가변밸브 타이밍

[카닥터]

◎ 가변밸브 타이밍(VVT:Variable Valve Timing) ◎

1. 개 요

밸브타이밍은 흡기 및 배기밸브의 열리고 닫히는 시점을 나타내는 것이다.   그림1은 흡,배기밸브의 개폐시기와 밸브오버랩을 나타낸다.   일반적으로 흡기밸브는 상사점 전에 열리고 하사점후에 닫히게 되며, 배기밸브는 하사점 전에 열리고 상사점 후에 닫히게 된다.   흡기밸브의 열림시기 (IVO:Intake Valve Open)는 밸브의 열림 시간을 크게하기 위하여 상사점 전 5-20。에서 열리게 된다.   이값을 크게하면 밸브오버랩이 커지게 되어 저속시에는 잔류가스량이 증가하여 체적효율이 감소되지만, 고속에서는 반대로 동적효과에 의하여 체적효율이 증가한다.

그림 1. 밸브 타이밍과 밸브 오버랩

2. 작동원리

흡기밸브의 닫힘시기(IVC:Intake Valve Close)는 하사점 후 30-50°에서 설정되며, 흡입공기의 관성을 최대한 이용하도록 하여 체적효율을 향상 시키고자한다.   닫힘시기가 빠르면 체적효율이 저하되고 너무 늦으면 실린더내에 흡입된 혼합기가 흡기계로 역류 시키게되어 체적효율이 낮아지게 된다.   즉 흡입공기의 관성의 영향으로 흡기밸브의 닫힘시기의 최적치는 엔진 회전속도에 따라 달라지며 저속에서는 작고 고속에서는 커지게 된다.

배기밸브의 열림시기(EVO:Exhaust Valve Close)는 잔류가스량을 감소시켜 체적효율의 향상을 도모하기 위하여 상사점후 5-20。의 값으로 설정된다.  배기밸브의 닫힘시기가 빠르면 배기가 충분치 못하여 잔류가스량이 증가하여 체적효율이 저하하고 늦으면 배출가스가 배기관으로부터 실린더내로 역류되어 역시 역류가스가 증가하게된다.

밸브오버랩은 흡기밸브와 배기밸브가 동시에 열려 있는 기간이다 이 기간이 크면 고속인 경우에 흡기의 관성으로 배기를 밀어냄으로써 흡입효율을 향상 시킬수 있으나 저속 특히 공전시에는 배기가스가 흡입쪽으로 역류되는 현상이 발생하여 잔류가스의 양이 증가된다.

일반적으로 저속토크 등 낮은 회전속도에서의 성능을 중시하는 엔진에서는 벨브 양정량 및 열림각을 작게하여 혼합기의 유속을 높여 연소효율의 향상을 도모한다.   고출력형의 엔진에서는 흡입 혼합기 량을 많게하기 위하여 밸브 양정량 및 열림각을 크게하며 고속회전에서 배기관성 효과를 이용하여 흡입효율을 높이기 위하여 밸브오버랩을 크게한다.

그림 2. 가변밸브 타이밍의 예

그러나 이와같은 밸브양정이나 열림각은 캠의 형상등에 따라 고정되므로 저,중속을 중시하는 경우는 고속에서의 손실이 발생하고 고속을 중시하는 경우에는 저속에서의 토크나 안정성을 희생하게 된다.   따라서 넓은 회전영역에서 흡배기 효율을 높임으로써 출력을 향상 시키고자 하는 것이 가변밸브 타이밍 제어시스템이다.