출처 : CARLiFE
엔진의 효율과 성능을 최적화하는
가변식 밸브 타이밍 기구
엔진은 다양한 회전수에서 사용되기 때문에 저회전형은 고회전에서, 고회전형은 저회전에서 효율이 나빠진다. 이런 단점을 해결하기 위한 것이 가변식 밸브 타이밍 기구다. 혼다가 89년 첫선을 보인 VTEC은 두 가지 캠을 회전수에 따라 사용함으로써 적절한 밸브의 개폐 타이밍과 리프트 양을 얻는다. 캠샤프트와 구동 풀리 사이의 각도를 조절하는 BMW의 VANOS도 유명하다. 도요다 VVT, 미쓰비시 MIVEC 등도 있다
요즘 해외(특히 일본)에서 발표되는 신형 엔진 중 적지 않은 수가 가변식 밸브 타이밍 기구를 달고 있다. 혼다가 1989년 인테그라에 얹어 첫선을 보인 VTEC은 당시로서는 첨단 기술이었고, 지금은 빠른 속도로 보급되고 있다.
사진설명 : 혼다는 1989년 인테그라를 통해 가변식 밸브 타이밍 기구 VTEC를 처음 선보였다. 사진은 최신 시빅에 얹은 1.7L VTEC엔진
로터리 방식을 제외한 대부분의 자동차용 엔진은 2개 이상의 밸브를 가지고 있다. 흡기와 배기 구멍에 달린 밸브는 타이밍에 맞추어 통로를 열어 공기-연료 혼합기체가 들어오고 연소된 가스가 나갈 수 있게 해준다. 또 압축과 연소행정 때는 통로를 막아 하나의 밀폐된 연소실 공간을 만들어준다.
회전수에 따라 밸브 개폐 타이밍 조절
밸브는 캠샤프트에 달린 캠을 이용해 열고 닫는다. 캠샤프트는 크랭크샤프트와 연결되어 있기 때문에 타이밍이 회전수에 비례해 항상 일정할 수밖에 없다. 하지만 엔진과 엔진 주변의 상황은 그렇지 않다. 엔진 회전수에 따라 흡입되는 공기의 양이나 연료 주입량 등이 달라지기 때문에 엔진의 용도에 따라 저, 중, 고속 어느 환경에서 최적의 성능을 내도록 할 것인지 결정해야 한다. 저회전 특성을 중시하면 고회전에서 효율이 나쁘고 반대로 고회전을 중시하는 스포츠카용 엔진은 저회전에서 효율이 나쁘다.
하지만 가변식 밸브 타이밍 기구를 쓰면 이런 문제를 어느 정도 해결할 수 있다
위에서 잠깐 소개했듯이 혼다 VTEC (Variable valve timing & lift electronic control system)이 이 분야의 선구자다.
VTEC은 밸브 구동용 캠샤프트에 고속용 캠 하나가 더 있어 일정 회전수 이상에서는 이 캠이 밸브를 구동한다. 컴퓨터가 흡기의 양과 엔진 회전수를 측정해 신호를 보내면 로커암에 달린 유압 피스톤이 움직이며 저속용과 고속 로커암을 연결, 고속용 캠을 사용할 수 있도록 하는 구조다. 밸브의 열고 닫는 타이밍은 물론 밸브가 열리는 양(리프트 양)도 조절할 수 있다. 혼다는 회전수에 따라 3가지 캠을 사용하는 저연비용 VTEC은 물론 S2000용 엔진에서는 X당 125마력이라는 엄청난 출력(2.0X 250마력)을 만들어내기도 했다.
BMW M3에 쓰이고 있는 VANOS는 캠샤프트와 캠샤프트 구동풀리 사이의 각도를 조절하는 방식이다. 리프트 양은 조절할 수 없지만 VTEC과 달리 타이밍을 연속적으로 세밀하게 조절할 수 있는 것이 장점이다. 최신의 M5용 엔진에는 흡기는 물론 배기밸브용을 더한 더블 VANOS가 사용되었다. 혼다와 BMW 외에 도요다 VVT와 VVT-i, 미쓰비시의 MIVEC, 로버 VVC, 마쓰다 S-VT, 스바루 AVCS 등도 가변식 밸브 타이밍 기구의 일종이다.
< 카비전, 2001년 02월호 >
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