가변 밸브 타이밍

1 개요

Variable Valve Timing

밸브 타임과는 무관하다

엔진의 회전수에 따라 밸브를 여닫는 타이밍에 변화를 주는 방법. 저속 회전과 고속 회전에 맞추어 밸브를 열고 닫는 시기를 바꿔주기 때문에 연비와 출력을 동시에 늘릴 수 있는 방법이다.

2 설명

보통 엔진은 특정한 회전대역(rpm)에서 최대 출력을 얻을 수 있도록 밸브 개폐 타이밍이 정해져 있다. 다시 말하면, 저속 회전 대역에서는 혼합기의 팽창과 폭발을 위해 밸브 개폐 타이밍을 늦추어야 하고, 고속 회전 대역에서는 폭발한 혼합기의 배출을 위해 개폐 타이밍을 빨리 해야 한다. 저속에 맞추다보면 고속 회전 때 혼합기의 배출이 늦어지고, 고속에 맞추다보면 저속 회전 때 혼합기의 압축이 늦어져 결국 엔진의 효율이 크게 떨어지게 된다.

이 문제를 없애기 위하여 고안된 것이 가변 밸브 타이밍으로, 밸브의 개폐 타이밍을 엔진의 회전수에 맞게 바꾸어 줌으로써 고속과 저속에서 동시에 높은 연비와 높은 출력을 얻을 수 있도록 한 방식이다.

일반적으로 VVT의 타이밍 전환은 저속회전과 고속회전의 2단계이지만, 최근에는 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT, Continous Variable Valve Timing) 시스템이 일반화되고 있다. 이 시스템은 VVT, CVVT, CVTC, VANOS 등 각 업체에서 다른 이름으로 부르고 있다. 간단히 말하자면 엔진 회전수와 액셀러레이터가 열린 정도에 따라 밸브의 개폐 타이밍을 연속적으로 바꿀 수 있는 시스템이다. 기본 구성은 캠샤프트가 연결되어있는 내축 챔버와, 타이밍 시스템(체인, 벨트 등)과 연결되어 엔진으로부터 동력을 받는 외장 시스템, 현재의 타이밍을 측정할 수 있는 센서류, 그리고 조절 장치로 구성된다. 조절 장치는 일반적으로는 유압식 OCV(Oil Control Valve)를 장착하지만, 최근에는 반응성을 좋게 하기 위하여 전기 모터로 제어하는 방식이 대중 양산차용 엔진으로는 처음으로 닛산 VQ35HR부터 적용되었다. 가격이 문제이지만 추후에는 이 방식이 일반화될 것이다.

또한 VVTL-i(Variable Valve Timing and Lift with intelligence)는 연속 가변 밸브 타이밍에 가변 밸브 리프트까지 적용되어 있어 고출력이 가능하다. 일반적으로 이 방식은 현재 전 세계적으로 가장 유망한 신기술로 치부되며, 특히 BMW의 Valvetronic, 닛산의 VVEL(Variable Valve Event and Lift), 토요타의 Valvematic, 피아트의 Multiair, 현대자동차의 CVVL(Continuous Variable Valve Lift) 등이 양산에 성공한 방식이다.

3 기타

참고로 연속 방식이 아닌 일반 Step 방식의 VVT 또는 VVL 기술로는 혼다V-TEC이 가장 유명하다. 이 방식은 보통 2 Step 도는 3 Step 방식으로 로커암에 연결되는 핀을 조절하여, RPM에 따라 적절한 밸브 타이밍 및 밸브 듀레이션, 밸브 리프트 량을 인가해 주는 방식으로 혼다의 전매특허이자 혼다의 상징이라고 할 수 있다. 현재 주력 엔진 중 하나인 K엔진은 여기에 흡기축에 CVVT를 조합하였으나, 혼다 스스로에서 큰 효과가 없다고 판단한 듯, 최근 등장하는 R 엔진 등의 다른 엔진은 과거와 같이 2 Step 방식을 채택하고 있다.

혼다의 경우는 독특하게 Cylinder Deactivation 기술을 상당히 응용하고 있으며, 대표적인 예로 현 어코드 V6 3.5L 모델에서 적용하는 3기통-4기통-6기통 가변 절환 기능이 있다. 이 기술을 구현하기 위해서는 VVL기술이 필요하므로 역시 가변 밸브 타이밍 중 하나라고 간주할 수 있을 것이다.