VVT 엔진이란?
1. Cam-Phasing VVT
캠 위상 변환식 가변 밸브 타이밍 시스템은 구조가 비교적 간단하고 제작비도 저렴해 가장 일반적으로 사용되는 메커니즘이다.
이는 캠 샤프트의 위상각을 변화시킴으로써 밸브 타이밍을 변화시키는 것이다. 예를 들어 고속에서는 흡입 캠 샤프트가 30°가량 진각되어 흡기를 빠르게 실시하는 것으로 이러한 움직임은 엔진상태에 따라 유압 밸브 기어 등의 작동수단을 통해 헬리컬식 또는 베인식의 가변수단을 변화시킴으로써 이루어진다.
하지만 캠 위상 변환식 VVT는 Cam-Changing VVT처럼 밸브의 오프닝 기간을 변화시키는 것이나 밸브 리프트를 변화시키는 것이 아니라 단지 밸브 오프닝을 진각(advanced) 혹은 지각(retarded)시키는 것이다.
그러나 Cam-Phasing VVT는 밸브 각각이 아닌 캠 샤프트에 하나의 유압 작동기구만을 설치하므로 구조가 간편하고 저비용이라는 장점을 가지고 있다. 간단한 구조의 Cam-Phasing VVT의 경우는 0∼30 사이에서 2∼3개의 고정된 적정 변환각을 세팅해 이용하고, 좀 더 개선된 시스템의 경우 엔진상태에 따라 연속적으로 적정한 밸브 타이밍을 유연하게 조절할 수 있는 장점이 있다.
또한 BMW의 더블 바노스(Double VANOS) 시스템과 같이 흡기측 캠 샤프트뿐만 아니라 배기측 캠 샤프트에도 Cam-Phasing을 적용해 오버랩을 증가시켜 더 높은 효율을 얻을 수 있도록 했다.
1. 장점
가격이 저렴하고 구조가 간단하다. 연속 VVT는 전rpm영역에서 토크 전달성을 향상시킨다
2. 단점
가변 리프트 형식과 가변 밸브 오프닝 형식이 아니므로 최대출력이 Cam-Changing VVT보다 적다
3. 적용엔진
아우디 3.0 V6: continous inlet, 2-stage exhaust ·BMW Double Vanos: inlet and exhaust, continuous ·페라리 360 Modena: exhaust, 2-stage discrete ·피아트(Alfa) SUPER FIRE: inlet, 2-stage discrete ·포드 Puma 1.7 Zetec SE: inlet, 2-stage discrete ·포드 Falcon XR6's VCT: inlet, 2-stage discrete ·재규어 AJ-V6 and updated AJ-V8: inlet, continuous ·람보르기니 Diablo V12 since SV: inlet, 2-stage discrete ·마쓰다 MX-5's S-VT: continous inlet ·Mercedes V6 and V8: inlet, 2-stage ·닛산 QR four-pot and V8: continuous inlet ·닛산 VQ V6 since Skyline V35: inlet, electromagnetic ·포르쉐 Variocam: inlet, 3-stage discrete ·PSA/Renault 3.0 V6: inlet, 2-stage ·Renault 2.0ℓ: inlet, 2-stage discrete ·도요타 VVT-i: continuous, mostly inlet but some also exhaust ·볼보 4/5/6-cylinder modular engines: inlet, continuous ·폭스바겐 VR6: inlet, continuous ·현대: 2.0 CVVT/1.5 CVVT 등
1. Continuos VVT 작동방법
캠의 위상각을 변화시키는 VVT 장치는 크게 캠 샤프트 일측에 설치되어 실질적인 가변동작을 하는 VVT 액츄에이터와 엔진에 시동이 걸리면 오일팬에 고여 있는 오일을 공급하는 오일펌프 및 액츄에이터로 오일을 단속헤 진각 혹은 지각측으로 오일을 공급하는 오일 플로 컨트롤 밸브(OCV)로 구성된다. 이와 같은 장치를 통해 엔진 ECU는 엔진의 부하에 따라 목표 밸브 타이밍을 찾아 제어하도록 되어 있다.
1) 최대 지각 모드
최대 지각 상태로 제어하는 경우는 시동이 안 걸렸을 때, 시동 때, 저온 시동 때, 아이들 상태에서 작동하는 모드이다. 이 최대지각 상태는 핀 스토퍼에 의해 CVVT 하우징에 고정되는데 이때가 바로 ATDC 11이 되어 밸브 오버랩 구간이 가장 적은 경우이다.
2) 홀드 모드
홀드 모드라는 것은 어떤 밸브 타이밍을 요구할 때 타이밍을 계속 유지할 수 있게 하는 모드이다. 일부 오일 유출에 의한 타이밍 변화가 있어도 캠 포지션의 신호와 크랭크 포지션의 신호를 분석해 그 상태를 계속 유지할 수 있도록 제어하는 모드이다.
3) 최대 진각 모드
최대 진각 모드에서는 ECU에서 오일 플로 컨트롤 밸브를 진각 포트가 열리도록 제어해 진각실로 오일을 공급, 최대 진각 상태인 BTDC 29까지 흡기측 밸브 타이밍을 변경해 밸브 오버랩 구간을 크게 하는 제어 모드이다.
2. BMW의 바노스(Vanos)
캠 샤프트의 일측 끝에 기어 치형을 형성하고 캠 샤프트의 전후로 이동 가능한 캡과 맞물리게 한다. 형성된 기어 치형이 캠 샤프트의 축과 평행하지 않기 때문에 캡의 축상의 왕복운동이 캠 샤프트의 위상각을 변화시키는 원리이다.
캡의 전후진은 얇은 캡과 강성적으로 연결된 피스톤으로 2개의 챔버로 분리한 후에 상기 챔버에 공급되는 유압을 제어함으로써 캡이 전후진(녹색, 노란색)을 하게 되어 캠 위상각을 조절한다. 엔진의 속도에 따라 캡의 적절한 위치를 선정함으로써 연속적인 가변 타이밍을 선정할 수 있게 된다.
3. 도요타 VVT-i
도요타의 VVT-i(Variable Valve Timing-Intelligent)는 BMW의 바노스와 유사한 메커니즘을 가지고 있는 연속 가변 장치이다. 하지만 ‘인텔리전트’에서 강조하듯이 우수한 제어 프로그램을 가지고 있다. 엔진 스피트에 따른 가변 타이밍은 물론 등판 때나 내리막길을 내려갈 때의 가감속 상태에 따라서도 제어할 수 있다.
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