1. 엔진의 진동
엔진으로부터 나오는 진동에는 몇개인가가 있지만, 연소실에서 혼합기가 폭발적으로 연소할 때 엔진 본체에 할당되는 진동과, 피스톤-콘로드-크랭크샤프트의 왕복과 회전운동에 의한 관성력에 따라 발생하는 진동 및 동변계로부터의 진동 3가지가 주된 것이다.
혼합기의 연소에 따라 발생하는 진동은 연소압력이 높은 만큼 크기 때문에, 압축비가 높고, 공기를 많이 흡입하는 고성능 엔진일수록 진동의 관점에서는 불리하다. 공기를 엔진에 밀어 넣는 터보 엔진은 자연 흡기의 NA엔진에 비해서 20∼50% 더 큰 진동을 발생시킨다. 이러한 엔진은 형상을 진동이 발생하기 어렵도록 하고, 보기류의 취부 위치를 진동을 크게 할 것 같은 장소에 붙이지 않는 등으로 진동을 억제하고 있다.
또, 설령 진동이 커도, 엔진 마운팅의 취부 위치를 연구하여, 액체를 봉입한 복합 마운팅을 채용하는 등, 그 진동이 바디에 전달되기 어렵게 하고 있다.
관성력도 큰 진동원이다. 피스톤으로부터는 상사점의 정지 상태로부터 가속하고, 감속하여 하사점에 도달하는 가감속에 따라, 크랭크샤프트로부터는 크랭크핀과 웨브의 회전에 따른 원심력에 의해, 콘로드로부터는 왕복운동과 회전운동이 조합된 복잡한 가감속에 따라 모두 관성력이 생긴다. 다기통엔진은 피스톤이 크랭크샤프트에 연결되어 있어, 각 기통의 관성력이 상쇄되는 경우도 많지만, 기통의 수 및 배치와 팽창행정의 타이밍에 따른 단순한 계산으로 끝나지 않는 케이스도 나온다. 그래서 카운터웨이트에 의해 전체의 중량과 관성력의 밸런스를 잡는 것이지만, 완전히 밸런스를 잡는 것은 어렵다.
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엔진 운동부품으로부터 발생하는 진동을 작게 하기 위해서는 관성력을 작게 하는 것과, 요컨대 경량화가 유효하지만, 단순히 가볍게 한 것은 강성이 약하게 되어, 도리어 진동이 크게 되는 것이 있다. 어떻게 강도를 유지하고 가볍게 하는지가 여기에서도 질문시된다. 연소에 의한 가진력은 엔진이 최고로 힘을 내는 최대 토-크 회전수 부근에서 최대로 된다. 한편 관성에 의한 가진력은 엔진 회전의 2승에 비례하여 커지므로, 일반적으로 엔진 회전이 낮은 곳에서는 연소에 의한 가진력이, 고회전에서는 관성에 의한 가진력이 문제가 되는 것이 많다. |
관성력은 피스톤 및 콘로드 등 운동부품의 중량이 가벼울수록 작다. 그래서 같은 배기량이라면, 기통수가 많은 엔진쪽이 개개 부품이 작고, 가벼워서 관성력은 작다. 관성력이 작으면 진동의 발생이 적을 뿐만 아니라, 강도가 동일하다면 보다 고회전에서 회전한다. 다기통엔진이 고회전으로 사용되고, 그다지 진동하지 않는 것은 이 때문이다.
또 운동부품의 중량을 가볍게 하면, 각각의 부품에 걸리는 관성력은 그만큼 작게 되어, 엔진을 같은 회전수로 사용하는 것이라면 그 강도를 내리는 것이 가능하다. 일반적으로 강도를 내려도 좋다면, 그만큼 경량화가 가능하여 부품은 더불어 가볍게 하는 것이 가능하다. 경량화는 진동을 억제할 뿐만 아니라 엔진의 성능 업에 무엇보다도 중요하다.
2. 엔진의 소음
엔진으로부터 나오는 音에는 진동과 같은 혼합기의 연소에 동반하여 발생하는 연소음과, 엔진의 부품이 부딪친다든가 마찰한다든가 하여 생기는 기계음이 있지만, 엔진이 빠르게 회전하면 음질이 변하여, 음도 커지게 되는 것이 보통이다. 우리들은 눈을 부릅뜨고 달릴 때는 별개이지만, 시프트업 및 시프트다운할 때에 회전계는 대부분 보이지 않아서, AT에서 어느 포지션을 선택할까도 엔진으로부터의 음에 의지하여 결정하는 것이 보통이기 때문에 운전자에게 있어서는 엔진음은 다소 들리는 쪽이 좋다. 단, 그 음은 소음이 아닌 사운드인 쪽이 바람직하다.
기계음은 혼합기의 연소에 의한 팽창력에 따라 실린더 블록 및 실린더 헤드가 진동하여 발생하는 것이기 때문에, 연소실에 혼합기가 많이 공급되어, 연소 압력이 높게 되는 만큼 커지게 된다. 터보엔진은 NA엔진에 비하면 음이 작은 것처럼 느껴지지만, 이것은 배기 에너지를 터빈이 흡수하는 이유와, 연소 압력이 높아도 엔진의 회전 상승시 변화가 작은 것의 2가지 이유에 따른 것이다.
기계음은 캠샤프트를 구동하는 기어, 체인 등 및 흡배기 밸브를 개폐하는 동변계의 부품이 기계적으로 부딪쳐 만나는 음이다. 예를 들면 캠이 밸브리프터 및 로커암을 쳐서, 그 반동으로 캠샤프트가 저어널베어링을 친다든지, 밸브가 밸브시트에 부딪치는 등에 의해 충격음이 발생하는 때문이다.
단, 음이라고 하는 것은 사물이 부딪쳐 직접 나오는 음보다도 그 진동이 전달되어 이외의 부분이 공진하여 나오는 음쪽이 크다고 하는 귀찮은 성질이 있기 때문에, 엔진으로부터 변하는 음이 나오면 한가지 방법으로 그 원인을 밝혀내는 것은 상당히 어렵다. 어느쪽이든 기계음이 나온다고 하는 것은 부품이 부딪쳐 만나는 때문으로, 엔진의 내구 성능으로 말하자면 좋은 것은 아니다. 이음이 감지되기 때문에 그 원인을 조사하여 대처하는 것이 필요하다.
연소음과 기계음을 비교하면, 진동과 같은 식으로 엔진 회전수가 낮은 범위에서는 연소음 쪽이 크지만, 대강 3000rpm을 초과하여 관성력이 크게 되어 버리면, 기계음 쪽이 지배적으로 된다.
엔진룸으로부터 발생하는 음은 후드의 하면 및 엔진룸과 캐빈을 경계로 하고 있는 대쉬 보드의 전방에 흡음재를 붙여서 바깥으로 나가지 않도록 하고 있다. 흡음재에는 글래스울 및 휄드가 사용되고 있다.