안녕하세요~! 쮜범이입니다 ^_^
오늘도 여전히 자동차 관련 커뮤니티에는 상당히 재미있고 흥미로운 질문이 많이 올라오고 있다. 커뮤니티 회원 중 한 명은 자동차 후드(보닛)를 열어 차량에 어떤 이상은 없는지 대략적으로 점검하기 위해 한참을 바라보고 있다가 발전기 주변에 누유 흔적으로 보이는 현상을 마주쳤다.
A : 안녕하세요. 사진에서 보이는 것과 같이 발전기와 발전기 풀리 사이에서 오일으 맺혀있는 듯한 누유 현상을 마주쳤습니다. 오일 혹은 그리스가 삐져나온 것처럼 보이는데요. 혹시 발전기나 발전기 풀리 쪽에서도 오일이 있거나 새어 나올 수 있는 건가요??
B : 오일이 아니라 탄 것처럼 보입니다... / 베어링 그리스 같은 느낌인데요?? / OAD 타입 발전기 풀리는 내부에 오일 성분이 들어가서 손상이 되고 교환 시기가 되면 외부로 누유가 발생하고 차량 진동이 발생하게 됩니다.
1. 쉐보레 기술자료 알터네이터 디커플러
(Chevrolet Tech Alternator Decouplers)
쉐보레 기술 서비스 게시판에 있는 99-06-04-029A에 관해 다음과 같이 명시되어 있다.
상태 : 일부 고객은 차량 변속을 수행할 때 혹은 스티어링 휠을 잠금 위치로 돌리는 것과 같이 주차 조작중에 간헐적인 액세서리 드라이브 구동 소음에 대해 불만을 제기할 수 있다. 이 소음은 공회전 상태에서 에어컨을 작동시킬 때도 동일하게 같은 소음이 발생할 수도 있다.
원인 : 변속 시프트를 수행하거나 스티어링 휠을 잠금 위치로 돌리거나 에어컨을 켜는 동안 공회전 속도는 부하가 걸리면서 600 rpm 이하로 떨어질 수 있다. 이 소음은 엔진 rpm의 큰 변화율에 의해 증폭(증가 및 감소)될 수 있다. 이런 상태는 엔진 rpm이 낮은 주행 조건이 형성될 때 더욱 악화될 수 있다.
수정 : 2001년 SOP(생산 시작)에 자동 변속기가 장착된 모든 쉐보레에 디커플러 풀리와 진동 감쇄 댐핑 액세서리 드라이브 텐셔너가 있는 새로운 발전기를 구현했다. 디커플러 풀리가 장착된 발전기는 자동 변속기가 장착된 쉐보레 콜벳 모델에만 특정 조건으로 사용되었다. 댐핑이 감소된 액세서리 구동 텐셔너는 모든 2001년 콜벳 모델에 사용된다.
과거인 그때만 그랬었고 지금 현재는 많이 달라졌다. 14년이 지난 지금 쉐보레 공장에서는 오버드라이브 디커플러(AOD) 타입의 풀러가 사용되는 알터네이터(교류 발전기)를 더 많은 차량에 탑재하여 출시하고 있다. 한편 수 백만명의 운전자가 디커플러 타입의 발전기를 사용하고 있고 시간이 지나면서 마모되어 교체 대상인 소모품으로 지정되었다.
자동차의 주 목적인 운전의 본업 자체를 제외하고 자동차에서 소음이 발생하는 현상은 운전자에게 큰 스트레스를 안겨준다. 값비싼 비용을 지불하고 고급 자동차를 타는 운전자들에게 있어서 원치 않은 소음은 견디기 힘든 스트레스라고 충분히 말할 수도 있다.
2. OAD(Over-running Alternator Decouplers)
오버러닝 알터네이터 디커플러
오버러닝 디커플러 클러치 풀리의 첫 번째 버전은 단순한 단방향(원웨이) 클러치였다. 이 풀리는 한 방향으로 회전하지만 다른 반대쪽 방향으로는 회전하지 않는다. 이런 원웨이 클러치 방식의 풀리의 명칭은 AOC(Alternator Over-runngin Clutch) 또는 ADP(Alternator Decoupler Pulley)라고도 칭한다.
