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PCV밸브의 역할과 기능

PCV(Positive Crankcase Ventilation)밸브는 크랭크 케이스 환기 밸브로 엔진의 하단부품을 구성하는 크랭크 케이스 또는 엔진의 상단부를 구성하는 실린더 헤드와 흡기관을 연결하는 밸브다. 이번에 PCV의 역할과 그 기능에 대한 상세한 설명으로 현장에서 사용할 수 있는 진단까지 함께 다루고자 한다.

● PCV밸브의 기능
PCV밸브는 자동차에 적용한 최초의 배출가스 저감장치로서 이미 선진국에서는 1963년도부터 자동차의 엔진에 설치하여 미연소 상태의 혼합기를 사람이 살아가는 대개로 방출하여 공기를 오염시키지 않고 흡기관에서 형성하는 부분진공을 이용하여 흡기관을 통해 연소실로 다시 끌어들여 재연소시켰다.
압출행정을 진행하는 실린더 내부의 압력이 높은 압축공기가 실린더 벽과 피스톤링의 마모로 인해 넓어진 실린더 벽 틈새를 통해 크랭크 케이스로 누출되거나 연소행정을 진행하는 연료와 공기의 혼합기가 미연소 상태로 실린더 벽과 피스톤링의 틈새를 통해 크랭크 케이스로 누출되는 가스를 블로우 바이 가스(Blow-by Gas)라 부르는데 이와 같은 블로우 바이 가스에는 미연소 연료인 HC와 완전히 연소하지 않은 연료의 생성물질인 CO가 대부분이다.

● 블로우 바이 가스의 생성
1. 여기서 크랭크 케이스로 누출되는 블로우 바이 가스의 유량은 실린더 벽과 피스톤링의 간극과의 크기에 따라 변화하는데 간극이 크면 블로우 바이 가스의 유량이 많아지고 간극이 작으면 블로우 바이 가스의 유량이 적어지고 흡기관을 통해 연소실로 들어와서 연소를 참여한 연료, 즉 탄화수소 HC 가운데 미연소 상태로 배출되는 HC의 약 20%정도가 블로우 바이 가스다.

2. 크랭크 케이스로 누출된 블로우 바이 가스로 인해 크랭크 케이스 내부의 압력이 높아지면 크랭크 케이스와 흡기관 사이에 설치한 PCV밸브의 스프링을 위로 밀고 크랭크 케이스보다도 압력이 낮은 흡기관으로 들어가서 흡입밸브가 열리는 동안에 다시 연소실로 들어가서 연소에 참여한다. 그러나 실린더 벽의 틈새가 너무 벌어져서 블로우 바이 가스의 유량이 과도하게 많아지면 PCV밸브를 통과하는 미연소 혼합기의 유량도 많아짐과 동시에 연소에 참여하는 블로우 바이 가스의 유량도 많아져서 연소실에는 정상적으로 연료분사기에서 분사하는 연료와 미연소 연료가 합해져서 연소를 진행하므로 결과적으로 과도하게 농후한 혼합기가 연소를 하여 배기관으로 검은 연기를 배출하기도 하는데 이때는 엔진의 출력도 떨어진다.
3. PCV밸브를 장착하지 않은 자동차의 엔진은 실린더벽과 피스톤링이 마모되어 블로우 바이 가스를 크랭크케이스로 누출하는 경우에도 미연소 연료를 포함하는 오염물질을 대기로 직접 방출하여 깨끗한 공기를 오염시킨다.

● 블로우 바이 가스의 성분과 영향
1. 실린더 벽을 통해 크랭크 케이스로 누출되는 블로우 바이 가스는 가솔린 증기, 즉 미연소연료, 산성화된 부동액, 즉 실린더헤드 가스켓을 통해 연소실로 들어오는 일부 부동액, 엔진 오일의 연소물질, 불완전 연소 생성물인 CO를 포함하는데 위와 같은 오염물질이 크랭크 케이스로 들어와서 온도가 높은 엔진오일과 혼합되면 오일 슬러지를 만들어서 엔진오일 펌프, 오일필터 등 윤활장치 구성품의 오일 통로를 막아서 윤활성능을 떨어짐과 동시에로서 엔진을 과열시키고 기계구성품의 마모를 촉진시켜서 엔진의 수명을 단축시킨다.

