가변 밸브 타이밍
1. 개요
Variable Valve Timing
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
엔진은 회전대역(rpm)과 부하에 따라 적합한 밸브 개폐 타이밍이 다르다. 보통 저속에서는 타이밍을 늦추고 고속에서는 타이밍을 빠르게 해야한다는식으로 설명하는 경우가 많은데, 실제로는 저속과 고속에서 모두 흡기밸브의 타이밍을 늦추는 쪽이 유리하다. 이유는 상황마다 다른데, 저속 저부하에서는 오버랩을 줄여 연소안정성을 향상시키기 위해, 반대로 고속 고부하에서는 흡기의 관성을 이용해 충진효율을 높이기 위한 것. 타이밍이 빠른게 유리한 경우는 중속 중부하영역으로, 밸브 오버랩을 크게해서 internal EGR[1]을 이용, 펌핑로스를 줄여 효율을 높일 수 있다.
기존의 엔진구조로는 엔진의 작동조건과 상관없이 밸브타이밍은 고정되어 있기 때문에, 엔진에 요구되는 다양한 조건을 만족시키기가 어려웠다. 예를 들어 효율을 중시하는 쪽으로 타이밍을 세팅하면 출력에서 손해를 보고, 출력을 높이는 쪽으로 설정하면 연비가 나빠지는 식. 이 문제를 개선하기 위하여 고안된 것이 가변 밸브 타이밍으로, 엔진의 회전수와 부하에 따라 최적의 밸브의 개폐 타이밍을 구현해 줌으로써 고속과 저속에서 동시에 높은 연비와 높은 출력을 얻을 수 있도록 한 방식이다.
일반적으로 VVT의 타이밍 전환은 캠샤프트의 각도를 가변시켜서 구현한다. 과거에 제어기술이 부족하던 시절에는 저속회전과 고속회전의 2단계이지만, 최근에는 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT, Continuous 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 전 세계적으로 가장 유망한 신기술로 여겨졌으며, 현재 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 혼다의 V-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 특정 운전구간에서 몇 개의 실린더의 연료 분사를 끊어버리는 Cylinder Deactivation 기술을 상당히 응용하고 있으며, 대표적인 예로 현 어코드 V6 3.5L 모델에서 적용하는 3기통-4기통-6기통 가변 절환 기능이 있다. 이때 사용하지 않는 실린더는 펌핑로스를 줄이기 위해 VTEC 기술을 이용해서 밸브를 닫아놓는다.
VVT 로고를 뒤집으면 ㅗ^^이 되는데 이 VVT 앰블럼을 사서 뒤집어서 달면 뒷차한테 어그로를 끌수 있다.