자연흡기

1. 개요

2. 장점

• 구조가 간단하다 : 과급에 필요한 특별한 부품이 들어가지 않는 만큼 설계나 제작이 쉬우며 정비도 쉽고 연비도 좋기 때문에 엔진 출력이 그리 강할 필요가 없는 가솔린 엔진 자동차에서는 N/A 방식 엔진을 쓴다.[4]

• 반응이 즉각적이다 : 밟는 대로 반응이 나온다.[5] 단순히 기분적인 장점 외에 엔진의 회전수 변화에 따른 토크와 출력 변화가 동시에 오기 때문에 엔진의 회전수를 자주 변화 시켜 감속과 가속이 반복되는 와인딩이나 숏 코너가 반복된 코스에서 유리하다. 이런 특성을 살려, 출력은 낮지만 가볍고 반응이 빠른 자연흡기가 출력은 높지만 (과급기가 장착되어)무겁고 반응이 느린 터보차와 대등하게 겨루는 게 이니셜D 등 자동차 만화의 클리셰. 특히 이니셜D에선 AE86 자체가 이런 특성과 타쿠미의 운전 실력과 합쳐져 바르고 다니는 내용[6]. 트랙션 컨트롤이 용이한 이 특성 때문에 바이크의 엔진은 특수한 몇 기종[7] 외에는 모두 자연흡기 고회전 엔진이다. 바이크에서 트랙션 상실은 바로 전도사고이기 때문. 또한 반응이 좋다는 건 운전 초보자가 다루기 쉽다는 것이다. 하지만 최근 들어 전자식 슈퍼차저를 장착하는 차량도 늘고 있어 자연흡기 만의 장점은 아니게 됐다. 전자식 슈퍼차저는 엔진의 상태와 관련없이 일정한 부스트압을 형성할 수 있기 때문. F1도 전자식 슈퍼차저(mgu-h)의 힘으로 터보랙 없이 구동할 수 있다.

• 멋있다: 크고 아름다운 엔진이 주는 저속 토크감,[8] S2000이나 모터사이클같은 고회전형 엔진의 쥐어짜는 맛,[9] 대배기량이 선사하는 무지막지한 배기음과 같은 요소들이 자연흡기의 매력으로 꼽힌다. 라이더가 굳이 오토바이를 타는 이유가 '재미'인 것처럼, 터보차가 아닌 대배기량/고회전형 자연흡기 차량을 선택하는 이유, 과급기를 설치하지 않고 N/A튠을 하는 이유가 여기에 있다고 할 수 있다. 코너링 등을 위해 RPM을 급격히 낮출 때 순간적으로 진해진 공연비 또는 스로틀 조작에 의한 점화차단으로 인해 엔진 실린더에서 연소되지 않은 연료가 배기 파이프로 넘어가버리기도 하는데, 이때 배기 파이프는 매우매우 뜨거운데다 불 잘붙게 산소와 잘 혼합되어있는 연료에 불꽃이 일어나기도 한다.[10][11] 가끔 여기에 칠면조를 구워먹는 영상도 유튜브에 올라온다.

• 지구력이 좋다 : 일단 공기가 압축이 되면, 공기의 온도가 올라간다. 이는 밀도의 저하를 야기하는데, 과급기가 장착된 엔진들은 이 흡입 공기의 온도를 낮추기 위해서 인터쿨러를 장착하는 것이 대부분이다. 헌데, 이 인터쿨러가 일정 이상의 주행을 하게 되면 효율이 떨어져 버리는 문제가 발생한다. 때문에 일부 고성능 모델들은 인터쿨러 코어에 물을 쏴줘서 강제로 인터쿨러 온도를 낮추는 워터 스프레이를 장착하고 있으나, 일반적인 차들은 그런거 없다. 특히 과급기 장착차량 오너라면, 여름날이나 엔진에 계속적으로 부하를 주게 되면, 컨디션이 큰 폭으로 떨어지거나, 엔진이 쉽게 지치는 현상을 자주 겪었을 것이다. 하지만 그냥 바깥공기 그대로 빨아들이는 N/A의 경우엔 흡입 공기의 온도 변동이 그리 크질 않음으로, 계절이나 부하에 상관없이 항시 일정한 성능이 나와준다.

• 내구성이 좋다 : 항상 고열, 고압에 시달리는 터보 엔진에 비해 내구성이 좋다. 터보 엔진은 같은 실린더 용적 내에서 더 큰 에너지를 내므로 그만큼 충격도 많이 받는다.

3. 단점

• 엔진 다운사이징에 불리하다: 출력을 늘리고 싶다면 배기량을 키워야 한다. 즉, 엔진 사이즈가 커진다. 배기량을 키우면 연비가 떨어지고 배출가스 규제 극복이 힘들어진다.[12]

• 출력이 높게 나오게 세팅하면 보통 저rpm 토크가 줄어든다. 즉, 스포츠 드라이빙 세팅을 하면 실용적이지 않다. 그러니까 고회전형이 된다는 말이다.

• 중량대비 출력이 낮다. 아무리 고출력 세팅을 하더라도 과급기 엔진보다 동일 중량대비 출력이 낮다. 터보차저, 수퍼차저 등 엔진 외에 이것저것 부품이 들어가더라도 손해보는 중량보다 얻는 출력이 훨씬 크기 때문에 자연흡기가 중량대비 출력에서 밀린다.

• 과급기 엔진도 그렇긴 하지만 제대로 튜닝하다 보면 돈이 한도 끝도 없이 들어가는데 과급기보다 성능 향상 폭이 적다. : 후술함.