가장 최신 버전인 OAD(Over-running Alternator Decoupler)는 내부에 비틀림 진동(기본적인 엔진 진동)을 흡수하는 스프링이 내장되어 있다는 점에서 이전 발전기 풀리의 구성 요소와는 차별화된다. 대부분의 기술자들은 이런 모든 장치를 클러치 풀리라고 부른다. 그러나 이들 간에는 차이점이 있으며 다양한 스타일의 경우 상호 교환이 불가능하다.
간단한 단방향(원웨이) 클러치를 사용하면 엔진이 정지하거나 변속하는 동안에도 교류 발전기 풀리가 계속 회전할 수 있다. 이렇게 되면 벨트는 정지했지만 교류 발전기가 계속해서 지속적으로 회전하려고 할 때 자주 발생하는 벨트 소음과 지저귀는 소리를 방지하는 데 도움이 된다.
결국 모든 고출력 교류 발전기 로터에는 계속해서 회전하기를 원하는 회전 질량이 있다. 그래서 교류 발전기의 출력이 높을수록 로터가 더 무거워지고 회전 관성이 커지게 된다.
시동을 끄면 엔진이 갑자기 감속하게 된다. 그러나 회전하는 교류 발전기 내부의 질량은 몸추는 상황에서 저항을 하게 된다. 이러한 현상은 엔진이 꺼져있을 때뿐만 아니라 변속기가 패싱 기어로 하향 변속하거나 운전자가 스로틀을 활짝 열어 놓은 상태에서 공격적인 기어 변속이 이루어질 때와 같이 엔진 속도가 급격한 변화가 발생할 때에도 관성이 발생한다. 멈춰야 하는 상황에서 반대로 회전 관성을 지니게 되므로 소음이 발생하는 원인으로 꼽힌다.
발전기 소음이 발생하는 경우
1. 때때로 주차 상황에서 저속 기동 중이나 공회전 중일 때
2. 에어컨을 작동시켜 콤프레셔가 작동할 때
3. 변속기가 구동 중일 때 문제가 발생한다.
자동차 제저업체의 장점 중 하나는 OAD 풀리가 좁은(작은) 구동 벨트를 사용할 수 있고 감소된 진동으로 힘이 덜 요구되는 벨트 텐셔너를 사용할 수 있다는 점이다. 따라서 에어컨 콤프레셔, 파워 스티어링 펌프, 워터펌프, 각종 베어링, 아이들 풀리와 같이 다른 구송 요소의 베어링이 받는 부하를 확실하게 줄여주는 역할을 한다. 그리고 주요 장점으로 꼽히는 또 다른 부분은 낮은 공회전 속도로 인해 발생하는 진동 감쇄와 연비 향상이 이점이다.
OAD 타입의 풀리는 벨트 드라이브에서 에너지를 흡수하는 장치이며 따라서 마모 항목으로 교환이 적정 교환시기에 교체가 이루어져야 하는 품목이다. 최초의 오버러닝 교류발전기 풀리는 200년형 오펠에 장착되었다. 그리고 북미에서는 크라이슬러 미니밴 3인방인 보이저, 캐러밴, 타운컨트리가 그 뒤를 이었다.
오늘날 OAD 풀리를 장착한 차량은 대략 5,000만대가 넘어가고 있다. 자동차 전문가들은 이 수치가 꾸준히 상승하여 2018년 기준 1억 6천만 명 이상으로 증가한다고 예측하고 있다. 현대 토요타의 95% 모델도 OAD 풀리는 사용하고 있다. 그리고 현재까지 생산되는 거의 대부분의 GM엔진과 크라이슬러 엔진에도 단점을 많이 개선한 OAD 풀리를 장착한다.
위 사진은 지프 브랜드의 레니게이드 모델이다(Jeep Renegade). 발전기 노즈에서 돌출된 캡은 OAD(Over-running Alternator Decouplers) 타입의 풀리를 사용한다는 의미다.
