배기다기관, 매니폴드 (exhaust manipold, header)

 

 

 매니폴드는 여러개로 이루어진 엔진 기통에서 빠져나오는 배기가스를 모아주는 역할을 합니다. 어떻게 보면 단순한 관일수도 있지만, 원활한 배기를 위해서는 매니폴드의 형상에도 신경을 써야 합니다. 각각의 배기라인의 길이가 중구난방인 경우 배기가스로 인해 발생하는 압력에 의해 다른 기통의 배기를 방해하게 될 수 있습니다. 따라서 매니폴드는 배기 타이밍을 고려하여 적절한 길이에서 서로 모이도록 설계해야 합니다. 양산차의 경우 시뮬레이션과 실증실험으로 최적의 길이를 선택할 수 있지만 애프터마켓 파츠나 커스텀 제작된 매니폴드의 경우에는 이런 실험을 거치기 어렵습니다. 따라서 가장 쉽게 배기간섭을 피할 수 있는 방법을 사용하는데, 모든 배기라인의 모이는 길이를 동일하게 만드는 것입니다. 뱀이 똬리를 틀듯 배배 꼬인 매니폴드 형상은 이러한 노력의 결과로 만들어진 것입니다.

 

 

다운파이프(down pipe)

 

 

 매니폴드에서 하나로  모인 배기관을 차체 아래쪽으로 이어주는 파이프입니다. 보통 다운파이프에 촉매가 설치되어 있으며 매니폴드와 일체화하여 생략하는 경우도 있습니다. 촉매가 설치되지 않은 다운파이프는 테스트 파이프(test pipe)라고 하며 서킷 외 공공도로에서 사용하는 것은 불법입니다.

 

 

촉매(catalytic converter)

 

 

 촉매는 배기가스에 포함된 각종 유해물질을 덜 유해한 물질로 바꾸어주는 장치입니다. 백금, 로듐, 팔라듐, 산화구리, 산화바나듐 등으로 이루어진 촉매 표면에 배기가스가 닿게 되면 물질의 반응도가 커져서 다른 물질로 바뀌는 현상을 유도하게 됩니다. 따라서 배기가스가 가능한 넓게 촉매 표면에 닿을 필요가 있고, 이를 위해 수많은 작은 구멍이 뚫려있는 형상의 촉매를 지나게 합니다. 하지만 구멍이 작고 많을수록 배기 저항을 만들게 되고, 이를 해결하기 위해 유해가스 변환 성능은 조금 떨어지더라도 구멍 크기를 늘리고 수를 줄여 배기효율을 높인 스포츠 촉매를 사용하기도 합니다. 촉매를 아예 제거하는 것은 현행법에 어긋나는 행위이며 대기오염을 일으키는 주범입니다.

 

휘발유 차량에서 가장 널리 쓰이는 촉매는 아래의 세가지 반응을 일으키는 삼원촉매(Three-way catalytic converters) 입니다.

 

질소산화물(NOx) => 산소(O₂) + 질소(N₂)

일산화탄소(CO) + 산소(O₂) => 이산화탄소(CO₂)

탄화수소(HC) + 산소(O₂) => 물(H₂O) + 이산화탄소(CO₂)

 

디젤 엔진은 휘발유 엔진보다 더 많은 유해 배출가스가 발생하므로 매연저감장치(DPF), 요소수 분사 장치 등의 정화장치가 추가되기도 합니다. 이러한 장치들은 높은 배기가스 정화 성능을 발휘하지만 그만큼 배기저항과 소음감소가 크게 나타납니다. 따라서 디젤 차량은 배기튜닝을 하더라도 배기음이 크게 증가하지 않습니다. 매연저감장치를 제거하면 휘발유 차량에 버금가는 수준의 배기음을 낼 수 있으나 심각한 매연 배출을 동반하므로 절대로 시도해서는 안됩니다.

