더블 오버해드 캠샤프트(DOHC) 엔진에 대해서 알아보기

오늘은 엔진의 한 종류인 더블 오버해드 캠샤프트 DOHC 엔진에 대해서 함께 살펴보려고 합니다. Double Overhead Camshaft의 약자로 DOHC라고 부르는데 OHC 식 엔진의 한 종류입니다. 

 

※DOHC 엔진이란 무엇일까?※

일단 가장 먼저 DOHC 엔진에 대해 이해하기 위해서는 밸브트레인이라는 자동차 엔진의 개념에 대한 이해가 필요합니다.

밸브트레인이란?

밸브의 작동을 위한 캠 샤프트와 밸브시트로 이루어진 구성체계를 이야기합니다. 

여기서 한 가지 더 캠 샤프트란 밸브를 열고 닫는 캠의 설치를 위한 축이고 가솔린 엔진에서 핵심적인 부품 중 하나로 꼽힙니다. 

 

캠샤프트가 엔진에서 하는 기능은 연료와 공기의 혼합물을 실린더 내부로 끌고 오면서 내부에 연소된 배기가스를 배출하는 밸브를 열고 닫는 기능을 하는 필수적인 부품입니다. 가솔린 엔진의 밸브트레인으로는 OHV와 OHC로 나누어지는데 DOHC는 OHC의 하류분류라고 보시면 됩니다.

 

 OHV

OHV는 실린더 바로 위에 밸브가 부착된 형태로 아주 고전적인 방식입니다. 시작은 1940년대부터 시작되었고 1개나 많게는 2개의 캠축을 이용해서 푸시로드를 밀고 그 밀린 푸시로드가 또 로커암을 밀게 되면서 밸브를 열고 닫는 방식입니다. 

 

장점으로는 엔진의 크기를 배기량에 비해 작게 만들 수 있고 OHC보다 회전하는 부품이 적어서 신뢰가 높은 것이고 단점으로는 현대에 와서 흡배기 효율이 OHC에 비해서 떨어지기 때문에 미국이나 호주의 일부 제조사를 제외하고는 더 이상 사용하지 않는 방식이 되었습니다. 

 

 

OHC

DOHC를 이해하기 위해서 먼저 OHC 즉 밸브를 여닫는 캠 샤프트가 실린더 헤드의 상부에 위치하는 형태라는 것을 먼저 이해해야 합니다. 

 

그리고 OHC에서 두 가지 방식으로 나누어지게 되는데 그중 하나는 SOHC이고 나머지 하나는 우리가 오늘 살펴볼 DOHC입니다. 약자를 풀어보면 SOHC는 single overhead camshaft이고 DOHC는 double overhead camshaft입니다. 말 그대로 SOHC는 하나의 캠 샤프트를 사용하고 DOHC는 두 개의 캠 샤프트를 사용하는 것입니다. OHC가 상용화되기 시작한 것은 1960년부터입니다. 

 

DOHC 

DOHC는 캠 샤프트가 2개로 흡기밸브와 배기밸브에 한 개씩 설치됩니다. 이런 설치의 효과로는 흡기와 배기의 연소효율을 높이는 설계를 더욱 쉽게 할 수 있습니다. 또한 DOHC는 밸브의 개수를 늘리는데도 용이했고 그 덕분에 로커암을 없애거나 작게 축소할 수 있어서 밸브저항을 줄이는 효과도 생겼습니다. 

 

설명했다시피 설계하는 데 있어 더욱 자유로워지면서 SOHC에 비해서 뛰어난 흡기와 배기의 효율을 가지게 되었습니다. 이 말을 쉽게 설명하면 배기량을 늘리지 않아도 출력을 높일 수 있다는 말입니다. 이런 장점을 바탕으로 DOHC는 상품성이 아주 높아지게 되었고 DOHC와 SOHC가 공존하던 시절이 있었는데 그 시절동안 DOHC가 주로 상위 차량으로 SOHC가 하위 차량으로 같은 배기량 기준으로 판매되었다고 합니다. 

 

DOHC의 장점

DOHC의 장점으로는 밸브의 설계의 자유로움 덕분에 밸브의 각도를 자유롭게 설계가 가능했고 흡기와 배기의 캠이 독자적으로 구분되어 있어서 캠 샤프트로 전달되는 부담이 적어지고 그에 따라서 높은 엔진회전수에서도 연속운전 시 원활하게 흡배기가 가능했습니다. 그래서 모터스포츠 분야에 가장 먼저 사용되기도 했습니다. 

 

그리고 DOHC덕분에 가변 밸브 타이밍이라는 기술이 개발되었습니다. 이 기술을 통해서 가변 밸브의 타이밍을 연속적으로 제어함으로 가솔린 엔진의 효율을 극대화하였습니다. 가솔린 엔진의 극대화를 이뤄낸 DOHC는 이제 디젤 엔진에도 적용되고 있습니다. 

 

 

 

DOHC의 단점

DOHC의 단점은 어떤 것이 있을까요? 기본적으로 생각할 수 있는 가장 단순한 단점은 두 개의 캠 샤프트를 사용하기 때문에 OHV엔진보다 훨씬 큰 크기를 가지고 구조도 복잡합니다. 또한 대배기량 엔진의 경우에는 효율이 떨어지는 단점도 있습니다. 

 

하지만 이러한 단점은 현대의 자동차 기술에서는 그다지 부각되지 않는 단점입니다만 이론상으로는 다른 엔진에 비해 신뢰도가 조금 떨어진다고 합니다. 가장 신뢰도가 떨어지는 부분은 정비성인데 그럴 수밖에 없는 것이 구조가 다른 엔진에 비해서 복잡하기 때문에 부품의 숫자도 많고 구조가 복잡한 만큼 제어나 수리에도 어려움을 주기 때문에 그럴 수 밖에는 없습니다. 그 외에도 연비가 안 좋고 소음이 크다는 단점이 있습니다. 그런데 이러한 단점들은 초기의 단점들이고 현대에 와서는 단점들이 굉장히 많이 보완되었다고 합니다. 

 

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오늘은 DOHC에 대해서 살펴보았는데요 정말 엔진의 세계는 복잡하지만 신비로운 분야인 것 같고 이러한 엔진을 개발한 인간의 대단함을 느낄 수 있는 주제였던 것 같습니다. 그럼 이상으로 더블 오버해드 캠샤프트(DOHC) 엔진에 대해서 알아보기에 대한 글을 마치도록 하겠습니다.