2. 블로우 바이 가스가 포함하는 엔진오일의 성분이 과도하게 많을 때는 연소실에서 완전히 연소하지 않은 상태로 배기관으로 빠져나와서 촉매 변환기에서 재연소하기도 하는데 이때는 촉매 변환기를 심하게 과열시켜서 촉매물질을 녹이기도 하므로 특히 주의하여야 한다.

● PCV 밸브의 막힘
1. 일반적으로 정비사들이 특별한 관심을 가지지도 않으면서 중요하게 생각하지도 않는 PCV밸브는 소홀하게 취급하는데 에어 클리너 필터 또는 엔진오일 필터와 같은 소모품으로 생각하여야 한다. 따라서 약 2~3년 정도 사용하면 새로운 제품으로 교환하여야 PCV밸브가 정상적으로 작동하여 크랭크케이스의 압력을 높이지 않는다.
PCV밸브를 오랫동안 사용하면 PCV밸브 내부에 엔진오일과 미연소물질인 카본 등이 쌓여서 블로우 바이 가스의 흐름을 막거나 엔진의 회전속도와 상관없이 항상 완전히 개방시켜 여러 가지 결함을 유발한다.

2. PCV밸브가 막힌 상태에서 엔진의 회전속도를 높이면 크랭크 케이스 내부의 압력이 과도하게 높아져서 엔진오일이 실린더 헤도로 올라와서 밸브카바에 분무되거나 에어 클리너 필터 방향으로 역류되고 심한 경우에는 크랭크 케이스를 구성하는 엔진오일 팬의 가스켓으로 엔징오일을 누풍시켜 외부에도 육안으로 누출여부를 확인할 수가 있다. 따라서 밸브카바 또는 엔진오일 팬 카스켓으로 엔진오일이 누출될 때는 먼저 확인한 다음 결함이 발견되면 반드시 새로운 제품으로 교환하여야 한다.

3. 근래에 제작하는 엔진 대부분은 전자제어장치를 적용하는데 이와 같은 엔진의 연소실로 들어오는 공기량을 계산할 때는 PCV밸브를 통해 연소실로 들어가는 블로운 바이 가스의 유량도 포함하여 계산하기 때문에 PCV밸브의 막힘, PCV호스의 균열로 외부공기가 흡기관으로 빨려 들어가는 경우 또는 PCV밸브가 엔지의 횐전속도와 상관없이 항상 열려있는 경우 등에는 연소실 혼합비의 영향을 받아 배출가스의 농도가 변하므로 PCV밸브의 작동상태를 가볍게 생각하여서는 완전히 정비를 할 수 없음에 유의하여야 한다.

● PCV밸브의 진단
1. 입으로 불어서 진단하기
한쪽 방향으로만 공기가 흐르는 구조인 PCV밸브의 작동 상태를 간단히 진단하는 방법 가운데 하나는 PCV밸브를 엔진에서 분리한 다음 입으로 불어서 공기의 흐름을 확인하는 방법으로서 PCV밸브를 엔진에 조립한 상태에서 보았을 때 흡기관 방향에서 입으로 공기를 불면 PCV밸브를 통과하는 공기의 유량이 없어야 한다. 즉 막혀있어야 정상이다. 그러나 크랭크 케이스 방향이나 실린더 헤드카바의 방향으로 입으로 불었을때는 공기가 통과하여야 정상이다.