 

 

중통(mid pipe)

 

 

 중통은 촉매를 거친 배기가스가 차량 뒤쪽으로 빠져나가는 통로입니다. 중통의 직경은 배압(back pressure)에 영향을 줍니다. 대체로 고출력 차량일수록 배기가스의 양이 많아지기 때문에 중통의 직경도 커져야 적절한 수준의 배압을 유지할 수 있습니다. 저출력 차량에 너무 큰 중통을 사용하면 배압이 너무 낮아져 오히려 배기 효율이 나빠질 수 있습니다. V6 엔진 등 매니폴드가 좌우로 분리되어 있는 차량은 중통도 분리되어 있는 경우도 있습니다.

 

 

레조네이터(resonator)

 

 

 레조네이터는 공명통이라는 이름 그대로, 특정 주파수의 소음과 반대로 공명하는 환경을 만들어 소리를 줄여주는 장치입니다. 전체적인 음량은 크게 줄어들지 않지만 특정 엔진 회전수에서의 떨림과 소음을 제거하는 효과가 큽니다. 따라서 소위 말하는 '부밍음'을 제거하는데 효과적입니다. 중통 중간부분에 약간 직경이 커지는 형태의 레조네이터가 일반적이며, 중통에서 가지치듯 별도의 관으로 연결하는 레조네이터(helmholtz resonator, 1/4 wave resonator) 도 있습니다.

 

헬름홀츠 레조네이터

 

 

사일렌서, 머플러(silencer, muffler)

 

순정 머플러의 구조

 

 최종적인 소음 감소를 담당하는 부분입니다. 대개 원형이나 타원형의 단순한 형태를 하고 있지만, 그 안쪽에는 소음을 최대한 줄이기 위한 복잡한 구조를 가지고 있습니다. 레조네이터가 특정 주파수대의 소음을 줄이거나 다른 주파수대로 이동시키는 역할을 한다면, 사일렌서는 모든 주파수대의 소음 감소를 목표로 합니다.

 

 하지만 이런 복잡한 소음 감소 구조는 배기가스가 빠져나가는 것을 방해하는 역할도 하기 때문에, 전체 배기 시스템 중 가장 큰 배기 저항이 발생하는 곳이기도 합니다. 성능을 중시하는 애프터마켓 배기 시스템의 대부분은 이 사일렌서 부분의 흐름을 원활하게 하는데 초점을 둡니다.

 

 

팁(tip)

 

 

 배기 시스템이 끝나는 지점입니다. 과거에는 단순히 파이프를 뚝 잘라놓은듯한 형태로 두는 경우가 많았지만, 배기 시스템중 유일하게 외부로 노출되어 보이는 지점인 관계로, 최근에는 이 부분에 다양한 형태와 소재를 사용하여 디자인적인 차별화를 주고 있습니다.

 

 

캣백 (cat back)

 

 

 캣백은 촉매(cat) 이후 지점(back)을 전체적으로 지칭하는 말입니다. '캣백 배기 시스템'이라고 하면 촉매까지는 순정을 그대로 사용하고, 촉매 이후만 변경하는 배기 시스템이 됩니다.

 

 

플랜지(flange)

 

 

 플랜지는 전체 배기 시스템의 관리와 조립 편의성을 위해 분할한 지점을 말합니다. 대개 넙적한 철판을 용접해 붙인 뒤 볼트로 체결하며, 두께가 얇아 용접시 깨지기 쉬운 티타늄 배기 시스템의 경우 서로 끼워넣어 조립한 후 강철밴드나 스프링으로 고정하는 방법을 사용하기도 합니다.  

 

 

비드(bead)

 

TIG용접의 비드

 

 용접을 한 부위에 남은 자국을 비드라고 부릅니다. 깔끔한 비드 자국은 용접기술자의 실력을 엿볼 수 있는 부분입니다. 비드가 지저분한 경우 제대로 용접이 되지 않았을 가능성이 높아, 작은 충격에도 깨지거나 비드가 떨어져 나가는 경우가 발생할 수 있습니다. 용접 방식에 따라 비드 형태는 달라질 수 있습니다.

 

 

플렉시블 파이프, 자바라 (flexible pipe)

 

 

 유연하게 여러 방향으로 꺾을 수 있는 파이프입니다. 배기 시스템은 엔진의 진동을 직접적으로 전달받기 때문에 이를 상쇄하기 위해 어느정도 유연하게 움직일 필요가 있는데, 진동이 많은 부위에 플렉시블 파이프를 끼워 넣어 해결합니다.