원이다. 상태에 따라 크랭크 등의 추가 교체가 들어간다.
경우에 따라서는 보링 대신 신품 쇼트 블록[6]을 사다가 아예 통째로 갈아 버리는 게 속 편할 때도 많다.[7] 이 경우에도 대부분 실린더 헤드의 오버홀은 불가피하다.
그렇기 때문에 '몇십만킬로 무보링(無 Boring) 주행가능한 엔진'이라는 뜻은 블록의 내구도과 가공 정밀도가 높다는 방증일 수 있다. 과거 메르세데스-벤츠와 이를 라이선스 생산한 쌍용자동차 엔진들이 100만km 무보링으로 달려내는 경우가 많았다.
현대기아 GDi 엔진은 보링 작업이 여전히 많이 시행되고 있다. 특히 세타/ 감마 자연흡기 GDi 엔진의 결함으로 차량의 잔존가치가 아직 많이 남은 시점에서 엔진이 일찍 퍼지는 일이 잦기 때문이다. 신품 엔진 교환은 450만원 정도 드는데 보링으로 재생한 엔진은 150~200만원 정도면 되기 때문.
그 외에도 포르쉐의 수평대향 박서 엔진들 중 설계결함으로 실린더 스크래치가 발생하는 엔진이 꽤 있는데,[8] 이러한 엔진도 주로 보링으로 수리한다. 포르쉐라는 브랜드답게 신품 엔진 가격이 살인적이기도 하지만, 신품 블록으로 다시 조립한들 애초에 설계 결함이 있는 엔진이라 언제든 재발할 가능성이 있기 때문. 그래서 블록을 미국에 있는 보링 전문 업체에 보내 라이너를 새로 박아서 수리하기도 한다. 하는김에 IMS 베어링 윤활장치도 붙이고...
이해 안되면 충치 신경치료하고 때운걸로 생각하자.
3. 선박
선박용 실린더 라이너의 수명은 보통 6~7년 정도이고 주기적으로 오버홀 작업으로 라이너를 절삭한다.
24시간 운전하는 상선 특성상 마모 속도를 줄이기 위해 라이너의 재료는 주철인 경우가 많다. 실린더 용적이 자동차와는 비교할 수 없이 크고, 보통 0.25mm정도만 깎아내기 때문에 가공을 통해 얻을 수 있는 출력 향상은 크지 않지만 호닝가공을 통해 실린더 내부에 실린더 오일이 쉽게 흘러내리지 않게 하여 내식, 내열 작용을 돕고 실린더 오일 소모량을 낮춘다.
절삭 한계까지 쓰다가 그 한계를 초과하게 되면 라이너를 교체한다. 승용차 엔진과 달리, 설계 시부터 교체를 상정해놓고 설계되는 경우가 대다수이다.
이를 제대로 시행하지 않았을 경우 스커핑(scuffing) 현상의 우려가 있다. 스커핑 현상이란 피스톤링과 실린더 라이너의 마찰면이 비교적 넓은 범위에서 용착하여 전단적으로 파괴되는 현상이며 실린더 내의 과열, 윤활유 부족, 유막의 회복능력의 결여가 주 원인이다. 실린더 라이너 내면은 기존에는 보링을 통해 가공했지만 최근에는 파형가공 후 호닝과정[9]을 거치거나 반파형 가공 실린더라이너를 사용하고 있다.[10]
선박 보링에 사용되는 공구들
[1]
금강석 숫돌을 회전시켜 내면을 연마하는 가공
[2]
단, 메르세데스-벤츠의
나노슬라이드와 같이 특수한 코팅 처리가 된 종류의 엔진들은 실린더 내부가 거울처럼 매끈하기도 하다.
[3]
여기서 라이너 장착 대신 더 큰 오버사이즈 피스톤을 장착하면
보어 업이 된다.
[4]
기성 라이너를 블록 주형에 넣은채 용탕을 주입시키는 제조법
[5]
신조 블록 대비 정밀도는 떨어질 수밖에 없다.
[6]
Short block : 피스톤 및 크랭크까지 조립된 블록. 쇼트 엔진이라고 부르기도 한다.
[7]
특히 국산차의 경우 쇼트 블록 부품이 저렴하기 때문에, 보총 통교환과 보링의 가격 차이가 거의 나지 않고 오히려 통교환이 더 저렴한 경우도 있다. 예시로 감마 1.6 GDI 엔진 쇼트 블록의 가격은 약 130만원, 람다 3.3T GDI 엔진의 쇼트 블록의 가격은 약 215만원인 데 반해, 엔진 보링 작업의 가격은 1.6은 대략 120만원, 3.3T는 대략 280만원 전후이다. 특별한 경우가 아닌 이상 보링이 금전적으로 더 손해인 케이스.
[8]
자연흡기 한정이다. 한스 메츠거가 설계한 터보 엔진은 내구성이 오래 간다고 정평이 나 있다.
[9]
뾰족하게 깎인 부분을 매끈하게 깎는 작업
[10]
김효중 외 2인 저, 내연기관개론 p.261 발췌, 효성출판사