거의 대부분의 제조사가 OAD 타입의 풀리를 채택하는데 간혹 사용하지 않는 경우가 있다. 이유는 과연 무엇일까? 분명 OAD 풀리가 개발되고 장착된 이유는 충분히 설명했다. 그런데도 불구하고 사용되지 않았다면 가장 큰 이유는 아마 비용적인 측면일 것이다.
생산 과정에서 굳이 없어도 되는 수준이라면 원가 절감을 원하는 제조업체에서는 이 부품이 그만한 가치가 있다고 확신하지 않았기 때문이다. 모든 브랜드는 설계 방식에 있어서 많은 차이점을 가진다. 이 때문에 OAD 풀리를 사용하지 않더라도 엔진에 큰 지장이 생기지 않는다면 굳이 비용을 추가하면서까지 생산할 필요가 없기 때문이다.
V-벨트 혹은 멀티 리브 벨트로 구동되는 전통적인 기존 풀리는 너트로 교류 발전기에 장착된다. OAD 풀리는 벨트 홈을 지나 돌출된 전면에 플랜지가 있다. OAD는 일반적으로 '알렌(Allen)' 또는 '톡스(Torx)' 유형의 볼트로 교류 발전기 샤프트에 부착된다. 이로 인해 풀리를 점검하거나 교환하기 위해서는 이 볼트를 풀기 위해 특수 공구가 필요해진다.
위 사진은 AOC(Alternator Over-runngin Clutch) 또는 ADP(Alternator Decoupler Pulley)라고 불리는 타입의 풀리 단면도다. AOC, ADP타입의 발전기 풀리를 진단하는 방법은 매우 간단하다. 우선 보고, 듣고, 느끼는 게 제일 중요하다.
엔진을 공회전 상태로 만들어놓고 작동하는 동안 벨트의 상태를 확인한다. 벨트가 부들부들 떨리거나 더듬거리지 않고 벨트 회로 전체에 걸쳐 부드럽게 작동해야한다. 그리고 벨트 텐셔너를 확인한다. 벨트 텐셔너의 장력이 튼튼하고 부드러워야 하므로 흔들리거나 떨리거나 과도하게 진동하면 이상이 있다는 뜻이다.
풀리 주위에 밀봉 불량을 타나내는 그리스나 오일 흔적인 있는지 확인하여 혹시나 누유가 보인다면 씰이 불량하다는 뜻을 의미한다. 교류 발전기 내부를 볼 수 있다면 엔진을 정지했을 때 내부 로터가 계속해서 몇 초, 몇 분 동안은 회전해야 한다. 풀리가 고착하여 샤프트와 동일한 회전력을 구사한다면 내부 로터도 동시에 멈추기 때문에 풀리 교환시기를 알 수 있게 된다. 이와 같은 의미로 차량 계기판에 충전 시스템 경고 표시등이 점등되어 있다면 반드시 교류 발전기가 아니라 OAD 풀리가 원인이 될 수도 있다.
엔진이 작동하는 동안 벨트가 덜컹거리거나 소음이 발생하는지 작동음을 들어봐야 한다. 이때 발생하는 소음은 보통 OAD에 문제가 있음을 나타낸다. 변속기어를 주차나 중립에 놓고 주차브레이크까지 체결한 후 엔진 회전수를 2,500~3,000rpm까지 회전시켜 소음이 지속적으로 증가하는지를 확인하고 이상음이 발생한다면 이 또한 OAD에 문제가 있다는 게 확실해진다.
위 사진에서 OAD 풀리를 보면 금색 영역을 볼 수 있다. 금색 영역은 비틀림 스프링(토션 스프링)을 의미한다. 엔진을 정지하면 교류 발전기의 로터는 최대 10초 동안 관성 회전하며 천천히 정지하게 된다. 만약 이때 윙윙거리는 소리가 들리면 OAD 베어링이 끊어진 것일 수도 있다.
용도에 맞는 특수 도구를 사용하여 풀리를 정지 상태로 유지하고 교류 발전기 샤프트를 양방향으로 돌리면서 샤프트의 돌아가는 느낌이 어떤지 확인한다. OAD풀리는 긴장이 풀릴 때 스프링 백과 함께 한 방향으로만 부드럽게 회전해야 한다. 만약 회전하지 않거나 양방향으로 회전하거나 회전하는 동안 거친 느낌이 발생한다면 OAD 풀리를 교환해야 한다.