2. PCV밸브의 진공시험
① 냉각수를 정상온도로 가온한 다음 공회전 속도를 유지한다.
② PCV밸브를 크랭크 케이스 또는 실린더 헤드발향의 조립부위에서 분리하는데 이때는 흡기관 방향에 조립된 PCV밸브와 호스는 연결 상태를 그대로 유지하여야 한다.
③ 실린더 헤드 또는 크랭크 케이스의 방향에서 분리한 PCV밸브와 호스에 손가락을 접촉시켰을 때 공기가 빨리 들어가는 것이 감지되면서 소리가 나면 PCV밸브의 작동상태는 정상으로 판단하고 가속페달을 밟아서 엔진의 회전속도를 1,500PRM 정도까지 올린다.
④ 엔진의 회전속도를 1,500PRM으로 높이면 순간적으로 PCV밸브를 통과하는 공기의 유량이 많아지기 때문에 PCV밸브에 손가락을 접촉시킬 때는 공회전 상태에서 보다도 많은 공기가 흡기관으로 빨려 들어가는 것을 늘 낄 수가 있어야 한다. 이는 RPM이 높아지는 순간에는 순간적으로 흡기관의 압력이 공회전에서 보다도 낮아져서 더욱 많은 유량의 공기가 흡기관으로 빨려 들어가기 때문이다.
⑤ 공회전과 1,500PRM에서 분리한 PCV밸브의 한쪽 끝에서 흡기관으로 공기가 빨려들어가는 느낌이 없으면 PCV밸브 또는 공기호스의 막힘으로 판단하고 PCV밸브와 공기호스를 교환하는데 PCV밸브에 사용하는 호스는 특수한 재질의 호스이므로 반드시 규정 제품을 사용하여야 한다.
※ 공회전 상태에서 PCV밸브를 분리한 방향에서 공기가 빨려들어가는 소리가 나는 원인은 흡기관이 부분진공상태(450~500mmHg)이므로 흡기관 보다 공기의 압력이 높은 대기압력 상태의 공기가 흡기관으로 이동하면서 소리를 내기 때문이다.

3. PCV 밸브의 작동상태진단
① 냉각수를 정상온도로 가온하고 공회전 속도를 유지한다.
② 밸브카바에 위치한 엔진오일 주입구의 마개를 열고 얇은 종이를 올려놓은 상태에서 약 60초 동안 종이의 상태를 주시한다.
③ 엔진오일 주입구를 덮고 있는 종이가 아랫방향으로 당겨지면서 구겨지면 PCV밸브가 정상적으로 작동하는 것이다.
④ 압축과 연소행정에서 실린더 벽을 통해 빠져나온 블로우 바이 가스가 크랭크 케이스의 압력보다 낮은 흡기관 진공에 의해 PCV밸브를 열려서 흡기관으로 이동하면, 즉 PCV밸브의 한쪽 끝은 대기 압력보다도 압력이 낮은 부분진공 상태의 흡기관과 연결되어 PCV배브를 당기고 있는 상태에서 PCV밸브의 다른 한쪽 끝은 대기 압력보다 높은 크랭크 케이스 내부의 압력으로 밀어서 결과적으로는 PCV밸브의 플런저를 위 방향으로 밀어서 블로우 바이 가스를 흡기관으로 이동시키면 크랭크 케이스 내부도 순간적으로 대기 압력보다 낮은 부분진공 상태가 된다.
⑤ 이와 같이 크랭크 케이스에서 흡기관으로 빠져나간 블로우 바이 가스에 의해 크랭크 내부도 부분진공상태가 되면 대기 압력으로 밀고 있는 얇은 종이가 아래로 밀린다.
⑥ 엔진오일 주입구를 덮고 있는 얇은 종이가 크랭크 케이스의 방향으로 빨려들어가지 않고 오히려 위 방향으로 밀려나오면 PCV밸브의 막힘 또는 블로우 바이 가스의 유량이 과도하게 많아서 크랭크 케이스 내부의 압력이 높아진 경우이므로 실린더 벽과 피스톤링의 마모상태를 점검하거나 PCV밸브와 호스를 교환한다.
이상과 같이 이번에 PCV밸브의 역할과 진단하는 방법에 대해서 살펴보았다.

출처 : 클럽 뉴그랜져

글쓴이 : 노을사랑[대구] 원글보기

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