4. N/A튠

• 흡기 필터 교체: 흡기 저항[14]을 줄인다.[15]


• 배기 매니폴드 교체: 주물재질에 비해 가벼운 스테인리스를 사용하며 합류부의 저항을 줄이고 유속을 높일수 있는 형태로 제작된다. 대부분 다운파이프까지 포함된다. 2000년대 부터 국산차들도 매니폴드 헤더 다음으로 촉매가 붙는형태로 제조되는대, 이때문에 배기매니폴드만 사제품으로 바꿔도 출력이 상당히 살아난다. 산소센서가 촉매 앞뒤로 모니터링 하는경우는 부수적인 작업이 필요하다. 박서 엔진의 경우 뱅크에서 오는 파이프 길이에 따라 등장/비등장 형태로 구분하며 비등장의 경우 특유의 럼블 사운드를 들을 수 있다.

• 머플러 교체: 대부분 후소음기를 지칭하며 엔진의 출력상승에 따라 저항과 소음으로 인해 교체한다.


• 촉매: 사실상 하드웨어적인 흡배기 튜닝에서 출력 자체에 관여할 수 있는 건 촉매라고 봐야한다. 이전세대와 달리 촉매가 배기 매니폴드에 바로 붙는 형태로 바뀜에 따라 튜닝시 1차 촉매의 위치가 하단으로 가거나 없애 버리기 때문에 맵핑없이도 약간의 출력상승을 기대할수 있다. 이 촉매도 코어의 픽셀수가 적은 스포츠촉매를 사용하면 더더욱 저항이 줄어든다.

• 흡배기 캠을 하이캠으로 교체: 더 높은 리프트와 듀레이션을 가진 캠샤프트로 밸브개폐각을 조절해 출력을 높인다. 개도가 클수록 고성능 제품 이지만 밸브 오버랩 구간이 증가함에 따라 유속이 느리고 저속-중속 구간의 출력하락이 심하며 HC 배출량이 크게 늘어난다. 캠 샤프트의 프로파일 변경으로 인해 ECU맵핑으로 점화 타이밍과 연료량을 조절해야 차량을 운행할 수 있다.
  
• 가변 캠 스프라켓 [16]
  
• 대구경 스로틀로 교체: 스로틀의 직경이 순정에 비해 늘어나는 경우 서지탱크의 입구직경도 같이 바뀌어야 하기에 병행.
• 대용량 서지탱크로 교체
• 헤드 내벽 포팅: 대부분의 양산차는 비용문제로 인해 울퉁불퉁한 주물제를 그냥 사용하는데, 이걸 일일이 갈아서 매끈하게 해주는 작업이다. 유속증가와 저항감소의 효과를 보고 한다. 서지탱크와 스로틀 튜닝 병행하는 작업.

• 압축비 높이기: 출력을 올리는 좋은 방법이지만, 엔진이 한방에 훅 갈 위험도 그만큼 높다. 아니면 노킹으로 서서히 깎아먹든가.
• 피스톤, 컨로드 교체: 압축비 높이기를 할 때 내구성을 보강하기 위해 함께 간다. 단조 피스톤 등으로 교체.
• 듀얼 밸브 스프링 장착, 밸브 태핏 교체: 고rpm에서 밸브의 대응성을 높여 준다.
• 부품 교체: 피스톤과 컨로드의 무게를 같게 맞추고 중심을 맞춘다. 경량 크랭크[17] 등 경량화된 부품으로 교체한다[18]
• 오버사이즈 피스톤 사용: 보어 업.
• 독립 스로틀 사용: N/A 흡기 끝판왕. 실린더 개수만큼 스로틀을 달아 흡기 매니폴드에서 필터나 인테이크 없이 바로 엔진으로 들어간다.

• (레이스용 엔진과 다름없는 끝판 N/A튠. 참고로 페라리는 양산차조차 경주용과 엔진을 가장 가깝게 만든다.)
• 실린더 헤드가 로커암 방식일 경우, 이를 직동식으로 바꾼다. 브이텍이니, 벨브트로닉이니 바노스니 뭐니하는 무거운 가변벨브 기구들 역시 예외없이 몽창 제거.
• 나트륨을 봉입한 티타늄 재질의 배기밸브
• 마그네슘으로 밸브시트 제작/삽입
• 깍두기 모양으로 카운터 웨이트의 끝단면을 절삭한뒤, 한계까지 밸런싱을 맞춘 크랭크 샤프트[19]
• 드라이 섬프 오일윤활 방법으로 개조(터보에도 흔히 쓰는 방법이다.)
• 순정지름의 절반수준으로(두께가 아니다) 풀단조에 레이저로 정밀하게 밸런싱한 초경량 고강성 플라이휠(리스폰스가 더욱 빨라짐.)
• 카본 플레이트 클러치 디스크 셋 (마찬가지로 클러치 자체도 경량이라 리스폰스가 더욱 빨라진다)
• 10000rpm 이상을 확보할 320도가 넘는 초 과격 하이캠 샤프트(아이들링 회전수가 2000rpm 이상)
• 하이캠 샤프트를 장착하기 위해 헤드의 밸브 삽입부 전면가공
• 크랭크 샤프트 저널베어링의 오일통로 전면가공(고회전으로 인한 엔진 눌러붙음 방지)
• 유압식 밸브리프트를 제거하고, 밸브의 각종 부품들(밸브코터, 밸브 사라 등등)을 티탄등의 경량재질로 새로 제작
• 정확한 공력계산&컴퓨터 해석이 들어간 램에어 인테이크 시스템
• 당연하게도 순정 ECU를 리패핑 하는 정도에서 이런 엔진이 제대로 컨트롤 될리가 없다. 모텍등의 풀커스텀 레이싱 ECU로 엔진제어를 하는데, 계기판(대시패널이라고 함)과 ECU, 각종센서 하네스등으로 전부 교환. 금액은 부품값만 3천만원이 넘는다. 세팅비용이야 당연히 별도.