알터네이터 풀리 진단 방법
대부분의 최신 모델에서 배터리 충전 경고 메시지를 마주친다면 잠재적으로 서비스가 불가능하다고 판단하지 않는 것이 좋다. 이 부분에 있어서 문제가 발생하는 부분은 교류 발전기 내부에 존재한다. 보통 이런 문제가 발생하게 되면 크게 3가지만 점검하면 된다. 첫 번째, 배터리 점검 / 두 번째, 발전기 충전 상태 점검 / 세 번째, 발전기 풀리 점검이다.
가장 많이 발생하는 문제점은 발전기 풀리 및 벨드 드라이브 시스템이다. 만약 풀리 테스트와 벨트 드라이브 시스템 점검을 게을리하게 되면 더 큰 정비를 유발할 수도 있고 불필요한 교체가 발생할 수도 있다. 가장 적은 비용이 들어가는 정비는 초기에 문제를 바로 잡고 풀리 교체만 하는 게 제일 좋은 상황이긴 하다.
요즘 대부분의 모델에는 오버런 교류 발전기 풀리(OAP : Over-running Alternator Pulley) 또는 오버런 교류 발전기 디커플러(OAD : Over-running Alternator Decoupler)가 장착되어 있다.
오버런 교류 발전기 풀리(OAP : Over-running Alternator Pulley)는 한 방향으로 회전하고 다른 방향으로 돌리면 잠기게 되는 소켓 렌치와 같은 단방향 클러치다.
오버런 교류 발전기 디커플러(OAD : Over-running Alternator Decoupler)는 동일한 방식으로 작동하지만 구동 벨트 시스템의 진동을 완화하기 위해 진동을 흡수하는 특수 클러치와 스프링이 있다.
어찌 됐든, 2가지 타입의 풀리는 유형에 관계없이 교류 발전기 교환에 주목적을 두지 말고 제일 먼저 비용을 최소화시킬 수 있는 풀리 점검을 우선적으로 실시해야 한다.
오버런 교류 발전기 풀리(OAP : Over-running Alternator Pulley) 또는 오버런 교류 발전기 디커플러(OAD : Over-running Alternator Decoupler)와 같이 업그레이드된 두 가지 타입은 벨트가 갑자기 느려질 때 교류 발전기가 자유회전하거나 오버런 할 수 있도록 해준다.
이렇게 되면 벨트가 미끄러지는 것을 방지하고 진동을 감소시킬 수 있다. 무엇보다도 드라이브 벨트 시스템에서 요구되는 장력이 더 적어지고 더 좁고 작 은 벨트를 사용할 수 있다는 장점이 생긴다. 그리고 이를 통해 1%~2% 정도의 연비가 향상될 수 있다. 그러나 이 두 가지 타입의 풀리는 내부 작동 방식으로 인해 수명이 제한되어 있어서 어느 정도 시기가 지나면 교체가 필요한 소모품이다.
1. 변속 상태를 주차(Park) 또는 중립(Neutral) 상태를 유지하고 엔진 회전수를 2,000~2,500rpm으로 올린 다음 엔진을 완전히 끈다. 엔진이 꺼진 후 플리에서 발생하는 소리를 듣는다. 만약 풀리가 마모된 베어링은 이 테스트 중에 윙윙거리는 듯한 소음을 발생시킨다. 이 테스트 과정에서 풀리의 잡음이 잡힌다면 교환을 진행하면 된다.
2. 풀리 캡을 제거하고 풀리 전면에 적절한 공구를 삽입하여 교류 발전기 내부 샤프트를 양방향으로 돌려본다. 오버런 방향에서는 부드럽게 돌아가는 느낌을 받아야 하며 드라이브 방향에서는 스프링 느낌이 발생해야 한다.
-풀리가 고착되어 잠겨 있다면 교체해야 한다.
-OAD의 구동 방향에 스프링 느낌이 없다면 교체해야 한다.
-오버런 방향으로 OAD가 부드럽지 않다면 교체해야 한다.
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